第章面向对象程序设计概述文档格式.docx

1、对他而言，只是需要知道存、取1 /13款手续，并按照这些手续去做就足够了。（2） 程序设计人员所关注的是如何写存、取款的代码，如何在已经建立的数据结构中填写数据 并管理它们。可见，程序员与顾客关心的事情是不致的，这是由于数据结构与“过程”的分离造成 的。再进步分析，顾客与他们的银行账户有没有特殊的关系。在软件系统中，由于顾客只不过 是串字符和数字，閃而不用考虑到底是谁拥有该账户，账户里的内容是什么，而银行账号也只 不过是一个整数。另外，由于数据结构与“过程”的分离，程序员可以非常方便地修改账目，因为对他来说, 只不过是在修改数据结构中的数字，实际上他可能通过修改数据而取走顾客的钱。最后,我们考

2、虑如果数据结构发生了 些变化会产生什么样的结果。对于accountType数据 项，原来只有现 金账户、支票账户和贷款账户三种取值，程序只能识别这三种取值。由于账户类型的不同，我们 在编写存款等过程时，将以不同的操作序列与之对应（在同个过程中分情况处理）。对现金账户、 支票账户和贷款账户的处理不会完全和同。假设现在需要增加-种账户类型一一退休账户，后果 如何?原来的程序肖定出错。因为在原来的程序中我们只考虑了以上三种账户的情况，对于新增 加的账户类型，原来的程序不会处理。也就是说，每增加种新的账户类型，都必须重新编写程 序代码，可见其维护软件的开销是相当大的。上述这些问题的出现都是由于面向过程

3、程序设计的解决方法的着重点在功能，而我们通过分 析发现，数据对于客户（尤其是顾客）似乎更重要。在这里，程序员关心的是如何做（how to do）,而顾客则关心的是做什么（what tO do）,这是由于过程和数据的分离造成的。使用而向 对象的程序设计技术是解决这些问题的最好方法。1. 1. 2面向对象程序设计的基本概念在而向对象的程序设计中，着重点在那些将要彼操作的数据，而不是在实现这些操作的过程。数据构成了软件分解的基础，而不是功能。我们首先要分析顾客在账户（数据）中妥做什一么, 然后提供相应的操作，更重要的是不能将数据和相应操作看成两个分离的实体，而是耍把它们作 为个完整的实体来对待。数据

4、与定义在它上面的用户需要的操作构成个整体。同时，数据本 身不能彼外部程序和过程直接存取。如果想修改银行账户中的数据，惟的办法是在该数据上捉 供修改操作，这些修改操作是以用户应得到的利益为根据。当我们把对银行账户的操作定义在数 据上，银行账户就是个类，称为银行账户类。作为其实例，我们可 以建立许多具体的银行账户，而每一个具体的银行账户就是银行账户类的-个对象。 现在，我们给面向对象程序设计下一个定义。面向对象程序设计是种新的程序设计范型。而向对象程序的主要结构特点是： 第、程序般由类的定义和类的使用两部分组成，在主程序中定义各对象并规定它们之间传递 息的规律：第二，程序中的切操作都是通过向对象发

5、送消息来实现的，对象接收到消息后，启动有关方法 完成和应的操作。面向对象程序设计的最大优点就是软件具有可重用性。当人们对软件系统的要求有所改变 时，并不需要程序员做大量 的工作，就能使系统做相应的变化。类与对象是而向对象程序设计中最重要的概念，也是个难点，想要掌握而向对象程序 设计的技术，首先就要很好地理解这两个概念。2/131. 2对象与类1. 2. 1对象与类的槪念在现实世界中，人们是如何认识“对象”和“类”的。在日常生活中对象就是我们认识世界的基本单元，它可以是人，也可以是物，还可以是件事。 整个世界就是由形形色色的“对象”构成的。例如辆车、个球、个小学生、次演出。对 象既可以很简单，也

6、可以很复杂，复杂的对象可以由若干简单的对象构成。对象是现实世界中的一个实体，其特性是：（1）每个对象必须有个名字以区别于其它对象：（2）用属性（或叫状态）来描述它的某些特征： （3）有一组操作，每-个操作决定对象的一种行为。在日常生活中，“类”是对组具有共同的属性特征和行为特征的对象的抽象。例如，由 个个的人构成人类，而一个人是人类的一个实例。类和对象之间的关系是抽象和具体的关系。类是对参个对象进行综合抽象的结果，对象又 是类的个体实物，个对象是类的个实例。例如，教师黎明和学生李明都是个对象。对象名：黎明对彖名：李明对象的属性：年龄：30年龄：20学历：博士学历：本科职称：教授性别：男专业：计

7、算机软件专业：计算机科学与技术对象的操作：说自己的年龄 打篮球吃饭 睡觉授课 听课个个的像黎明这样的教师就构成教师类。个个的像李明这样的学生就构成学生类。我们前面说过，面向对象程序设计更接近人们的思维。而向对象程序设计中的对象和就来源 于现实世界。以面向对象程序设计的观点看，个对象是由描述其属性的数据和定义在其上血的 组操作组成的实体，是数据单元和过程单元的组合体。类是对组对象的抽象，这组对象具有 相同的属性结构和操作行为，在对象所属的类中要说明这些结构和行为。个对象是类的个实 例。有了类，才可以创建对彖。现在我们给出类的更精确的定义：类是创建对象的样板，它包含对创建对象的状态描述 和对操作行

8、为的说明。如果用而向对象的观点来分析银行账户问题，着重点在银行账户上，而不是在存款和取款的行为 上，那么，银行账户就是i个类。class BankAccountpublic：void MakeDeposit（float amount）:float WithDraw（float amount）:bool Transfer（BankAccount&to, float amount）:3/13private：float balance：float interestYTD：char*owner：int account_number：）;在BankAccount类中，说明的行为是MakeDepositx

9、 WithDraw和Transfer。这些行为对干 任何客户来说是很重要的，他们在银行开户的目的就是耍进行存款、取款以及转账。正因为每 个顾客（作为类的实例）都可能做这些操作，所以对行为的说明是public,即公有的。同时，在 BankAecount 类中，还说明 了数据 balance、interestYTD, owner 和 accountnumber,这些数 据是私有的，只能在彼定义的类中进行操作。作为银行账户类的实例，银行的每个银行账户都是个对象。每个银行账户对象有相同的 结构和行为。因此，任何个银行账户对象都可以使用在类中说明的MakeDeposit等操作，而且 每个银行账户对象有和

10、同类型的数据结构balance等。在而向对象程序设计中，个类只在源程序的代码中岀现，而并不会在个正在内存运行的程序 中出现，即类只是在编译时存在：对象作为类的实例在运行的程序中出现，并占有内存空间， 它是在运行时存在的实体。所以个类实际上是种新的数据类型，当我们耍用个新的数据类 型时，肖先耍在源程序中说明，而说明部分的代码是不在内存中运行的。在程序中运行的是该类 的对象，对彖在内存完成。注意，我们在此必须严格区分说明和定义。前而我们用C+写的程序段是对类BankAccount的说 明。在C+的类中，我们把那些行为称为成员函数，而把数据称为数据成员。1. 2. 2对象的状态在而向对象程序设计中，

11、对象是类的实例。对象给类以生命，类想要做的事必须通过建立 对象和在对象上进行操作而实现。创建类的 对象的过程也叫实例化对象。对象知道什么能做和什么不能做，并且有能力修改和维护定义在对 象上的数据。可以将对象看成是个带有状态和行为的活的实体。属于同个类中的对象具有相同的行 为，但是有各自独立的状态。什 么是对象的状态?在现实世界中个对象能独立存在的原因是它们有各自的特征，这些特征就是 对象的状态。对于一个人来说，姓名、性别、身高都是其状态。在前而的讨论中，对象的属性与对象的状态是相同的槪念。这里，给对象的状态下个定义：对 象的状态是所有静态属性和这些属性的动态值的总和。 ， 以银行账户为例，Ba

12、nkAccount类对象有-项数据成员balance（余额）。假设银行不允许透 支，那么每个账户的余额（balance）不应小于零。这是所有银行账户类对象的公共属性，也可以 说是任何个银行账户类对象的静态属性。这类属性是不需要检测的。然而，在BankAccount 类对象的生存期的任何时刻，账户中的余额是包含在balance这个数据成员中的数值。当在对象 上发生存款、转账、取款等行为时，会引起该数值的变化。閃此，账户余额是-个动态变化的值， 换句话说，数据成员balance的值是动态的。对象的状态通常不仅仅是初等的数据类型（整型、实型、字符型等），而且许多对象将另个对彖 作为它们状态的 啷分。

13、例如，辆车有发动机、车轮、座位，发动机是另外个对象，它可以 作为车的状态的部分，。又例如，个银行对象可以将银行账户对象和顾客对象作为它的状态 的部分。4/13个学校辆车发动学学 座座座 教教车车车1. 2. 3对象的交互现实世界中的对象不是孤立存在的实体，他们之间存在着各种各样的联系，正是它们之间的 相互作用、联系和连接，才构成了世间各种不同的系统。同样，在面向对象程序设计中，对象之 间也需要联系，我们称为对象的交互。而向对象程序设计技术必须提供种机制，允许个对象 与另一个对彖的交互。这种机制叫消息传递。在面向对象程序设计中的消息传递，实际是对现实世界中的信息传递的直接模拟。个 对象向另个对象

14、发出的请求彼称为“消息”。消息是个对象要求另个对象执行某个 功 能操作的规格的说明，通过消息传递才能完成对象之间的相互请求或相互协作。例如，我们有个银行账户对象和-个顾客对象，顾 客对象可以请求银行账户对象的服务，如“存入300元”、“取出200元”等，当银行账户对象接 到请求后，确定应执行的相应的操作并执行。在此，我们有必要介绍下方法的槪念。方法是面向对象程序设计中的个术语。我们知道， 属于个类的对象具有相同的行为，当某个行为作用在对象时，我们就称对象执行了 个方法。 方法定义了 系列的计算步骤。所以，我们可以说个对象请求另个对象执行个特定的方法, 或者说个对象发送个消息给另个对象，引起那个

15、对象方法的执行。从这个意义上看，对彖 的行为是负责响应消息并进行操作。般情况下，我们称发送消息的对象为发送者或请求者，接收消息的对象为接收者或目标 对象。对象中的联系只能通过消息传递来进行。接收者只有在接收到消息时，才能被激洁，彼激 活的对象会根据消息的要求完成相应的功能。消息具有三个性质：（1）同-个对象可以接收不同形式的多个消息，做出不同的响应：相同形式的消息可以传递给不同的对象，所做出的响应可以是不同的:（3）消息的发送可以不考虑具体的接受者，对象可以响应消息，也可以不响应。实际上，对象之间的消息传递机制对应于面向过程程序设计的过程调用=消息传递并非真的传 递信息，它的实质就是方法的调用

16、。只不过方法的调用受到消息的控制，而过程调用是直接的。消息的内容一般应包括接收者的名字、请求的方法、一个或多个参数。由发送者向接受者发送条消息，就是妥求调用特定的方法。所调用的方法可能引起对象状态 的改变，还可能会生成更多的消息，而导致调用其它对象中的方法。在面向对象程序设计中，消息分为两类：公有消息和私有消息。假设有批消息同属于个对 象，其中部分消息是由其它对象直接向它发送的，称为公有消息；另部分消5/13 息是它向自己发送的，称为私有消息.公有消息与私有消息的确定，与消息要求调用的方法有关。如果被调用的方法在对象所属的 类中是在public下说明的，则为公有：是在private下说明的，即

17、为私有。当然，私有消息只 能发送调用属于它自己的方法。例如，个银行账户对彖的类定义是BankAccount, 个顾客对象可以发送个公有消息 WithDraw给银行账户对象，要求取款。这个消息是公有消息。1. 2. 4类的确定与划分我们知道，面向对象程序设计技术是将系统分解成若干对象，对象之间的相互作用构成了整 个系统。而类是创建对象的样板，在整体上代农组对象，设计类而不是设计对象可以避免重复 的编码工作，类只需编码次，就可以创建所有的对象。所以，当我们辑决实际问题时，需要正 确地进行分“类”。我们必须理解-个类究竟衣示的是哪组对象，如何把实 际问题中的事物汇聚成 个个的“类”，而不是组数据。这

18、是面向对象程序设计中的个难点。例如，考虑银行系统，我们至少应该有两类对象：顾客类和银行账户类。学校系统应至少包 含两类对象：学生和教师。如何确定和划分类?类的确定和划分并没有统的标准和固定的方法，基本上依赖设计 人员的经验、技巧以及对实际问题的把握。个基本的原则是：寻求-个人系统中事 物的共性，将具有共性的系统成分确定为一个类。这里以模拟-个学校系统为例。系统想耍达到的目标不同，确定和划分的类就不相同。若模 拟的目的是为了管理教案，设置的类可能是学生、教师、教材、课程、教室、图书等。若模拟的 目的是管理后勒工作，设置的类可能是宿舍、食堂、后勤工作人员、教室、图书馆等。确定个事物是个类的第一步，

19、是要判断它是否有个以上的实例，如果有，则它可能是 个类；第二步，我们还要判断类的实例中有否绝对的不同点，如果没有，则它是个类。因为 类的每一个实例是和似的，具有相同的行为和属性结构。例如，颜色（Color）与鲜花联系在起只是鲜花的种状态，因为衣示颜色的是些值：红、 黄、紫、白等，所以，在此Color不是个类。然而，如果我们把颜色同包括复杂颜色计算的图 形处理系统联系在起，则Color是-个类，因为这时的颜色是基于颜色三元素（红、绿、蓝） 的成分比例和色度的变量，它不仅仅是-个数值，还可以附带很多的行为。不能把组函数组合在起构成类。也就是说，不能把个面向过程的模块直接变成类。如 果简单地将模块中

20、的函数变成成员函数而使其成为类是错谋的。类不是函数的集合。例如，考虑-个包含组数学函数的模块，现在我们定义个类Mathhelper： class Mathelperdouble sqrt（double aNumber）.double Power（double aNumber, int raiseto）double Inverse（double aNumber）: /任何数据项，也可能没有;确定Mathelper为个类是错谋的。问题在于该类中没有需要管理的私有数据。用户只需要 捉供参数对成员函数进行调用。这与而向过程的程序设计的函数调用没有根本的区别。设计类要有个明确的目标。个好的类应该是容易理

21、解和使用的。我们不能设计个 6/13Color类来衣示鲜花的颜色，但是可以在图形处理系统中将颜色Color设计为类。因为在两个系 统中对颜色的耍求不同。1. 3数据的抽象与封装面向对象系统中最突岀的特性是封装性、继承性和多态性。我们首先来讨论封装性，封装与 数据抽象的概念密切和关。1. 3. 1现实世界中的抽象与封装抽象和封装的概念在现实世界中广泛存在，尤其在科学技术日益发展的今天，人量的电器被 人们使用，对电器的使用体现了抽彖与封装的概念。以录音机为例，录音机上有若干按键，当人们使用录音机时，只要根据白己的需要，如放音、 录音、停止、倒带等，按下与之对应的键，录音机就会完成相应的工作。这些按

22、键安装在录音机 的农而，人们通过它们与录音机交互。我们无法（当然也没必要）操作录音机的内部电路，因为它 们彼装在机壳里,录音机的内部情况对于用户来说是隐蔽的，不可见的。这就是所谓封装的原理。那么，我们是如何知道放音按哪个键，停止又按哪个键的呢?是录音机的操作说明书告诉我 们的，但操作说明书并不告诉我们录音机的内部将如何去做这些事。操作说明书在录音机做什么 （what td do）与怎样做（how to do）之间做出了明确的区分。这就是所谓抽象的原理。抽象出来 的是做什么，而不关心如何实现这些操作。以般观点而言，抽象是通过特定的实例或例了抽取共同性质以后形成槪念的过程。抽象是 对系统的简化描述

23、或规范说明，它强调了系统中的部分细节和特性，例如做什么，而忽略了其 它部分，例如如何做。抽象的描述被称为它的规范说明，例如录音机的操作说明书，而对抽象的 解释称为它的实现。1. 3. 2数据的抽象与封装的基本概念将上述观点用在数据结构上，就不难理解数据的抽象与封装。将数据结构和作用于数据结构 上的操作组成个实体，数据的农示方式和对数据的操作细节被隐藏起来，用户通过操作接口对 数据进行操作。对于用户来说，只知道如何通过操作接口对该数据进行操作，而并不知道是如何 做的也不知道数据是如何农示的。这就是数据的封装:数据的抽象则是通过对数据实例的分析，抽取其共同性质的结果。数据的抽象和我们前而讨论 的类

24、的概念之间显然存在着很强的和似性。在而向对象程序设计中，数据的抽象是在确定类时强调对象的共同点而忽略它们的不同点的结果。也可以说，在个类的说明中我们只衣示那些主要特性，而忽略次要的、引不起我们 兴趣的东西。数据的封装则是隐藏了抽象的内部实现细节的结果。封装是将数据抽象的外部接口与内部 的实现细节淸楚地分离开。抽象 和封装是互补的。好的抽象有利于封装，封装的实体则帮助 维护抽象的完整性。重要的是抽象先于封装。以银行账户类为例，balance、interestYTD、owner、accountnumber等私有数据是彼封装的 数据，MakeDepositx WithDraw Transfer等成员

25、函数的细节也同时被封装，用户看到的是 MakeDeposit、WithDraw Transfer 操作捉供的接口。7/13BalanceInterestYTDOwnernumberaccouiiMakeDepositWithDraw MakeDeposit 用户不能存取的TransferWithDrawTransfer在上闻的讨论中，我们并没有严格区分银行账户是类还是对彖，因为封装性不仅涉及到类的描述，也涉及到组成软件系统的对象。的角度来讨论封装似乎更合理，因为类并不真正占有存储空间。对象一一从类的实例 一一 封装的单位实际是对象，但是对象的结构和行为是用它自己的类说明来描述的。对象的封装比类

26、的封装更具体化。 可以从下面几点来理解对象的封装： （1）对象具有个淸楚的边界，对象的私有数据、成员函数的细节彼封装在该边界内： 具有个描述对象与其它对象如何相互作用的接口，该接口必须说明消息传递的使 （2） ,用方法：对象内部的代码和数据应受到保护，其它对象不能直接修改。 （3） 的观点看，对象提供了 组服务，并提供了请求服务的接口。从） 从用户（或应用程序员系统设计员的角度看，封装能清楚地标明对象提供的服务界面，而水乡的行为和数据是隐蔽的， 不可见。对象的这-封装机制，可以将对象的使用者和设计者分开。3对象的特性31.封装性。）（1模块的独立性。2）（动态连接性。）（3易维护性（4）8/1

27、31. 4继承性1. 4. 1继承的槪念热血、有毛发、用奶哺育幼子孩了的父母 狗 （孩有犬牙、伶肉、特定的骨骼结构、群居柯利狗尖从子、 身体濒色红口相间、适合放牧 上图说明了哺乳动物、狗、柯利狗之间的继承关系。图中箭头方向志向基对象。哺乳动物是种 热血、有毛发、用奶哺育幼仔的动物：狗是有犬牙、食肉、特定的骨骼结构、群居的哺乳动物: 柯利狗是尖鼻（、身体颜色红白相闻、适合放牧的狗。在继承链中，每个类继承了它前个类的 所有特性。例如，狗具有哺乳动物的所有特性，同时还具有区别于其它哺的特征。图中从下到上 的继承关系是：柯利狗是狗，狗是哺乳动物。如猫、人象等）乳动物（“柯利狗”类继承了 “狗” 类的特

28、性，“狗”类继承了 “哺乳动物”类的特性。以面向对象程序设计的观点来看，继承所农 达的是对象类之间和关的关系。这种关系使得某类对象可以继承另外类对象的特征和能力。 若类之间具有继承关系.则它们之间具有下列几个特性：）：类间具有共孚特征（包括数据和程序代码的共享 （1） :）类间具有差别或新增部分（包括非共享的数据和程序代码 （2） 类间具有层次结构。 （3） 包括（A的-切特征，则属于类B继承类AB中的对象具有类假设有两个类 A和B,若类的AB为类A为基类或父类或超类：而称继承类）数据属性和操作，这 时，我们称彼继承类A中派生出来的。派生类或了类。同时，我们还可以说，类B是从类派生 出来的，就构成了类的层次。这样，B又是从类A派生出来，而类C 如果类B从类c。类的 间接基类直接基类是类B的，