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迹辰通
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1 年度第二学期计算机图形学童伟华管理科研楼 1205 室中国科学技术大学数学科学学院

2 附讲三 C/C++ 编程 ( 二 ) 2

3 C++ 特点 C++ 是面对对象 (object oriented) 编程语言纯面向对象语言 : 指不管什么东西, 都应该存在于对象之中, 例如 JAVA 和 Small Talk 语言三大特性 : 封装 (encapsulation) 继承 (inheritance) 多态 (polymorphism) 其它特性 : 动态生成 (dynamic creation) 异常处理 (exception handling) 泛型编程 (template) 3

4 面向对象的分析与设计大英百科全书 : 人类在认识和理解现实世界的过程中普遍运用着三个构造法则区分对象及其属性, 例如, 区分一棵树和树的大小或空间位置关系区分整体对象及其组成部分, 例如, 区分一棵树和树枝不同对象类的形成及区分, 例如, 所有树的类和所有石头的类的形成和区分面向对象分析 (Object-oriented analysis, OOA) 与设计 (Object-oriented design, OOD) 方法是建立在对象及其属性类属及其成员整体及其部分这些基本概念的基础上 4

5 继承与组合代码重用不同层次 C 语言 : 函数库等 C++ 语言 : 类模板设计模式等如何重用已有的类? 组合 : 创建一个包含已存在类的对象的新类, 即将已存在类视为新类的属性,has-a 关系继承 : 创建一个新类作为一个已存在类的类型, 即将新类视为已存在类的特殊类型,is-a 关系 5

6 组合 (has-a) //: C14:Useful.h // A class to reuse #ifndef USEFUL_H #define USEFUL_H class X int i; public: X() i = 0; void set(int ii) i = ii; int read() const return i; int permute() return i = i * 47; #endif // USEFUL_H ///:~ 6

7 组合 (has-a) //: C14:Composition.cpp // Reuse code with composition #include "Useful.h" class Y int i; public: X x; // Embedded object Y() i = 0; void f(int ii) i = ii; int g() const return i; int main() Y y; y.f(47); y.x.set(37); // Access the embedded object return(0); ///:~ 7

8 继承 (is-a) //: C14:Inheritance.cpp // Simple inheritance #include "Useful.h" #include <iostream> using namespace std; class Y : public X int i; // Different from X's i public: Y() i = 0; int change() i = permute(); // Different name call return i; void set(int ii) i = ii; X::set(ii); // Same-name function call 8

9 继承 (is-a) int main() cout << "sizeof(x) = " << sizeof(x) << endl; cout << "sizeof(y) = " << sizeof(y) << endl; Y D; D.change(); // X function interface comes through: D.read(); D.permute(); // Redefined functions hide base versions: D.set(12); return(0); ///:~ 9

10 多态 (polymorphism) 多态性 : 一般特殊结构中对象所体现的多态性, 即在一般类中定义的属性或操作被特殊类继承之后, 可以具有不同的数据类型或表现出不同的行为为什么要使用多态性? 例如 : 在几何图形中定义了一个操作绘图, 但是并不确定在执行时究竟要画一个什么图形特殊类椭圆和多边形都继承了几何图形的绘制操作, 但其功能却不同 : 前者将画一个圆, 后者画一个多边形这样, 当系统请求画一个几何图形时, 消息中给出的操作名称都是绘图 ( 因而消息的书写方式可以统一 ), 而椭圆多边形等类对象在接受到这个消息时却各自执行不同的绘图算法 10

11 多态 (polymorphism) 与多态性的实现相关的 C++ 语言功能有 : 重载 (overload): 函数运算符重载等动态绑定 (dynamic binding): 虚函数 (virtual function) 运行时类型信息 (run-time information) Evolution of C++ programmers Better C Object-based C++ True object-oriented programming: if you don t use virtual functions, you don t understand OOP yet. 11

12 多态 (polymorphism) //: C15:Instrument4.cpp // Extensibility in OOP #include <iostream> using namespace std; enum note middlec, Csharp, Cflat // Etc. class Instrument public: virtual void play(note) const cout << "Instrument::play" << endl; virtual char* what() const return "Instrument"; // Assume this will modify the object: virtual void adjust(int) 12

13 多态 (polymorphism) class Wind : public Instrument public: void play(note) const cout << "Wind::play" << endl; char* what() const return "Wind"; void adjust(int) class Percussion : public Instrument public: void play(note) const cout << "Percussion::play" << endl; char* what() const return "Percussion"; void adjust(int) class Stringed : public Instrument public: void play(note) const cout << "Stringed::play" << endl; char* what() const return "Stringed"; void adjust(int) 13

14 多态 (polymorphism) class Brass : public Wind public: void play(note) const cout << "Brass::play" << endl; char* what() const return "Brass"; class Woodwind : public Wind public: void play(note) const cout << "Woodwind::play" << endl; char* what() const return "Woodwind"; // Identical function from before: void tune(instrument& i) //... i.play(middlec); 14

15 多态 (polymorphism) // New function: void f(instrument& i) i.adjust(1); // Upcasting during array initialization: Instrument* A[] = new Wind, new Percussion, new Stringed, new Brass, 15

16 多态 (polymorphism) int main(void) Wind flute; Percussion drum; Stringed violin; Brass flugelhorn; Woodwind recorder; tune(flute); tune(drum); tune(violin); tune(flugelhorn); tune(recorder); f(flugelhorn); int NumA = sizeof(a)/sizeof(*a); for (int i = 0; i < NumA; i++) tune((*a[i])); return(0); ///:~ 16

17 多态 (polymorphism) C++ 如何实现动态绑定 (dynamic binding) 或延迟绑定 (late binding)? 虚函数表 : 编译器对每个包含虚函数的类创建一个表 (VTABLE), 用于放置虚函数地址, 并秘密的置一个指针 (VPTB) 指向该表当通过基类指针调用虚函数时, 编译器静态的取得 VPTB, 通过它查找函数地址, 进行调用关键点 : 基类指针调用虚函数, 接口的统一, 行为的多态虚函数 : 除了函数调用时有一点额外的开销外, 一切皆好! 17

18 运行时类型识别运行时类型识别 (run-time type identification, RTTI): 在我们只有一个指向基类的指针或引用时确定一个对象的准确类型两种使用方法 : Typeid:typeid() 带有一个参数, 可以是一个对象引用或者指针, 返回全局 typeinfo 类的产量对象的一个引用, 编译器实现安全类型向下映射 (type-safe downcast): 类继承的顺序, 向上映射 (upcast) 总是安全的, 譬如一个 circle* 到 shape*, 而 shape* 到 circle* 则不然, 语法 :circle* cp = dynamic_cast<circle*>(sp), 其中 shape* sp = new circle RTTI 的实现依赖于虚函数表中的信息尽量使用虚函数, 必要时才使用 RTTI 18

19 Thanks for your attention! 19

OOP with Java 通知 Project 4: 推迟至 4 月 25 日晚 9 点

OOP with Java Yuanbin Wu cs@ecnu OOP with Java 通知 Project 4: 推迟至 4 月 25 日晚 9 点复习 Protected 可以被子类 / 同一包中的类访问, 不能被其他类访问弱化的 private 同时赋予 package access class MyType { public int i; public double d; public