《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計》課件第1章 緒論

參考書

新標(biāo)準(zhǔn)C++程序設(shè)計郭煒高等教育出版社

THEC++PROGRAMMINGLANGUAGE(SpecialEdition)BjarneStroustrup

高等教育出版社

課時安排授課：32學(xué)時上機(jī)：16學(xué)時

教材、參考書與課時安排本門課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容第1章緒論（2學(xué)時）第2章C++語言對C語言的擴(kuò)充（4學(xué)時）第3章類和對象（6學(xué)時）第4章友元（2學(xué)時）第5章繼承與派生（6學(xué)時）第6章多態(tài)性和虛函數(shù)（6學(xué)時）第7章C++語言的輸入輸出流庫（2學(xué)時）第8章異常處理（2學(xué)時）

第1章緒論

1.1

面向?qū)ο蠓椒ǖ钠鹪?/p>

1.2

從面向過程轉(zhuǎn)向面向?qū)ο?/p>

1.3

面向?qū)ο蟮幕靖拍?.4

面向?qū)ο笙到y(tǒng)的特性1.5

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計舉例機(jī)器語言匯編語言高級語言面向過程面向?qū)ο驝PU指令系統(tǒng)，由0、1序列構(gòu)成的指令碼組成如：10000000加

10010000減用助記符號描述的指令系統(tǒng)如ADDA,B面向機(jī)器的語言1.1面向?qū)ο蠓椒ǖ钠鹪礄C(jī)器語言匯編語言高級語言面向過程面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計是數(shù)據(jù)被加工的過程客觀世界可以分類，對象是類的實例對象是數(shù)據(jù)和方法的封裝對象間通過發(fā)送和接受消息發(fā)生聯(lián)系程序設(shè)計關(guān)鍵是定義類，并由類派生對象1.1面向?qū)ο蠓椒ǖ钠鹪?、50年代的程序都是用指令代碼或匯編語言編寫的,60年代高級語言的出現(xiàn)大大簡化了程序設(shè)計，縮短了軟件開發(fā)周期。2、自60年代末到70年代初，出現(xiàn)了大型軟件系統(tǒng)，如操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫，這給程序設(shè)計帶來了新的問題?？煽啃圆?，錯誤多，且不易維護(hù)和修改--軟件危機(jī)。3、為了克服60年代出現(xiàn)的軟件危機(jī)，1968年北約組織提出“軟件工程”的概念。對程序設(shè)計語言的認(rèn)識從強(qiáng)調(diào)表達(dá)能力為重點轉(zhuǎn)向以結(jié)構(gòu)化和簡明性為重點，將程序從語句序列轉(zhuǎn)向相互作用的模塊集合。1969年，E.W.Dijkstra首先提出了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的概念。4、經(jīng)過幾年的探索和實踐，結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的應(yīng)用確實取得了成效，用該方法編寫出來的程序不僅結(jié)構(gòu)良好，且顯著地減少軟件的復(fù)雜性，提高軟件的可靠性、可測試性和可維護(hù)性。5、進(jìn)入80年代，由于一系列高技術(shù)的研究，如計算機(jī)輔助制造CAM和知識工程等領(lǐng)域的研究都迫切要求大型的軟件系統(tǒng)作為支撐。他們所用的數(shù)據(jù)類型也超出了常規(guī)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)類型的范疇，提出對圖像、聲音、規(guī)則等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的管理。迫切要求軟件模塊具有更強(qiáng)的獨立自治性，以便于大型軟件的管理、維護(hù)和重用。由于結(jié)構(gòu)化語言的數(shù)據(jù)類型較為簡單，所以不能勝任對非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的定義與管理，采用過程調(diào)用機(jī)制使模塊的獨立性較差。6、自80年代以來，出現(xiàn)了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計流派，研制出了多種面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言（簡稱為OOPL：ObjectOrientedProgrammingLanguage），如Ada、Smalltalk、C++和當(dāng)前使用在Internet上的平臺無關(guān)語言Java等。7、由于OOPL的對象、類具有高度的抽象性，所以它能很好地表達(dá)任何復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，也允許程序員靈活地定義自己所需要的數(shù)據(jù)類型。類本身具有很完整的封裝性，滿足模塊獨立自治的需求。再加上繼承性和多態(tài)性，增強(qiáng)了模塊的可重用性，提高了軟件的可靠性，縮短了軟件的開發(fā)周期。1.2從面向過程轉(zhuǎn)向面向?qū)ο?/p>

——

建立一個軟件開發(fā)的全新的思維方式數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出函數(shù)或過程特點:

數(shù)據(jù)和過程相分離函數(shù)或過程1.因為數(shù)據(jù)與過程分開，因此數(shù)據(jù)很容易在其作用域之外被修改。這表明對數(shù)據(jù)的訪問是不受控制且不可預(yù)知。voidA(Strings);//passbyvalue

voidB(String&s);//passbyreferance

voidC(String*s);//passbypointer2.因為數(shù)據(jù)與過程分開，因此編寫過程時必須要考慮所要處理的數(shù)據(jù)格式。這表明代碼的可重用性不好。abs(i)

//anintexpressioni

fabs(x)//afloating-pointexpressionx3.因為不能設(shè)置數(shù)據(jù)的可訪問權(quán)限，增加了大型程序的復(fù)雜性。因此測試和調(diào)試更加困難。特點:

數(shù)據(jù)和過程相分離？例例1.2從面向過程轉(zhuǎn)向面向?qū)ο?/p>

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計將數(shù)據(jù)及其操作放在一起，作為一個相互依存、不可分割的整體—

對象。采用數(shù)據(jù)抽象和數(shù)據(jù)隱藏技術(shù)，將對象及其操作抽象成一種新的數(shù)據(jù)類型—

類。

數(shù)據(jù)1

數(shù)據(jù)2

數(shù)據(jù)3

…

操作1

操作2

操作3

…屬性方法1.3面向?qū)ο蟮幕靖拍?/p>

數(shù)據(jù)1

數(shù)據(jù)2

數(shù)據(jù)3

…

操作1

操作2

操作3

…

屬性方法1.類(class)①類實質(zhì)就是一種用戶自定義的數(shù)據(jù)類型。②可以把類想像成一種高級的數(shù)據(jù)類型。structclass1.3面向?qū)ο蟮幕靖拍?.類(class)數(shù)據(jù)成員成員函數(shù)classStack{

private:

structNode { intdata; Node*next; }*top;

public: Stack(){top=NULL;}

boolpush(inti);

boolpop(int&i);};例1.3面向?qū)ο蟮幕靖拍?.對象(object)Inoop,thetermobjecthasaveryspecificmeaning:Itisaself-containedentityencapsulatingdataandoperationsonthedata.1.3面向?qū)ο蟮幕靖拍?.對象(object)①對象是類的一個實例。②對象與類的關(guān)系如同變量與數(shù)據(jù)類型之間的關(guān)系。③對象具有唯一標(biāo)識名，可以區(qū)別于其他對象。④對象具有一個狀態(tài)，由其屬性值集合所表征。⑤對象有一組操作方法即服務(wù)，每個操作決定對象的一種行為。⑥對象具有模塊獨立性。⑦對象具有動態(tài)連接性。

Stackst1;//定義對象st1Stackst2;//定義對象st2例①對象是類的一個實例。②對象與類的關(guān)系如同數(shù)據(jù)類型與變量之間的關(guān)系。③對象具有唯一標(biāo)識名，可以區(qū)別于其他對象。④對象具有一個狀態(tài)，由其屬性值集合所表征。⑤對象有一組操作方法即服務(wù)，每個操作決定對象的一種行為。⑥對象具有模塊獨立性。⑦對象具有動態(tài)連接性。1.3面向?qū)ο蟮幕靖拍?.對象(object)

從邏輯上看，一個對象是獨立存在的模塊。模塊內(nèi)部狀態(tài)不因外界的干擾而改變，也不會涉及到其他模塊；模塊間的依賴性極小或幾乎沒有；各模塊可獨立地被系統(tǒng)所組合選用，也可被程序員重用，不必?fù)?dān)心破壞其他模塊。

客觀世界中的對象之間是有聯(lián)系的，在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中，通過消息機(jī)制，把對象之間動態(tài)連接在一起。1.3面向?qū)ο蟮幕靖拍?/p>

3.消息(message)①消息是面向?qū)ο笙到y(tǒng)中實現(xiàn)對象之間的通信機(jī)制，是要求某個對象執(zhí)行其中某個功能操作的規(guī)格說明。②對象所提供的任何行為（功能）都必須通過消息來調(diào)用，對象只有在接收到消息時才被激活。③消息一般由三部分組成：接受消息的對象名、調(diào)用操作名和必要的參數(shù)。st1.push(i);

//向st1發(fā)送消息，調(diào)用其成員函數(shù)push//push操作的功能是將數(shù)據(jù)i壓入棧中

例1.3面向?qū)ο蟮幕靖拍?/p>

3.消息(message)消息具有三個性質(zhì)：①同一對象可接收不同形式的多個消息，產(chǎn)生不同的響應(yīng)；②相同形式的消息可以送給不同對象，所做出的響應(yīng)可以是截然不同的；③消息的發(fā)送可以不考慮具體的接收者，對象可以響應(yīng)消息，也可以對消息不予理會，對消息的響應(yīng)并不是必須的。st1.push(i);st1.pop(x);circle.draw();square.draw();例1.3面向?qū)ο蟮幕靖拍?/p>

4.方法（method）①方法就是對象所能執(zhí)行的操作，也就是對象中的成員函數(shù)。②方法包括界面和方法體兩部分。方法的界面也稱為接口，它給出了方法的調(diào)用模式；方法體則是實現(xiàn)某種操作的一系列計算步驟，也就是一段程序。

對象提供的任何功能都必須通過消息進(jìn)行調(diào)用，而該消息就是發(fā)送給對象所提供的接口的。1.3面向?qū)ο蟮幕靖拍?/p>

4.方法（method）消息和方法的關(guān)系是：對象根據(jù)接收到的消息，調(diào)用相應(yīng)的方法；反過來，有了接口，對象才能響應(yīng)相應(yīng)的消息。所以消息模式與方法界面（即接口）應(yīng)該是一致的。同時，只要接口保持不變，方法體的改動不會影響方法的調(diào)用。方法的實現(xiàn)細(xì)節(jié)對于用戶來說是不可見的，用戶只需向?qū)ο蟀l(fā)送正確格式的消息即可。1.3面向?qū)ο蟮幕靖拍?/p>

4.方法（method）消息和方法的關(guān)系是：對象根據(jù)接收到的消息，調(diào)用相應(yīng)的方法；反過來，有了接口，對象才能響應(yīng)相應(yīng)的消息。所以消息模式與方法界面（即接口）應(yīng)該是一致的。同時，只要接口保持不變，方法體的改動不會影響方法的調(diào)用。方法的實現(xiàn)細(xì)節(jié)對于用戶來說是不可見的，用戶只需向?qū)ο蟀l(fā)送正確格式的消息即可。①抽象是一種從一般的觀點看待事物的方法，它要求程序員集中于事物的本質(zhì)特征，而不是具體細(xì)節(jié)或具體實現(xiàn)。②將一組對象的共同特征抽象出來，從而形成“類”的概念。類的概念來自人們認(rèn)識自然社會的過程。在這一過程中，人們主要使用兩種方法：歸納法和演繹法。在歸納的過程中，我們從一個個具體的事物中把共同的特征抽取出來，形成一個一般的概念，這就是“歸類”；在演繹的過程中，我們把同類的事物，根據(jù)不同的特征分成不同的小類，這就是“分類”。對于一個具體的類，它有許多具體的個體，我們稱這些個體叫做“對象”。

1.抽象性(abstract)1.4面向?qū)ο笙到y(tǒng)的特性抽象數(shù)據(jù)類型:ADT(AbstractDataType)

1.抽象性(abstract)

當(dāng)一個數(shù)據(jù)類型僅暴露其公有接口，而將其私有實現(xiàn)隱藏起來，我們就稱這個數(shù)據(jù)類型是抽象的。

C++通過對類的支持提供了信息隱藏，而信息隱藏，特別是對低層實現(xiàn)細(xì)節(jié)的隱藏，是構(gòu)造抽象數(shù)據(jù)類型的關(guān)鍵。在抽象數(shù)據(jù)類型中提供某個功能的辦法就是將該功能以類的成員函數(shù)的形式封裝起來。1.4面向?qū)ο笙到y(tǒng)的特性

1.抽象性(abstract)classStack{

private:

structNode { intdata; Node*next; }*top;

public: Stack(){top=NULL;}

boolpush(inti);

boolpop(int&i);};例Stack類的壓入和彈出操作是高層的，因為用戶不需要了解棧的底層實現(xiàn)，因此Stack類是一種抽象數(shù)據(jù)類型。使用ADT將提高程序的可靠性和健壯性。C++能夠?qū)崿F(xiàn)ADT，是其支持OOP的有力工具。1.4面向?qū)ο笙到y(tǒng)的特性1.4面向?qū)ο笙到y(tǒng)的特性

2.封裝性（encapsulation)

所謂封裝就是指一組數(shù)據(jù)和與這組數(shù)據(jù)有關(guān)的操作集合組裝在一起，形成一個能動的實體，也就是對象。數(shù)據(jù)封裝就是給數(shù)據(jù)提供了與外界聯(lián)系的標(biāo)準(zhǔn)接口，無論是誰，只有通過這些接口，使用規(guī)范的方式，才能訪問這些數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)封裝是軟件工程發(fā)展的必然產(chǎn)物，使得程序員在設(shè)計程序時可以專注于自己的對象，同時也切斷了不同模塊之間數(shù)據(jù)的非法使用，減少了出錯的可能性。1.4面向?qū)ο笙到y(tǒng)的特性

3.繼承性（inhertance)

從已有的對象類型出發(fā)建立一種新的對象類型，使它繼承原對象的特點和功能。繼承是對許多問題中分層特性的一種自然描述，因而也是類的具體化和被重用的一種手段，它所表達(dá)的就是一種不同類之間的繼承關(guān)系。它使得某類對象可以繼承另外一類對象的特征和能力。繼承所具有的作用有兩個方面：一方面可以減少代碼冗余；另一方面可以通過協(xié)調(diào)性來減少相互之間的接口和界面。1.4面向?qū)ο笙到y(tǒng)的特性

3.繼承性（