2024年上海交大C++课件：深入理解面向对象编程

2024年上海交大C++课件：深入理解面向对象编程汇报人：2024-11-16目录面向对象编程基础构造函数与析构函数详解继承、多态与虚函数剖析模板编程技术探讨异常处理机制深入剖析课程总结与面向对象编程实践建议01面向对象编程基础面向对象概念引入面向对象与面向过程的区别面向过程以函数方法窗口或操作过程作为组织代码的方式，而面向对象则以对象及对象的操作作为组织代码的方式，更贴近人类自然的思维方式。面向对象的三大特性封装、继承和多态是面向对象编程的三大核心特性，它们共同构成了OOP的基石。面向对象编程的定义面向对象编程（OOP）是一种程序设计范型，同时也是一种程序开发的方法论。它将对象作为程序的基本单元，以提高软件的可重用性、灵活性和扩展性。030201类是对一类事物共同属性和行为的抽象描述，它定义了对象的属性和方法，是创建对象的模板。类的定义对象是类的实例化，即根据类定义创建一个具有具体属性和行为的实体。每个对象都拥有自己独立的属性和方法，且互不影响。对象的创建类是对象的抽象，而对象是类的具体实例。类是创建对象的模板，而对象则是根据这个模板创建出来的具体实体。类与对象的关系类与对象基本概念访问控制是通过设定类成员的访问权限，来控制其他类或对象对该类成员的访问能力。它有助于保护数据的安全性和完整性。访问控制的概念封装性是指将客观事物封装成抽象的类，并对其中的属性和方法设置访问权限。封装可以把自己的数据和方法只让可信的类或者对象操作，对不可信的进行信息隐藏。封装性的主要目的是增强安全性和简化编程，用户只需要知道对象提供哪些方法，而不必了解内部细节。封装性的原理访问控制与封装性原理02构造函数与析构函数详解构造函数定义及作用定义01构造函数是一种特殊的成员函数，用于在创建对象时进行初始化操作。作用02构造函数的主要作用是为新创建的对象分配内存空间，并初始化对象的成员变量。通过构造函数，可以确保每个对象在创建时都处于正确的状态。调用时机03当使用“new”关键字创建一个新对象时，会自动调用该类的构造函数。重载04构造函数可以根据参数列表的不同进行重载，以实现不同的初始化方式。析构函数定义及资源释放析构函数是与构造函数相对应的一种特殊成员函数，用于在对象生命周期结束时进行清理工作。01040302定义析构函数的主要作用是释放对象所占用的资源，如动态分配的内存、打开的文件句柄等。通过析构函数，可以确保对象在销毁前正确地释放其所占用的资源，防止资源泄漏。作用当对象的生命周期结束时（如使用“delete”关键字销毁一个对象），会自动调用该类的析构函数。调用时机析构函数不应抛出异常，因为如果在析构函数中抛出异常且未被捕获，则会导致程序异常终止。注意事项在创建一个类的对象时，首先会调用基类的构造函数（如果有继承关系的话），然后按照成员变量在类中声明的顺序依次调用它们的构造函数进行初始化。最后调用该类自身的构造函数。构造函数的调用顺序与构造函数的调用顺序相反，当销毁一个类的对象时，首先会调用该类自身的析构函数进行清理工作，然后按照成员变量在类中声明的相反顺序依次调用它们的析构函数进行资源释放。最后调用基类的析构函数（如果有继承关系的话）。这种顺序确保了对象在销毁过程中能够正确地释放其所占用的资源。析构函数的调用顺序构造函数与析构函数调用顺序探究03继承、多态与虚函数剖析继承的基本概念继承是面向对象编程中的一个核心概念，允许程序员创建一个新的类（派生类），从已存在的类（基类）那里继承属性和行为。继承机制实现原理继承的实现方式在C++中，继承通过冒号（:）和访问控制符（public、protected、private）来实现。派生类可以继承基类的公有成员、保护成员，但不能继承私有成员。继承的作用继承可以提高代码的重用性，减少代码冗余。通过继承，派生类可以获得基类的属性和行为，并在此基础上添加新的属性和行为。多态性概念引入及实现方式多态性的定义多态性是指允许一个接口被多种实际类型所实现，或者说一个接口可以有多种不同的实现方式。多态性的实现方式在C++中，多态性主要通过函数重载、模板和虚函数来实现。其中，虚函数是实现动态多态性的关键。多态性的作用多态性可以提高程序的扩展性和灵活性。通过多态性，程序可以更加灵活地处理不同类型的对象，而无需关心对象的具体类型。虚函数在动态多态中应用虚函数的使用注意事项为了使用虚函数实现动态多态性，基类中的虚函数必须被声明为public或protected；派生类中的重写函数必须与基类中的虚函数具有相同的函数签名（包括返回类型、函数名和参数列表）；如果派生类没有重写基类中的某个虚函数，那么该派生类对象将继承基类中的虚函数实现。虚函数的工作原理当使用基类指针或引用调用一个虚函数时，程序会在运行时动态地确定要调用的具体函数版本。这是通过查找虚函数表（vtable）来实现的，vtable中存储了指向虚函数实际代码的指针。虚函数的定义虚函数是指在基类中被声明为virtual的成员函数。虚函数允许在派生类中被重写，从而实现动态多态性。04模板编程技术探讨模板参数详解模板参数包括类型参数和非类型参数。类型参数用于指定模板所操作的数据类型，非类型参数则用于指定模板的一些常量值或表达式。模板概念阐述模板是C++中一种重要的编程技术，它允许程序员以一种类型无关的方式编写代码，从而提高了代码的复用性和灵活性。模板分类说明模板主要分为函数模板和类模板两种。函数模板用于生成类型无关的函数，而类模板则用于生成类型无关的类。模板定义及分类介绍STL（StandardTemplateLibrary）是C++标准库中的一部分，它提供了一套高效的、可扩展的、类型无关的容器和算法。STL库简介STL库中常见的容器包括vector、list、deque、set、map等。这些容器各自具有不同的特点和适用场景。常见容器介绍通过具体示例演示如何使用STL库中的容器，包括容器的初始化、元素的插入和删除、容器的遍历等操作。容器使用示例STL库中常见容器使用指南自定义模板类设计与实现案例01根据实际项目需求，分析需要设计什么样的自定义模板类，以及该类需要具备哪些功能。阐述自定义模板类的设计思路，包括类的成员变量和成员函数的设计、模板参数的选择等。详细展示自定义模板类的实现过程，包括类的定义、成员函数的实现、模板的实例化等操作。同时，通过具体示例演示如何使用自定义模板类。0203自定义模板类需求分析自定义模板类设计思路自定义模板类实现过程05异常处理机制深入剖析程序执行过程中出现的非正常情况，打断正常执行流程。异常定义错误通常指严重问题，如内存溢出，无法被程序捕获处理；异常是程序可处理的非正常情况。异常与错误区别标准异常、运行时异常、自定义异常等。异常分类提高程序健壮性，增强用户体验，防止程序崩溃。异常处理重要性异常概念引入及分类讨论try块包含可能引发异常的代码。try-catch-finally结构使用技巧01catch块捕获并处理try块中抛出的异常，可定义多个catch块处理不同类型异常。02finally块无论是否发生异常，都会执行的代码块，常用于资源释放。03使用注意事项try块后必须至少有一个catch块或finally块；多个catch块时，子类异常应放在前面，父类异常放在后面。04自定义异常类设计与抛出策略继承自标准异常类，定义新的异常类型和属性。自定义异常类在适当位置使用throw关键字抛出异常对象，触发异常处理流程。抛出策略确保抛出的异常能够被合适的catch块捕获并处理，避免程序崩溃或未处理异常导致的问题。抛出与捕获配合明确异常含义，提供足够信息以便定位问题；尽量使用标准异常类，减少自定义异常数量。自定义异常类设计原则0204010306课程总结与面向对象编程实践建议类是对象的模板，定义了对象的属性和方法；对象是类的实例，具有类所描述的特征和行为。类与对象概念不同对象对同一消息作出不同响应，增强程序的可扩展性和灵活性。多态性通过类将数据和方法组合在一起，隐藏内部实现细节，仅对外提供必要的接口。封装性子类可以继承父类的属性和方法，实现代码复用和扩展。继承性关键知识点回顾与总结面向对象编程思想在实际项目中应用需求分析与类设计根据实际需求，抽象出合适的类，并定义类的属性和方法。代码组织与模块划分利用面向对象的思想，将代码划分为不同的模块，提高代码的可读性和可维护性。数据封装与访问控制通过封装数据，确保数据的安全性和一致性；通过访问控制，限制对数据的非法访问。多态应用与接口设计利用多态性，设计灵活的接口，以支持不同的实现方式。课后习题解答针对课件中的课后习题，提供详细的解答思路和步骤。