剖析C++的面向?qū)ο缶幊趟枷?/h1>
更新時間:2015年09月16日 14:57:29 投稿:goldensun
這篇文章主要介紹了剖析C++的面向?qū)ο缶幊趟枷?C++的面向?qū)ο筇匦允瞧鋵語言的重要拓展之處,需要的朋友可以參考下
面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計
面向?qū)ο缶幊?Object Oriented Programming,OOP,面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計) 的主要思想是把構(gòu)成問題的各個事務(wù)分解成各個對象,建立對象的目的不是為了完成一個步驟,而是為了描敘一個事物在整個解決問題的步驟中的行為。
面向過程就是分析出解決問題所需要的步驟,然后用函數(shù)逐步實現(xiàn),再依次調(diào)用就可以了。
面向?qū)ο蠛兔嫦蜻^程是兩種不同的編程思想,沒有哪一種絕對完美,要根據(jù)具體需求擬定開發(fā)方案。例如,開發(fā)一個小型軟件或應(yīng)用程序,工程量小,短時間內(nèi)即可完成,完全可以采用面向過程的開發(fā)方式,使用面向?qū)ο?,反而會增加代碼量,降低開發(fā)效率。
面向過程的編程語言(如C語言)不能創(chuàng)建類和對象,不能用面向?qū)ο蟮乃枷雭黹_發(fā)程序;面向?qū)ο蟮木幊陶Z言(如C++、PHP等)保留了面向過程的關(guān)鍵字和語句,仍然可以采用面向過程的思想來開發(fā)程序。
面向?qū)ο笫敲嫦蜻^程的補充和完善。
注意,不要“死磕”概念上的理解,很多有經(jīng)驗的程序員甚至都不能完全解釋清楚面向?qū)ο蠛兔嫦蜻^程的區(qū)別,要重在實踐,不斷揣摩編程語言的思想。
類和對象的基本概念
為了方便說明,我們將從現(xiàn)實生活中的實例入手。
我們知道,工業(yè)上使用的鑄件(電飯鍋內(nèi)膽、汽車地盤、發(fā)動機機身等)都是由模子鑄造出來的,一個模子可以鑄造出很多相同的鑄件,不用的模子可以鑄造出不同的鑄件。這里的模子就是我們所說的“類”,鑄件就是我們所說的“對象”。
類,是創(chuàng)建對象的模板,一個類可以創(chuàng)建多個相同的對象;對象,是類的實例,是按照類的規(guī)則創(chuàng)建的。
屬性和方法
由模子鑄造出來的鑄件(對象),有很多參數(shù)(長度、寬度、高度等),能完成不同的操作(煮飯、承重、保護內(nèi)部零件等)。這里的參數(shù)就是對象的“屬性”,完成的操作就是對象的“方法”。
屬性是一個變量,用來表示一個對象的特征,如顏色、大小、重量等;方法是一個函數(shù),用來表示對象的操作,如奔跑、呼吸、跳躍等。
對象的屬性和方法統(tǒng)稱為對象的成員。
類的繼承
一個類(子類)可以繼承另一個類(父類)的特征,如同兒子繼承父親的DNA、性格和財產(chǎn)。
子類可以繼承父類的全部特征,也可以繼承一部分,由程序靈活控制。
C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計舉例
這里我們將通過幾個簡單的例子來演示如何站在面向?qū)ο蟮慕嵌仍O(shè)計程序,以及使用類的好處。
【例】最簡單的例子。
#include <iostream>
using namespace std;
class Time //定義Time類
{
public : //數(shù)據(jù)成員為公用的
int hour;
int minute;
int sec;
};
int main( )
{
Time t1;//定義t1為Time類對象
cin>>t1.hour;//輸入設(shè)定的時間
cin>>t1.minute;
cin>>t1.sec;
//輸出時間:
cout<<t1.hour<<":"<<t1.minute<<":"<<t1.sec<<endl;
return 0;
}
運行情況如下:
1232 43↙
12:32:43
幾點注意:
1) 在引用數(shù)據(jù)成員hour,minute,sec時不要忘記在前面指定對象名。
2) 不要錯寫為類名,如寫成
Time.hour,Time.minute,Time.sec
是不對的。因為類是一種抽象的數(shù)據(jù)類型,并不是一個實體,也不占存儲空間,而對象是實際存在的實體,是占存儲空間的,其數(shù)據(jù)成員是有值的,可以被引用的。
3) 如果刪去主函數(shù)的3個輸入語句,即不向這些數(shù)據(jù)成員賦值,則它們的值是不可預(yù)知的。
【例】引用多個對象的成員。
1) 程序(a)
#include <iostream>
using namespace std;
class Time
{
public :
int hour;
int minute;
int sec;
};
int main( )
{
Time t1;//定義對象t1
cin>>t1.hour;//向t1的數(shù)據(jù)成員輸入數(shù)據(jù)
cin>>t1.minute;
cin>>t1.sec;
cout<<t1.hour<<":"<<t1.minute<<":"<<t1.sec<<endl;//輸出t1中數(shù)據(jù)成員的值
Time t2;//定義對象t2
cin>>t2.hour;//向t2的數(shù)據(jù)成員輸入數(shù)據(jù)
cin>>t2.minute;
cin>>t2.sec;
cout<<t2.hour<<":"<<t2.minute<<":"<<t2.sec<<endl;//輸出t2中數(shù)據(jù)成員的值
return 0;
}
運行情況如下:
1032 43↙
10:32:43
22 32 43↙
22:32:43
程序是清晰易懂的,但是在主函數(shù)中對不同的對象一一寫出有關(guān)操作,會使程序冗長。為了解決這個問題,可以使用函數(shù)來進行輸入和輸出。見程序(b)。
2) 程序(b)
#include <iostream>
using namespace std;
class Time
{
public :
int hour;
int minute;
int sec;
};
int main( )
{
void set_time(Time&);//函數(shù)聲明
void show_time(Time&);//函數(shù)聲明
Time t1;//定義t1為Time類對象
set_time(t1);//調(diào)用set_time函數(shù),向t1對象中的數(shù)據(jù)成員輸入數(shù)據(jù)
show_time(t1);//調(diào)用show_time函數(shù),輸出t1對象中的數(shù)據(jù)
Time t2;//定義t2為Time類對象
set_time(t2);//調(diào)用set_time函數(shù),向t2對象中的數(shù)據(jù)成員輸入數(shù)據(jù)
show_time(t2);//調(diào)用show_time函數(shù),輸出t2對象中的數(shù)據(jù)
return 0;
}
void set_time(Time& t) //定義函數(shù)set_time,形參t是引用變量
{
cin>>t.hour;//輸入設(shè)定的時間
cin>>t.minute;
cin>>t.sec;
}
void show_time(Time& t) //定義函數(shù)show_time,形參t是引用變量
{
cout<<t.hour<<":"<<t.minute<<":"<<t.sec<<endl;//輸出對象中的數(shù)據(jù)
}
運行情況與程序(a)相同。
3) 程序(c)
可以對上面的程序作一些修改,數(shù)據(jù)成員的值不再由鍵盤輸入,而在調(diào)用函數(shù)時由實參給出,并在函數(shù)中使用默認參數(shù)。將程序(b)第8行以下部分改為:
int main( )
{
void set_time(Time&,int hour=0,int minute=0,int sec=0);//函數(shù)聲明
void show_time(Time&);//函數(shù)聲明
Time t1;
set_time(t1,12,23,34);//通過實參傳遞時、分、秒的值
show_time(t1);
Time t2;
set_time(t2);//使用默認的時、分、秒的值
show_time(t2);
return 0;
}
void set_time(Time& t,int hour,int minute,int sec)
{
t.hour=hour;
t.minute=minute;
t.sec=sec;
}
void show_time(Time& t)
{
cout<<t.hour<<":"<<t.minute<<":"<<t.sec<<endl;
}
程序運行時的輸出為:
12:23:34 (t1中的時、分、秒)
0:0:0 (t2中的時、分、秒)
以上兩個程序中定義的類都只有數(shù)據(jù)成員,沒有成員函數(shù),這顯然沒有體現(xiàn)出使用類的優(yōu)越性。在下面的例子中,類體中就包含了成員函數(shù)。
【例】改用含成員函數(shù)的類來處理。
#include <iostream>
using namespace std;
class Time
{
public :
void set_time( );//公用成員函數(shù)
void show_time( );//公用成員函數(shù)
private : //數(shù)據(jù)成員為私有
int hour;
int minute;
int sec;
};
int main( )
{
Time t1;//定義對象t1
t1.set_time( );//調(diào)用對象t1的成員函數(shù)set_time,向t1的數(shù)據(jù)成員輸入數(shù)據(jù)
t1.show_time( );//調(diào)用對象t1的成員函數(shù)show_time,輸出t1的數(shù)據(jù)成員的值
Time t2;//定義對象t2
t2.set_time( );//調(diào)用對象t2的成員函數(shù)set_time,向t2的數(shù)據(jù)成員輸入數(shù)據(jù)
t2.show_time( );//調(diào)用對象t2的成員函數(shù)show_time,輸出t2的數(shù)據(jù)成員的值
return 0;
}
void Time::set_time( ) //在類外定義set_time函數(shù)
{
cin>>hour;
cin>>minute;
cin>>sec;
}
void Time::show_time( ) //在類外定義show_time函數(shù)
{
cout<< hour<<":"<< minute<<":"<< sec<< endl;
}
運行情況與例8.2中的程序(a)相同。
幾點注意:
在主函數(shù)中調(diào)用兩個成員函數(shù)時,應(yīng)指明對象名(t1,t2)。表示調(diào)用的是哪一個對象的成員函數(shù)。
在類外定義函數(shù)時,應(yīng)指明函數(shù)的作用域(如void Time∷set_time( ))。在成員函數(shù)引用本對象的數(shù)據(jù)成員時,只需直接寫數(shù)據(jù)成員名,這時C++系統(tǒng)會把它默認為本對象的數(shù)據(jù)成員。也可以顯式地寫出類名并使用域運算符。
應(yīng)注意區(qū)分什么場合用域運算符“∷”,什么場合用成員運算符“.”,不要搞混。
【例】找出一個整型數(shù)組中的元素的最大值。這個問題可以不用類的方法來解決,現(xiàn)在用類來處理,讀者可以比較不同方法的特點。
#include <iostream>
using namespace std;
class Array_max //聲明類
{
public : //以下3行為成員函數(shù)原型聲明
void set_value( ); //對數(shù)組元素設(shè)置值
void max_value( ); //找出數(shù)組中的最大元素
void show_value( ); //輸出最大值
private :
int array[10]; //整型數(shù)組
int max; //max用來存放最大值
};
void Array_max::set_value( ) //成員函數(shù)定義,向數(shù)組元素輸入數(shù)值
{
int i;
for (i=0;i<10;i++)
cin>> array[i];
}
void Array_max::max_value( ) //成員函數(shù)定義,找數(shù)組元素中的最大值
{
int i;
max=array[0];
for (i=1;i<10;i++)
if(array[i]> max) max=array[i];
}
void Array_max::show_value( ) //成員函數(shù)定義,輸出最大值
{
cout<< "max="<< max;
}
int main( )
{
Array_max arrmax; //定義對象arrmax
arrmax.set_value( ); //調(diào)用arrmax的set_value函數(shù),向數(shù)組元素輸入數(shù)值
arrmax.max_value( ); //調(diào)用arrmax的max_value函數(shù),找出數(shù)組元素中的最大值
arrmax.show_value( ); //調(diào)用arrmax的show_value函數(shù),輸出數(shù)組元素中的最大值
return 0;
}
運行結(jié)果如下:
12 12 39 -34 17 134 045 -91 76↙ (輸入10個元素的值)
max=134 (輸入10個元素中的最大值)
請注意成員函數(shù)定義與調(diào)用成員函數(shù)的關(guān)系,定義成員函數(shù)只是設(shè)計了一組操作代碼,并未實際執(zhí)行,只有在被調(diào)用時才真正地執(zhí)行這一組操作。
可以看出: 主函數(shù)很簡單,語句很少,只是調(diào)用有關(guān)對象的成員函數(shù),去完成相應(yīng)的操作。在大多數(shù)情況下,主函數(shù)中甚至不出現(xiàn)控制結(jié)構(gòu)(判斷結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)),而在成員函數(shù)中使用控制結(jié)構(gòu)。在面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計中,最關(guān)鍵的工作是類的設(shè)計。所有的數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)的操作都體現(xiàn)在類中。只要把類定義好,編寫程序的工作就顯得很簡單了。
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面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計
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面向過程就是分析出解決問題所需要的步驟,然后用函數(shù)逐步實現(xiàn),再依次調(diào)用就可以了。
面向?qū)ο蠛兔嫦蜻^程是兩種不同的編程思想,沒有哪一種絕對完美,要根據(jù)具體需求擬定開發(fā)方案。例如,開發(fā)一個小型軟件或應(yīng)用程序,工程量小,短時間內(nèi)即可完成,完全可以采用面向過程的開發(fā)方式,使用面向?qū)ο?,反而會增加代碼量,降低開發(fā)效率。
面向過程的編程語言(如C語言)不能創(chuàng)建類和對象,不能用面向?qū)ο蟮乃枷雭黹_發(fā)程序;面向?qū)ο蟮木幊陶Z言(如C++、PHP等)保留了面向過程的關(guān)鍵字和語句,仍然可以采用面向過程的思想來開發(fā)程序。
面向?qū)ο笫敲嫦蜻^程的補充和完善。
注意,不要“死磕”概念上的理解,很多有經(jīng)驗的程序員甚至都不能完全解釋清楚面向?qū)ο蠛兔嫦蜻^程的區(qū)別,要重在實踐,不斷揣摩編程語言的思想。
類和對象的基本概念
為了方便說明,我們將從現(xiàn)實生活中的實例入手。
我們知道,工業(yè)上使用的鑄件(電飯鍋內(nèi)膽、汽車地盤、發(fā)動機機身等)都是由模子鑄造出來的,一個模子可以鑄造出很多相同的鑄件,不用的模子可以鑄造出不同的鑄件。這里的模子就是我們所說的“類”,鑄件就是我們所說的“對象”。
類,是創(chuàng)建對象的模板,一個類可以創(chuàng)建多個相同的對象;對象,是類的實例,是按照類的規(guī)則創(chuàng)建的。
屬性和方法
由模子鑄造出來的鑄件(對象),有很多參數(shù)(長度、寬度、高度等),能完成不同的操作(煮飯、承重、保護內(nèi)部零件等)。這里的參數(shù)就是對象的“屬性”,完成的操作就是對象的“方法”。
屬性是一個變量,用來表示一個對象的特征,如顏色、大小、重量等;方法是一個函數(shù),用來表示對象的操作,如奔跑、呼吸、跳躍等。
對象的屬性和方法統(tǒng)稱為對象的成員。
類的繼承
一個類(子類)可以繼承另一個類(父類)的特征,如同兒子繼承父親的DNA、性格和財產(chǎn)。
子類可以繼承父類的全部特征,也可以繼承一部分,由程序靈活控制。
C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計舉例
這里我們將通過幾個簡單的例子來演示如何站在面向?qū)ο蟮慕嵌仍O(shè)計程序,以及使用類的好處。
【例】最簡單的例子。
#include <iostream> using namespace std; class Time //定義Time類 { public : //數(shù)據(jù)成員為公用的 int hour; int minute; int sec; }; int main( ) { Time t1;//定義t1為Time類對象 cin>>t1.hour;//輸入設(shè)定的時間 cin>>t1.minute; cin>>t1.sec; //輸出時間: cout<<t1.hour<<":"<<t1.minute<<":"<<t1.sec<<endl; return 0; }
運行情況如下:
1232 43↙ 12:32:43
幾點注意:
1) 在引用數(shù)據(jù)成員hour,minute,sec時不要忘記在前面指定對象名。
2) 不要錯寫為類名,如寫成
Time.hour,Time.minute,Time.sec
是不對的。因為類是一種抽象的數(shù)據(jù)類型,并不是一個實體,也不占存儲空間,而對象是實際存在的實體,是占存儲空間的,其數(shù)據(jù)成員是有值的,可以被引用的。
3) 如果刪去主函數(shù)的3個輸入語句,即不向這些數(shù)據(jù)成員賦值,則它們的值是不可預(yù)知的。
【例】引用多個對象的成員。
1) 程序(a)
#include <iostream> using namespace std; class Time { public : int hour; int minute; int sec; }; int main( ) { Time t1;//定義對象t1 cin>>t1.hour;//向t1的數(shù)據(jù)成員輸入數(shù)據(jù) cin>>t1.minute; cin>>t1.sec; cout<<t1.hour<<":"<<t1.minute<<":"<<t1.sec<<endl;//輸出t1中數(shù)據(jù)成員的值 Time t2;//定義對象t2 cin>>t2.hour;//向t2的數(shù)據(jù)成員輸入數(shù)據(jù) cin>>t2.minute; cin>>t2.sec; cout<<t2.hour<<":"<<t2.minute<<":"<<t2.sec<<endl;//輸出t2中數(shù)據(jù)成員的值 return 0; }
運行情況如下:
1032 43↙ 10:32:43 22 32 43↙ 22:32:43
程序是清晰易懂的,但是在主函數(shù)中對不同的對象一一寫出有關(guān)操作,會使程序冗長。為了解決這個問題,可以使用函數(shù)來進行輸入和輸出。見程序(b)。
2) 程序(b)
#include <iostream> using namespace std; class Time { public : int hour; int minute; int sec; }; int main( ) { void set_time(Time&);//函數(shù)聲明 void show_time(Time&);//函數(shù)聲明 Time t1;//定義t1為Time類對象 set_time(t1);//調(diào)用set_time函數(shù),向t1對象中的數(shù)據(jù)成員輸入數(shù)據(jù) show_time(t1);//調(diào)用show_time函數(shù),輸出t1對象中的數(shù)據(jù) Time t2;//定義t2為Time類對象 set_time(t2);//調(diào)用set_time函數(shù),向t2對象中的數(shù)據(jù)成員輸入數(shù)據(jù) show_time(t2);//調(diào)用show_time函數(shù),輸出t2對象中的數(shù)據(jù) return 0; } void set_time(Time& t) //定義函數(shù)set_time,形參t是引用變量 { cin>>t.hour;//輸入設(shè)定的時間 cin>>t.minute; cin>>t.sec; } void show_time(Time& t) //定義函數(shù)show_time,形參t是引用變量 { cout<<t.hour<<":"<<t.minute<<":"<<t.sec<<endl;//輸出對象中的數(shù)據(jù) }
運行情況與程序(a)相同。
3) 程序(c)
可以對上面的程序作一些修改,數(shù)據(jù)成員的值不再由鍵盤輸入,而在調(diào)用函數(shù)時由實參給出,并在函數(shù)中使用默認參數(shù)。將程序(b)第8行以下部分改為:
int main( ) { void set_time(Time&,int hour=0,int minute=0,int sec=0);//函數(shù)聲明 void show_time(Time&);//函數(shù)聲明 Time t1; set_time(t1,12,23,34);//通過實參傳遞時、分、秒的值 show_time(t1); Time t2; set_time(t2);//使用默認的時、分、秒的值 show_time(t2); return 0; } void set_time(Time& t,int hour,int minute,int sec) { t.hour=hour; t.minute=minute; t.sec=sec; } void show_time(Time& t) { cout<<t.hour<<":"<<t.minute<<":"<<t.sec<<endl; }
程序運行時的輸出為:
12:23:34 (t1中的時、分、秒) 0:0:0 (t2中的時、分、秒)
以上兩個程序中定義的類都只有數(shù)據(jù)成員,沒有成員函數(shù),這顯然沒有體現(xiàn)出使用類的優(yōu)越性。在下面的例子中,類體中就包含了成員函數(shù)。
【例】改用含成員函數(shù)的類來處理。
#include <iostream> using namespace std; class Time { public : void set_time( );//公用成員函數(shù) void show_time( );//公用成員函數(shù) private : //數(shù)據(jù)成員為私有 int hour; int minute; int sec; }; int main( ) { Time t1;//定義對象t1 t1.set_time( );//調(diào)用對象t1的成員函數(shù)set_time,向t1的數(shù)據(jù)成員輸入數(shù)據(jù) t1.show_time( );//調(diào)用對象t1的成員函數(shù)show_time,輸出t1的數(shù)據(jù)成員的值 Time t2;//定義對象t2 t2.set_time( );//調(diào)用對象t2的成員函數(shù)set_time,向t2的數(shù)據(jù)成員輸入數(shù)據(jù) t2.show_time( );//調(diào)用對象t2的成員函數(shù)show_time,輸出t2的數(shù)據(jù)成員的值 return 0; } void Time::set_time( ) //在類外定義set_time函數(shù) { cin>>hour; cin>>minute; cin>>sec; } void Time::show_time( ) //在類外定義show_time函數(shù) { cout<< hour<<":"<< minute<<":"<< sec<< endl; }
運行情況與例8.2中的程序(a)相同。
幾點注意:
在主函數(shù)中調(diào)用兩個成員函數(shù)時,應(yīng)指明對象名(t1,t2)。表示調(diào)用的是哪一個對象的成員函數(shù)。
在類外定義函數(shù)時,應(yīng)指明函數(shù)的作用域(如void Time∷set_time( ))。在成員函數(shù)引用本對象的數(shù)據(jù)成員時,只需直接寫數(shù)據(jù)成員名,這時C++系統(tǒng)會把它默認為本對象的數(shù)據(jù)成員。也可以顯式地寫出類名并使用域運算符。
應(yīng)注意區(qū)分什么場合用域運算符“∷”,什么場合用成員運算符“.”,不要搞混。
【例】找出一個整型數(shù)組中的元素的最大值。這個問題可以不用類的方法來解決,現(xiàn)在用類來處理,讀者可以比較不同方法的特點。
#include <iostream> using namespace std; class Array_max //聲明類 { public : //以下3行為成員函數(shù)原型聲明 void set_value( ); //對數(shù)組元素設(shè)置值 void max_value( ); //找出數(shù)組中的最大元素 void show_value( ); //輸出最大值 private : int array[10]; //整型數(shù)組 int max; //max用來存放最大值 }; void Array_max::set_value( ) //成員函數(shù)定義,向數(shù)組元素輸入數(shù)值 { int i; for (i=0;i<10;i++) cin>> array[i]; } void Array_max::max_value( ) //成員函數(shù)定義,找數(shù)組元素中的最大值 { int i; max=array[0]; for (i=1;i<10;i++) if(array[i]> max) max=array[i]; } void Array_max::show_value( ) //成員函數(shù)定義,輸出最大值 { cout<< "max="<< max; } int main( ) { Array_max arrmax; //定義對象arrmax arrmax.set_value( ); //調(diào)用arrmax的set_value函數(shù),向數(shù)組元素輸入數(shù)值 arrmax.max_value( ); //調(diào)用arrmax的max_value函數(shù),找出數(shù)組元素中的最大值 arrmax.show_value( ); //調(diào)用arrmax的show_value函數(shù),輸出數(shù)組元素中的最大值 return 0; }
運行結(jié)果如下:
12 12 39 -34 17 134 045 -91 76↙ (輸入10個元素的值) max=134 (輸入10個元素中的最大值)
請注意成員函數(shù)定義與調(diào)用成員函數(shù)的關(guān)系,定義成員函數(shù)只是設(shè)計了一組操作代碼,并未實際執(zhí)行,只有在被調(diào)用時才真正地執(zhí)行這一組操作。
可以看出: 主函數(shù)很簡單,語句很少,只是調(diào)用有關(guān)對象的成員函數(shù),去完成相應(yīng)的操作。在大多數(shù)情況下,主函數(shù)中甚至不出現(xiàn)控制結(jié)構(gòu)(判斷結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)),而在成員函數(shù)中使用控制結(jié)構(gòu)。在面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計中,最關(guān)鍵的工作是類的設(shè)計。所有的數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)的操作都體現(xiàn)在類中。只要把類定義好,編寫程序的工作就顯得很簡單了。
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