Microsoft PowerPoint - 7. 面向对象程序设计-Object-Oriented Programming.ppt [兼容模式]

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1 面向对象程序设计 Object-Oriented Programming(OOP) Classes,Inheritance, Polymorphism

2 A Survey of Programming Techniques Unstructured programming, procedural programming, modular programming and object-oriented programming.

3 Unstructured Programming 仅包含一个 main 主程序, 直接操作全局数据 global data 如果同样的 语句序列 用在不同的位置, 则需要复制这个序列 抽取这些序列, 并命名它们为子过程 (procedures)/ 抽取这些序列, 并命名它们为子过程 (procedures)/ 函数, 并提供调用和返回值的机制

4 Procedural Programming 过程 Procedure( 函数 方法 ): 一个接一个执行的指令序列 一个过程的某个语句调用其他过程, 在被调用过程结束后的位置, 主调过程的控制流继续执行

5 Procedural Programming 程序 Program: 就是一系列过程调用 主程序负责将数据传递给每具体的过程, 数据被该过程处理, 改过程结束后将返回结果 这种调用关系可以用一个调用层次图表示

6 [ 例 ] 员工平均薪水统计. 可分解为下述子任务 : 1. 计算有多少员工 2. 获取每个员工的薪水 3. 计算薪水之和 4. 总薪水 / 员工数

7 计算薪水之和 又可分解为下述步骤 : 1. 获取每个员工记录 2. 得到该员工的薪水 3. 将该员工薪水加到总薪水上 4. 处理下一个员工

8 获取每个员工记录 又可分解为下述步骤 : 1. 打开员工文件 2. 定位到该员工记录 3. 读取该员工记录

9 Modular Programming 相关功能的 procedures 被分组为独立的模块 modules. 一个程序现在就不是单一的, 而是分解为多个更小模块, 这些模块通过过程调用交互作用, 构成一个完整程序

10 A MODULAR OPERATING SYSTEM

11 Object-Oriented Programming 过程式程序设计 - 分解为任务与子任务 - 用函数实现各个任务 - 指示计算机依次执行任务 对于很多任务和大数据量的问题, 过程式设计的程序会很复杂, 难以维护 比如制造一个汽车, 汽车的每个部件都有不同的变量和信息, 使得很难将和某个部件如车轮相关的代码都组合在一起 大量变量和函数及其关系很难理清楚!

12 Object-Oriented Programming 管理复杂任务的有效方法是将自完善的 (selfsufficient) 模块化代码片段进行分别打包! 人们是以对象 (Objects) 方式思考世界的 : 方向盘 踏板 车轮是如何相互作用的 OOP 允许程序员撇开细节考察作为简洁的 自完 OOP 允许程序员撇开细节考察作为简洁的 自完善盒子的对象抽象功能及对象间的相互作用关系 允许程序员通过对象的相互通信构建一个清晰的 易维护的程序架构!

13 Object-Oriented Programming 程序由一组具有自主功能的 交互的对象构成 对象间通过传递消息交互协作完整任务

14 封装 (Encapsulation)- 类 (class) 与对象 (object) 现实世界中, 对象 (Object) 描述具有状态 (State) 和行为 (behavior) 的事物 例如, 手机有开和关状态 有显示游戏或播放音乐行为 对象式语言中的对象 (Object) 是类似的, 具有状态 (State) 和行为 (behavior) State 由一些域构成, 叫做变量 (variables) 或属性 (proporities), behavior 包含一组 methods( 或 Functions) 类 (class) 则是创建同类型的不同具体对象的蓝图或模具或模板 Tempalte. 即一个类用于创建具体对象, 这个类定义了这些对象的 states 或 behaviors. 或者说类规定了该类型的对象的成员变量和成员方法有哪些

15 封装 (Encapsulation)- 类 (class) 与对象 (object) 类定义了同类型对象的数据 ( 也称变量或属性 ) 和函数 ( 也称方法 ) 成员, 其访问修饰有 public 和 private 等, 其中 private 的成员不能被外部访问, 外部只能调用类的 public 成员 这些 public 成员就构成了该类对外部的接口 ( Interface). 类 ( 对象 ) 如同一个盒子, 其中只有暴露在盒子外的接口可被外部看到的 面向对象程序由一些对象构成, 每个对象可完成其特有的功能, 对象之间通过发送消息来交换信息或通知其他对象完成某个动作 - 向其他对象发送消息, 是通过调用该对象的方法完成的

16 封装 (Encapsulation)- 类 (class) 与对象 (object) class circle { double r; public: circle(double r_=0) { r =r _; } double area(){ return *r*r; } }; circle C(3.5); double A = C. area(); 定义一个类 : circle 定义 circle 类的对象 : C 向对象 C 发送消息 area(), 该消息返回结果 A

17 继承 (Inheritance)- 派生类 继承使得我们可以定义相关类之间的层次结构 假设编写一个车辆库存的管理程序, 其中有小汽车 (Cars) 和卡车 (trucks), 我们可能会定义两个类 Car 和 truck, 为此, 我们可能不得不复制两个类共同的特性 C++ 中我们可以将公共的代码放在一个叫做 Vehicle 的类中

18 继承 (Inheritance)- 派生类 protected 类似于 private 初始化成员列表 说明某个地方有一个叫做 stringify 函数将数字转化为字符

19 继承 (Inheritance)- 派生类 Car 除了具有 Vehicle 的数据和方法外, 还有一个 style 的数据成员和一个叫做 getstyle 的方法成员 Car 称为派生类 ( 子类 ),Vehicle 称为基类 ( 父类 ) Car 只对派生的数据成员进行了初始化, 继承的成员的初始化有基类构造函数完成!

20 继承 (Inheritance)- 派生类 类似的, 可以定义派生类 truck. 这三个类构成一个层级关系

21 Is-a 和 Has-a 一个类 A 依赖于另外一个类 B 的两种方式 : 1. 每个 A 类对象有一个 B 类对象 如每个 Vehicle 有一个 string 类的对象 (license) 2. 每个 A 类对象也是一个 B 类对象 如每个 Car 类对象也是一个 Vehicle 对象 继承 (Inheritance) 用来定义 Is-a 关系, 而 Has-a 关系是通过类的数据成员反应的

22 重载方法 (Overriding Methods ) 我们也许需要对 Car 类定义定义不同于 Vehicle 的 getdesc 方法 此后, 当对 Car 对象调用 getdesc 时将调用这个重定义的 getdesc 方法 这种重定义基类同名函数的方法称为重载

23 差别化编程 Programming by difference 继承仅仅允许我们重载已有方法或增加新方法, 而不能移除基类的方法

24 Access Modifiers and Inheritence 如果 Vechile 内的属性 year 和 license 被定义为私有的, 则我们将不能再起派生类如 Car 中访问这些属性 ; 为了让派生类可以访问而外部不能访问基类属性, 可将这些基类的属性定义为 Protected. public 用于指定派生类型 Class Car: public Vechilie 说明基类 Vechilie 的成员的访问性在派生类中保持不变 如基类的 protected 成员在派生类中仍然是 protected 的

25 多态 (polymorphism) C++ 支持函数多态和类多态 ( function polymorphism and class polymorphism) 多态指相同名字表达不一样的能力 用一个指向基类的指针分别指向基类和派生类对象, 并 2 次调用 getdesc() 函数输出, 结果如何? Car c( CarLicense,2001, CarStyle ); Vehicle v ( License,1900),* p = &v; p->getdesc(); p = &m; p-> getdesc();

26 虚函数 (Virtual Function) 和多态 (polymorphism) class vehicle{ virtual const string getdesc ( ) { } }; Car c( CarLicense,2001, CarStyle ); Vehicle v ( License,1900),* p = &v; p->getdesc(); p = &m; p-> getdesc();

27 虚函数 (Virtual Function) 和多态 (polymorphism) 通过指针或引用访问一个类对象的虚函数, 将调用指针或引用指向的实际对象的相应虚函数 多态性 包含虚函数的类也称为多态类

28 纯虚函数与抽象基类 函数体 =0 的虚函数叫做纯虚函数 包含一个纯虚函数的类叫做抽象基类 // abstract class CPolygon class Polygon { protected: int width, height; public: void set_values (int a, int b) { width=a; height=b; } virtual int area () =0; };

29 纯虚函数与抽象基类 函数体 =0 的虚函数叫做纯虚函数 包含一个纯虚函数的类叫做抽象基类 不能定义抽象基类的变量 ( 对象 )! // abstract class CPolygon class Polygon { protected: int width, height; public: void set_values (int a, int b) { width=a; height=b; } virtual int area () =0; };

30 纯虚函数与抽象基类 抽象基类用作接口, 派生类必须实现纯虚函数 class Polygon { protected: int width, height; public: Polygon (int a, int b) : width(a), height(b) {} virtual int area (void) =0; void printarea() { cout << this->area() << '\n'; } }; class Rectangle: public Polygon { public: Rectangle(int a,int b) : Polygon(a,b) {} int area() { return width*height; } }; class Triangle: public Polygon { public: Triangle(int a,int b) : Polygon(a,b) {} int area() { return width*height/2; } };

31 纯虚函数与抽象基类 抽象基类用作接口, 派生类必须实现纯虚函数 int main () { Polygon * ppoly1 = new Rectangle (4,5); Polygon * ppoly2 = new Triangle (4,5); ppoly1->printarea(); ppoly2->printarea(); delete ppoly1; delete ppoly2; return 0; }

32 多继承 Multiple inheritance

33 作业 1. 实现一个公司员工信息管理程序, 员工包括雇员和经理两种人员, 当然经理也是雇员 请定义至少下述三种类, 并对雇员和经理类定义一个 print 虚函数, 用以输出员工信息 class Employee{ // }; class Manager: public Employee{ private: int level; // }; class Company{ std::vector< Employee *> employees; // 请自己查询 vector 用法 // };