C++语言教程专业知识讲座

《C++语言教程》刘强地表空间信息研究所主楼中418室电话：832033021淘花/baidu专用第1页第一章

引

论

C++语言是一种面向对象语言，它所支持面向对象概念容易将问题空间直接映射到程序空间，为程序员提供了一种与传统构造程序设计十分不一样思维方式。2淘花/baidu专用第2页因此，学习C++语言面临两个问题，如何建立面向对象思维方式?如何用C++语言编程?亦即需要学习面向对象设计办法和使用C++语言编程办法。

3淘花/baidu专用第3页1.1面向对象目标传统程序设计办法是模块化（或构造化）程序设计办法，步骤为：（1）整个软件系统功能逐渐细化为多种小功能—功能划分；（2）多种小功能对应由一种模块（如函数，过程，分程序，子程序等）来实现；4淘花/baidu专用第4页（3）多种模块合作完成较大功能，所有模块合作完成整个软件系统功能。对于传统程序设计，在设计和实现（编程）阶段考虑是模块，程序本身也是由模块组成，称之为面向模块（面向过程）。

5淘花/baidu专用第5页面向对象目标归纳为：对试图利用计算机进行问题求解和信息处理领域，尽可能使用对象概念，将问题空间中现实模型映射到程序空间，由此所得到自然性可望克服软件系统复杂性，从而得到问题求解和信息处理更高性能。6淘花/baidu专用第6页1.2面向对象语言关键概念数据类型是一个抽象概念，包括有一组数据定义和一组对该组数据操作定义。数据类型分为三种：简单数据类型，用户定义数据类型，抽象数据类型。7淘花/baidu专用第7页简单数据类型：语言本身提供，如整型，包括有所有整数和对整数操作，对于一个整数成分（二进制表示）是不可见，也不可直接操作。8淘花/baidu专用第8页内部类型基本类型：char,int,float,void派生类型:格式：<类型修饰符>基本类型类型修饰符:short,long,singed,unsigned,double例：long(int),double(float),longdouble(float),…bool类型9淘花/baidu专用第9页顾客定义数据类型：以简单数据类型为基础，它包括数据成份是多种简单数据类型数据，能够对数据成份进行直接操作。10淘花/baidu专用第10页自定义类型使用typedef格式：typedef<已申明类型><新类型名>例如：typedefunsignedcharUCHAR

typedefunsignedlongDWORD枚举类型格式：

enum<枚举类型名>{<枚举值表>}[<枚举变量表>];例：

enumweekday{

MON=1,TUR,WED,THU,FRI,SAT,SUN

}nowday,oldday;class,struct,union11淘花/baidu专用第11页在高级程序设计语言程序中，对于简单和顾客定义数据类型，数据定义和操作是分开，只是在对数据进行操作时，需检查该操作是否符合对应类型允许操作(即类型检查)。12淘花/baidu专用第12页对于类型使用，必须通过类型实际例子（简称实例或实体，即本来所说变量或常量）使用来体现。

例如：intnum;13淘花/baidu专用第13页抽象数据类型：在定义数据时，必须同步定义对数据操作；它成份（简单或顾客定义数据类型数据）是不可见，也不可直接操作，必须通过类型提供操作进行访问。14淘花/baidu专用第14页面向对象语言中对象是“将某组数据和使用该组数据一组基本操作或过程封装在一起，而成一种实体”。事实上就是抽象数据类型一种实例。15淘花/baidu专用第15页对象和抽象数据类型关系，就像整型变量和整型数据类型关系。16淘花/baidu专用第16页作为克服软件复杂性伎俩，在面向对象中，利用了如下对象性质：(1)将密切有关数据和操作封装起来定义为一种实体。(2)定义了一种实体后，虽然不懂得此实体功能是如何实现，也能使用它们（这一点类似于库函数）。17淘花/baidu专用第17页1.2.1数据封装面向对象程序设计语言，最关键概念是数据封装、继承性和多态性。18淘花/baidu专用第18页抽象是指对于一种系统简化描述。对于使用系统人员，不会去关怀该系统组成和工作原理；他们所关怀是该系统具有什么样功能，如何去使用该系统（既系统提供什么样接口，让人们使用）。19淘花/baidu专用第19页抽象标准，利用在计算机领域，称之为“信息隐蔽”标准；在面向对象程序设计语言中，使用数据封装机制实现信息隐蔽。20淘花/baidu专用第20页数据封装将一组数据和与这组数据有关操作集合封装在一起，形成一种能动实体，称为对象。21淘花/baidu专用第21页顾客无须懂得对象行为实现细节，只需根据对象提供外部特性接口访问对象。22淘花/baidu专用第22页例classCircle{floatr;//半径intx,y;//圆心有关半径、圆心和圆操作；};23淘花/baidu专用第23页类概念将一组数据和这组数据有关操作集合封装在一起，建立了一种定义良好接口，人们只关怀其使用，不关怀其实现细节。这反应了抽象数据类型思想。24淘花/baidu专用第24页类本身还是一组对象共同属性和操作抽象。类代表了一般性，而该类每一种对象代表了详细性。25淘花/baidu专用第25页1.2.2继承继承是面向对象语言另一种主要概念。在客观世界中，存在着整体和部分关系（apartof）、一般和特殊关系(isa或akindof)，实现了重用性和扩充性。26淘花/baidu专用第26页Aisapartof

B.AisakindofB.27淘花/baidu专用第27页例：人与学生关系（继承）点与圆(心)关系（包括）点与多边形(顶点)关系28淘花/baidu专用第28页将一种人当成对象，对于人定义（如名字、年纪、性别等等）和对人操作（取名字、打印一种人多种信息等等）已经封装在Person类中了；下面将学生当成对象，学生是一类特殊人，基本信息和操作已经Person中定义过了，为了避免反复定义C++允许顾客将学生类Student说明为Person类继承类。29淘花/baidu专用第29页personstudent30淘花/baidu专用第30页这样，Student类就能够无须在考虑对于人基本信息定义和操作了，继承机制允许学生类从人类中继承人所有数据和操作，学生类只需要考虑学生特殊信息定义和对学生本身操作即可。31淘花/baidu专用第31页1.2.3多态性面向对象另外一种关键概念是多态性。所谓多态，是指一种名字（或符号）具有多种含义。利用超载（或称为重载overload）方式实现多态性。有函数和运算符超载。32淘花/baidu专用第32页函数名字有两个作用：

1）代表了该函数函数体（那段代码）；

2）代表了该函数功能。33淘花/baidu专用第33页在传统语言中，不允许函数有同名情况，考虑是函数名第一种作用；而在面向对象程序设计语言中，假如发觉多种函数功能是一致，尽管他们确实是不一样函数，但允许它们具有相同函数名字，即存在同名函数。

34淘花/baidu专用第34页对于函数重载，若函数调用(界面)与哪一种函数体(函数实现)相匹配，是在编译时确定，称为早期匹配（或静态联编）。假如函数调用与哪一种函数体匹配是在运行时动态进行，称之为晚期匹配（或动态联编）。35淘花/baidu专用第35页一般来说，早期匹配执行速度比较快，晚期匹配提供灵活性和高度问题抽象。

36淘花/baidu专用第36页1.3按对象方式思维

面向对象CRC办法从下列三个方面来表述对象。⑴Classname（对象取名）对象取名实质上就是将系统功能进行划分。37淘花/baidu专用第37页⑵Responsibilities（责任）每个对象只负责完成设计中一种小目标功能。⑶Collaborators（合作者）每个对象也许会依赖其他对象来完成其责任。这个对象所依赖对象集合称为它合作者。38淘花/baidu专用第38页对象合作关系有：

包括、继承、友元、使用39淘花/baidu专用第39页如何判定“是否已经找到合适对象”，没有一定准则。

40淘花/baidu专用第40页1.4面向对象思想和办法

1.4.1面向对象是一种认知办法学认知办法：从一般到特殊演绎办法从特殊到一般归纳办法。41淘花/baidu专用第41页面向对象提供了从一般到特殊演绎伎俩，又提供了从特殊到一般归纳形式，从而说明它是一种较好认知办法。这种分类、归纳办法在面向对象设计技术中是很主要。42淘花/baidu专用第42页1.4.2面向对象与软件IC“软件IC”：一种软件集成机制，能够将已经成熟软件单元制成一种相对独立实体，使它们能够不加改动或很少改动就能够应用于新软件系统中。“软件IC”是一种可重用模块。

43淘花/baidu专用第43页类概念支持

“软件IC”

技术：在面向对象语言中，类充当了系统构造单元，这是由于它具有下列特点：

44淘花/baidu专用第44页类是一类对象统一模板，它具有很强模块性。类功能代码实现只通过外部接口与外界联系，具有很强独立性。

45淘花/baidu专用第45页类可靠性体现在一种类犯错不会传输到其他类中，一种系统类假如犯错，能够将其删除，作为一种降级系统使用，而不会使整个系统瘫痪。46淘花/baidu专用第46页类是对象一级抽象，它将一类对象数据构造和功能实现封装起来，使得外界无须清楚其内部实现，只要从它说明中理解其基本功能就能够使用它。

47淘花/baidu专用第47页类之间连接只有继承性描述和一组外协消息，因而清楚、明了。48淘花/baidu专用第48页1.4.3面向对象办法与构造程序设计办法1.模块与对象

构造化程序设计中，模块是对功能抽象。而对象是包括数据、操作整体，将数据和功能抽象和统一。能够说，对象包括了模块。49淘花/baidu专用第49页2.过程调用与消息传递

在构造化程序设计中，过程为一独立实体，显式地被它使用者所见，并且，对于相同输入参数，每一次过程调用，其输出成果是相同。50淘花/baidu专用第50页在面向对象程序设计中，对象是一台自动机，对象状态只能由对象操作变化它。C++语言用函数实现操作。每当需要变化状态时候，只能由其他对象向该对象发送消息(在C++中，借助于组员函数调用来实现消息发送)。51淘花/baidu专用第51页对象响应消息后，按照消息模式找出匹配操作，并执行该操作。应当注意，发送消息和过程调用意义是不一样，发送消息只是触发自动机，同样输入参数，也许因自动机状态不一样，其输出成果也不一样。52淘花/baidu专用第52页1.4.4对象是抽象数据类型实现抽象是一种系统简化描述，它强调了系统某些特性而忽视了其他特性。对于顾客来说，所关怀是程序能做什么，而不是它实现细节。53淘花/baidu专用第53页而抽象正好能够用来对顾客所关怀主要信息给予强调，而忽视不主要信息。54淘花/baidu专用第54页整个程序设计语言发展过程就是抽象层次不停提升过程。55淘花/baidu专用第55页抽象数据类型在程序中是一封闭单位。它包括信息有：外部可见：处理数据各个操作界面外部不可见：数据和操作实现细节56淘花/baidu专用第56页于是，将数据类型抽象为提供应外部世界数据和操作集。使用了抽象数据类型描述，不再关怀数据构造是什么，而仅仅关怀它具有些什么功能可用。这与信息隐藏标准很符合。57淘花/baidu专用第57页

1.6面向对象程序设计语言将面向对象概念正式作为语言成份是Simula67。Simula语言在ALGOL60语言基础上发展起来，引入了类、对象、继承和共行子程序等概念。当今面向对象程序设计基本思想起源于Simula