What is OOP? 是一種寫程式的技巧, 而不是一種程式語言 是一種管理程式碼的方法 使得日後維護方便容易讓程式碼更具彈性讓程式碼提高再使用率 軟體元件 software components 常用來寫大型的軟體 軟體工程 software engineering 著名的支援 OOP 程式語言

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1 Data Structures Lesson 2 Object-oriented Programming in C++ (1) James C.C. Cheng Department of Computer Science National Chiao Tung University

2 What is OOP? 是一種寫程式的技巧, 而不是一種程式語言 是一種管理程式碼的方法 使得日後維護方便容易讓程式碼更具彈性讓程式碼提高再使用率 軟體元件 software components 常用來寫大型的軟體 軟體工程 software engineering 著名的支援 OOP 程式語言 : LISP,1958, 開啟 OOP 概念的程式語言 Simula, 1967, 第一個支援 OOP 的程式語言 C++, 1983, 混和 OOP 及 procedure-oriented programming 的程式語言 Java, 1995, 純 OOP 的程式語言 2

3 Struct 假如我們要計算一群人的 BMI: float BMI(float w_kg, float h_m){ return (w_kg / (h_m * h_m); const int N = 10; char* name [N][8] = {0; 計算 BMI 需要身高跟體 float w [N] = {0.0f, float h [N] = {0.0f; 重, 所以我們必須至少 int n = 0, i=0; 宣告兩個 float 陣列存放 do{ // 資料輸入迴圈 N 個人的身高跟體重 printf("name:");scanf("%s", &name[n]); if(name[n][0]>0){ printf("weight(kg):"); scanf("%f", &w[n]); printf("height(m):"); scanf("%f", &h[n]); getchar(); ++n; else break; while(n < N); // 計算 BMI for(i=0; i<n; ++i) printf("[%d]name:%s, w:%f, h:%f, BMI:%f\n", i, name[i], w[i], h[i], BMI(w[i], h[i])); 3

4 Struct 我們可以用 struct 來群組這些有關係的變數 struct Person{ ; struct Person A[N]; // In C++, the keyword struct is not neccesary do{ // Input the personal information memset(a[n].name, 0, 8); // Clear the string printf("name:");scanf("%s", A[n].name); if(a[n].name[0]>0){ printf("weight(kg):"); scanf("%f", &A[n].w); printf("height(m):"); scanf("%f", &A[n].h); getchar();++n; else break; while(n < N); // Showing the personal information and calculating the BMI for(i=0; i<n; ++i) printf("[%d]name:%s, w:%f, h:%f, BMI:%f\n", i, A[i].name, A[i].w, A[i].h, BMI(A[i].w, A[i].h)); 4

5 Struct Member selection operator x.m x is an object of a data type T m is a name of a member of T p->m p is a pointer m is a name of a member of T struct Person x; sprintf(x.name, "James"); x.w = 65.0f; x.h = 1.785f; // In C++, the keyword struct is not neccesary // Using. operator to access each member struct Person* px = &x; // In C++, the keyword struct is not neccesary printf("name:%s, w:%f, h:%f, BMI:%f\n", px->name, px->w, px->h, BMI(px->w, x->h)); // Using -> operator to access each member 5

6 Struct 若要把一個 struct 傳遞到某函數裡, 請用 call by address or call by reference 千萬不可用 call-by-value void SetPerson(struct Person* px, const char *name, float w, float h){ sprintf(px->name, "%s", name); px->w = w; px->h = h; void SetPerson(struct Person& x, const char *name, float w, float h){ sprintf(x.name, "%s", name); x.w = w; x.h = h; void SetPerson(struct Person x, const char *name, float w, float h){ sprintf(x.name, "%s", name); x.w = w; x.h = h; void PrintPerson(const struct Person* px){ printf("name:%s, w:%f, h:%f, BMI:%f\n", px->name, px->w, px->h, BMI(px->w, px->h)); 6

7 Struct OOP 第一項功能 : 封裝 encapsulation 除了變數可以被群組, 函數必須也可以 struct Person{ int g; // 性別 ; 0: 女性 ; 1 男性 Person x, y; x.h = 170; x.g = 0; cout << x.idealweight() << endl; ; float IdealWeight(){ if (!g) return (h- 70.0f) * 0.6f; else return (h- 80.0f) * 0.7f; y.h = 170; y.g = 1; cout << y.idealweight() << endl; 包在 struct 裡的變數稱為成員變數 member data or member variables 包在 struct 裡的函數稱為成員函數 member functions or member methods 7

8 Struct OOP 第一項功能 : 封裝 encapsulation 成員變數或函數可以私有化 private members struct Person{ private: int g; // 性別 ; 0: 女性 ; 1 男性 ; float IdealWeight(){ if (!g) return (h- 70.0f) * 0.6f; else return (h- 80.0f) * 0.7f; 私有成員只能在成員函數裡面使用! Person x, y; x.h = 170; x.g = 0; cout << x.idealweight() << endl; y.h = 170; y.g = 1; cout << y.idealweight() << endl; 8

9 Struct OOP 第一項功能 : 封裝 encapsulation 有些成員必須讓他公開化 public members struct Person{ private: int g; // 性別 ; 0: 女性 ; 1 男性 float IdealWeight(){ if (!g) return (h- 70.0f) * 0.6f; else return (h- 80.0f) * 0.7f; ; Person x, y; x.h = 170; x.g = 0; cout << x.idealweight() << endl; y.h = 170; y.g = 1; cout << y.idealweight() << endl; 建議所有成員變數都私有化 (OOP 的理論 ) 公開化成員到處都能使用! 9

10 Struct OOP 第一項功能 : 封裝 encapsulation 私有化成員變數必須設計公開化的函數來存他們 這種專門存取私有化成員變數的函數稱為介面 interfaces struct Person{ private: int g; // 性別 ; 0: 女性 ; 1 男性 float IdealWeight(){ if (!g) return (h- 70.0f) * 0.6f; else return (h- 80.0f) * 0.7f; float weight() { return w; // for read void setweight(float v) { w = v; // for write float height() { return h; // for read void setheight(float v) { h = v; // for write int gender() { return g; // for read void setgender(int v) { g = v; // for write ; Person x, y; x.setheight(170); x.setgender(0); cout << x.idealweight() << endl; y.setheight(170); y.setgender(1); cout << y.idealweight() << endl; 10

11 練習題 請為 Person 裡的 name 設計讀跟寫的介面 寫出一個 main function 可以讓使用者輸入 n 個 Person 的所有資料 ( 姓名 身高 體重及性別 ) 顯示這 n 個人的姓名 身高 體重 性別 BMI 以及理想體重 11

12 class 類別 class 類別是 C++ 才有的, 是為了支援 OOP 而產生類別跟 struct 用法一樣, 只有一個地方不同, 就是預設的成員屬性是私有化由類別所產生的變數稱為物件 object int g; float IdealWeight(){ if (!g) return (h- 70.0f) * 0.6f; else return (h- 80.0f) * 0.7f; float weight() { return w; // for read void setweight(float v) { w = v; // for write float height() { return h; // for read void setheight(float v) { h = v; // for write int gender() { return g; // for read void setgender( int v) { g = v; // for write ; Person x, y; // x 及 y 是物件 x.setheight(170); x.setgender(0); cout << x.idealweight() << endl; y.setheight(170); y.setgender(1); cout << y.idealweight() << endl; 12

13 this pointer 想一下這幾個問題 : 為什麼 setheight 這個 interface 會自動地知道要把 v 給 x 或 y 的身高 為什麼 IdealWeight() 這個 member method 會自動地知道要用 x 或 y 的身高來計算? int g; float IdealWeight(){ if (!g) return (h- 70.0f) * 0.6f; else return (h- 80.0f) * 0.7f; // 誰的 h? 沒明確地指明啊? void setheight(float v) { h = v; // 誰的 h? ; Person x, y; x.setheight(170); x.setgender(0); cout << x.idealweight() << endl; y.setheight(170); y.setgender(1); cout << y.idealweight() << endl; 13

14 this pointer 其實,compiler 會偷偷地改寫你所設計的 class: int g; float IdealWeight(){ if (!g) return (h- 70.0f) * 0.6f; else return (h- 80.0f) * 0.7f; void setheight(float v) { h = v; ; int g float IdealWeight(Person *this){ if (!this->g) return (this->h- 70.0f) * 0.6f; else return (this->h- 80.0f) * 0.7f; void setheight(person *this, float v) {this->h = v; ; 所加入的 this 指位器, 就是用來指明是要用誰的成員來運算 this pointer 的安插位置不一定是在參數列的第一個, 每家 compiler 都不同 14

15 this pointer 當然, 在使用的這個 class 的地方 compiler 也會偷偷地改寫 : Person x, y; x.setheight(170); x.setgender(0); cout << x.idealweight() << endl; y.setheight(170); y.setgender(1); cout << y.idealweight() << endl; Person x, y; x.setheight(&x, 170); x.setgender(&x, 0); cout << x.idealweight(&x) << endl; y.setheight(&y, 170); y.setgender(&y, 1); cout << y.idealweight(&y) << endl; 所加入的 this 指位器, 就是用來指明是要用誰的成員來運算 15

16 this pointer this point 請勿自行亂加在參數列 Method 的內容裡可以使用 this pointer int g; float IdealWeight ( Person *this ){ if (!g) return (this->h- 70.0f) * 0.6f; //OK else return (this->h- 80.0f) * 0.7f; //OK void setheight(double this, float v) {this->h = v; ; //OK // Error! 不可將任一參數取名為 this // Error! 不可將任一參數取名為 this 16

17 constant methods 唯讀成員函數 有些成員函數只會讀取成員變數, 並不會修成員變數的內容, 這種成員函數我們必須要把它們設為唯讀成員函數 constant methods 用法 : 在參數列 () 後面加上 const 這個關鍵字 int g; float IdealWeight() const { if (!g) return (h- 70.0f) * 0.6f; else return (h- 80.0f) * 0.7f; float weight() const { return w; // for read void setweight(float v) { w = v; // for write float height() const { return h; // for read void setheight(float v) { h = v; // for write int gender() const { return g; // for read void setgender(int v) { g = v; // for write ; 17

18 constant methods 唯讀成員函數 下列情況不可以設為唯獨成員函數 函數內容會修改任一成員變數 函數內容會呼叫非唯獨成員函數 靜態成員函數 (static member functions 以後會介紹 ) float IdealWeight() const { if (!g) return (height() f) * 0.6f; else return (height()- 80.0f) * 0.7f; float weight() const { return w; void setweight(float v) const { w = v; void setwh(float a, float b) const { setweight(a); setheight(b); ; // OK! // OK! // error! // error! 18

19 constant methods 唯讀成員函數的 this pointer 也會是 const 屬性... float IdealWeight(const Person* this) const { if (!g) return (this ->h- 70.0f) * 0.6f; else return (this ->h- 80.0f) * 0.7f; float weight(const Person* this) const { return this ->w; // for read void setweight(person* this, float v) {this ->w = v; // for write ; const Typename* p; 以這樣宣告一個指位器意思是指位器所指到的記憶體空間是唯讀的 但是指位器本身不是唯讀, 也就是說指位器可以改指到別的記憶體空間 比較這五種指位器 : const int *p; int const *p; int * const p; const int const *p; const int *const p; 19

20 Constructors 建構函數 constructor, 簡稱 ctor 物件建立時 ctor 會被呼叫執行 你是否有發現一個問題? 一開始各個成員變數的初始值是多少? 切記 C++ 不會自動給任何成員變數初始值, 要自己寫 寫在哪? 建構函數裡! Person x; cout << x.idealweight() << endl; //? 建構函數名稱必須與類別名稱相同 建構函數不必也不可有 return 大部分情況下, 建構函數是 public 很少情況會將建構函數設為 private 建構函數不可是唯讀成員函數 int g; Person(){ // Person 的 ctor w = h = g = 0; for(int i=0; i<8; name[i++] = 0); ; 20

21 Constructors 初始化列表 initialization list 比較這兩種 ctor 的寫法, 誰比較好? int g; Person(){ w = h = g = 0; for(int i=0; i<8; name[++i] = 0); ; int g; Person(): w(0), h(0), g(0){ for(int i=0; i<8; name[++i] = 0); ; 右邊比較好, 因為將成員變數的初始化寫在初始化列表裡才是真正的初始化 左邊寫在大括號裡已經是第二次初始化了 ( 第一次初始化是亂給值 ) 初始化列表就是在建立物件同時呼叫各個成員變數的 ctor 陣列的初始化不可寫在初始化列表 ( 這是 C++ 的嚴重缺點!) 21

22 Constructors 初始化列表 initialization list 簡單運算式可寫在初始化列表, 基本運算或呼叫非成員函數皆可 int M = 1; int g; Person(): w(1+2*3/4), h( rand() % 200 ), g(m){ ; 不可使用其他成員變數或函數 int M = 1; int g; Person(): w(0), h( w ), g( IdeaWeight() ){ ; //Error! 22

23 Constructors 帶有參數的 ctor ctor 可以給參數, 適當地給予參數預設值會讓你的 ctor 更好用! int g; Person(float iw = 0, float ih = 0, int ig= 0, const char* iname = NULL): w(iw), h(ih), g(ig) { sprintf( name, "%s", iname); ; Person x, y(75, 174), z( 95, 190, 1, Wang ); 23

24 Constructors 帶有參數的 ctor 小心! 不要設計出這種模稜兩可 (ambiguous) 的 ctor int g; Person(): w(0), h(0), g(0){ for(int i=0; i<8; name[++i] = 0); ; Person(float iw = 0, float ih = 0, int ig= 0, const char* iname = NULL): w(iw), h(ih), g(ig) { sprintf( name, "%s", iname); Person y(75, 174), z( 95, 190, 1, Wang ); Person x; //Error! Ambiguous! // OK! 24

25 Constructors 複製建構函數 copy constructor 當成員變數有動態產生的資料, 你必須寫 copy constructor 我們把 Person 的 name 改為指位器 char* name; int g; void setname (const char*iname){ if(iname){ if(name) delete [] name; int L = strlen(iname); name = new char[l+1]; strcpy(name, iname); // name 的 write interface const char *Name ()const{return name; // name 的 read interface Person(float iw = 0, float ih = 0, int ig= 0, const char* iname = NULL): w(iw), h(ih), g(ig), name(null) { setname(iname); //. 接下一頁 25

26 Constructors 複製建構函數 copy constructor //. 接上一頁 Person( const Person& x): w(x.w), h(x.h), g(x.g), name(null) { setname( x.name() ); ; 若 ctor 的參數只有一個同類別的 const reference, 這種 ctor 稱為 copy ctor 不寫 copy ctor 會怎樣? Person x( 95, 190, 1, Wang ); Person y = x; cout << x.name() << endl; cout << y.name() << endl; // 乍看好像沒問題 x.setname("kuo ); cout << x.name() << endl; cout << y.name() << endl; // oops! 26

27 Destructor 解構函數 destructor, 簡稱 dtor 當物件被回收之前,dtor 會被呼叫執行 當類別裡有成員變數是動態產生的, 就必須寫 dtor 若沒有則不用寫, 也最好不要寫 dtor 名稱必須是類別名稱前面加上 ~ dtor 不可有 return dtor 必須是 public dtor 不可是 const method 一個類別只會有一個 dtor char* name; int g; ~Person(){ if (name) delete [] name; ; // dtor 27

28 練習題 請設計一個名叫 Array 的類別 Array 裡面可以放一堆 double Array 有這些 method: int size() const; void resize(int n); double item(int i) const; void setitem(int I, double v); Array 必須有 ctor, copy ctor 以及 dtor // 回傳 Array 裡面現在有多少個 double // 改變 Array 的容量, 使得 Array 可以裝 n 個 double // 回傳 Array 中第 i 個 double 下列測試程式需能被正確的執行 Array A; A.resize(10); for(int i=0; i<a.size(); ++i) A.setItem(i, i * 0.1); A.resize(5); for(int i=0; i<a.size(); ++i) cout << A.item(i) << endl; A.resize(20); for(int i=0; i<a.size(); ++i) A.setItem(i, i * 0.01); for(int i=0; i<a.size(); ++i) cout << A.item(i) << endl; // 將 Array 中第 i 個 double 改為 v 28