第1章面向对象程序设计概论

面向对象程序设计方法利用面向对象思 想进行软件系统的设计和实现。这种新的方 法是在利用面向对象思想的基础上，通过增 加软件的可扩充性和可重用性，来改善并提 高程序员的生产能力，并能控制软件的复杂 性和软件维护的开销。在使用面向对象程序 设计方法时，软件开发的分析和设计阶段能 更加紧密地与实施阶段相联系。
1.1 面向对象程序设计概述
•在程序的实施过程中，由于大型系统必须由 多人合作完成，各人或各小组完成程序中的 一个或几个模块，如何划分任务、估计和分 配资源、掌握每个程序员的进度等就构成了 进行大型系统设计时管理的复杂性，另外， 即使每个人或小组所设计的模块都无可挑剔， 但将这些模块整合在一起时未必不会出现问 题，因此如何权衡模块内聚度和模块间的耦 合度，也是编程人员必须面对的问题之一。
1.1 面向对象程序设计概述
简单的说，通过使用面向对象的方法可以把 一组看似相互之间毫无联系的对象有效地集成在 一起，这些对象都包含代表各自特征的数据以及 对数据的操作即对象的行为。通过面向对象方法， 可以把与该对象相关的数据和操作封装在一个相 对独立的实体中，该实体有自己的功能和特征， 它也可以采用某种机制与外界交互。
1.1 面向对象程序设计概述
面向对象设计方法追求的是现实问题空 间与软件系统解空间的近似和直接模拟。它 希望用户用最小的力气，最大限度地利用软 件系统进行求解。
在具体学习OOP之前，请先注意一下两 点：
记忆的特征或数据，这些特征或数据能反映对象的基本性质。 找出对象和类中存在的各种整体－部分结构和一般－特殊结构，并进一步确定这些结构组合而成的多重结构。
的处理这些系统状态以及中间状态、组织高 这种环境最主要的特征就是以对象作为程序的主要单位，它将数据及对这些数据的操作功能以及与其他对象的通信的能力都封装在了

异常处理方式
常见的异常处理方式有try-catch语句块和throws声明。 try-catch语句块用于捕获并处理异常，其中try部分包含 可能抛出异常的代码，catch部分则用于捕获并处理异常 ；throws声明用于声明方法可能抛出的异常类型，调用该 方法时需要处理或继续抛出异常。
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面向对象程序设计方法学
方法调用和参数传递方式
方法调用
在面向对象程序设计中，方法的调用是实现对象之间交互的重要手段。方法调用涉及到 对象的引用、方法名称和参数列表。通过方法调用，可以实现对对象状态的访问和修改。
参数传递方式
参数传递是方法调用过程中的重要环节，它决定了方法执行时所需数据的来源和去向。常见的参数传 递方式有值传递和引用传递。值传递是将参数的副本传递给方法，方法内部对参数的修改不会影响原
类定义包括类名、属 性（成员变量）和方 法（成员函数）的基本结 构和行为。
对象创建与使用
对象是类的实例，它具有类定义 的属性和方法。
创建对象需要指定类名和对象名 ，并使用“new”关键字进行实
例化。
使用对象需要先创建对象，然后 通过对象名访问其属性和方法。
封装与隐藏实现细节
多态性是面向对象程序设计中的另一个 重要概念，它允许使用父类类型的引用 指向子类的对象，并调用该对象的方法 。
接口实现：通过实现接口中定义 的方法，不同的类可以实现相同 的方法签名，从而实现多态性。
接口定义和实现
接口是一种特殊的类型，它定义了一 组方法的签名，但没有实现这些方法。
接口的实现使用`implements`关键字，一 个类可以实现一个或多个接口，实现接口 时需要实现接口中定义的所有方法。
消息传递原理
当一个对象需要请求另一个对象执行某个操作时，它会发送一个消息给目标对象。消息包 含了操作的相关信息，如操作名称、参数等。目标对象接收到消息后，根据消息的内容执 行相应的操作，并将结果返回给发送方。

5. 轮到白子
6. 绘制画面 7. 判断输赢 8. 返回步骤2 9. 输出最后结果
第一类对象（玩家）负责接 收用户输入，并告知第二类 对象（棋盘）布局的变化， 棋盘对象接收到消息后就负 责显示出这种变化，同时得 用第三类对象（规则）来对 棋局进行判定。
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面向过程与面向对象程序设计

又例： 一个学校管理软件中有关学生注册和教师 升迁功能的实现。
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例如，一个学校管理软件中可以包含如下的数据结构和操作： typedef struct student typedef struct teacher { { char name[10]; char name[10]; long num; double salary; int age; int age; char sex; char sex; } student; } teacher;
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必须先研究事物，而后才能研究过程。必须先 知道一个事物是什么，而后才能觉察这个事物中所 发生的变化。
《路德维希· 费尔巴哈和德国古典文学的终结》
恩格斯
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什么是面向对象程序设计(续)

面向对象程序设计

是以要解决的问题中所涉及到的各种对象为主 要考虑因素。
对象是一种看问题的观点，是对现实世界各种元素的 一种抽象。对象既含数据又含功能，因此具有自身处 理数据的能力。
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缺点：


程序设计范型

概念

是指程序设计的体裁，即用程序设计语言表达各种概 念和各种结构的一套设施。或者说设计程序的规范、 模型和风格。 面向过程程序设计范型、面向对象程序设计范型 其它程序设计范型

主要范型

1.3
面向对象开发的概念
面向对象开发是现实世界中以抽象为基础的 软件思维的一种崭新方式。面向对象开发的本质 是应用领域概念的鉴别和组织，而不是它们在一 种程序设计语言中的最终表示。
1.3.1
面向对象方法学
• • • •
分析 系统设计 对象设计 实现
1.3.2 • 对象模型 • 动态模型 • 功能模型
• 所谓“描述”是指用一种语言把人们对问题域 中事物的认识、对问题及其解决方法的认识描 述出来。最终的描述必须使用一种能够被机器 读得懂的语言，即编程语言。
1.2.2 • • • • • • 标识 分类 多态性 继承 封装 抽象
对象的特性
1.2.3
软件工程学的作用
• 软件工程学从认识事物方面看，它在分析阶段 提供了一些对问题域的分析认识方法。从描述 事物方面看，它在分析和设计阶段提供了一些 从问题域逐步过渡到编程语言的描述手段 。 • 传统的软件工程方法（图1-1）与面向对象的 软件工程方法（图1-2）比较
问题域 需求分析 总体设计和详细设计 编程和测试 软件维护
图1-1
问题域 自然语言 面向对象的编程语言 OOA OOD OOP OOT 计算机
图1-2
• 传统的软件工程方法： 1）需求分析 2）总体设计和详细设计 3）编程和测试 4）软件维护
• 面向对象的软件工程方法 1）面向对象的分析 2）面向对象设计 3）面向对象的编程 4）面向对象的测试 5）面向对象的软件维护
• 面向对象方法的主要优点是 ： （1）与人类习惯的思维方法一致 （2）稳定性好 （3）可重用性好
（4）可维护性好 （5）面向对象的软件稳定性比较好 （6）面向对象的软件容易修改 （7）面向对象的软件容易理解 （8）易于测试和调试

第1章面向对象程序设计概述面向对象程序设计（Object-Oriented Programming，OOP）是一种常用的编程范式，其核心思想是将现实世界中的事物抽象为对象，并将对象之间的关系通过消息传递进行交互。

OOP主要包括封装、继承和多态三个特性，通过合理使用这些特性可以使程序更加模块化、灵活和可复用。

封装是OOP的基本特性之一，它将数据和行为封装到一个对象中，使得对象的内部状态对外部不可见，只能通过对象的公共接口来访问。

通过封装，可以隐藏内部的实现细节，提供更高层次的抽象，增强程序的安全性和可靠性。

继承是指通过已有的类（父类）派生出新的类（子类），子类继承了父类的数据和行为，并可以添加新的数据和行为。

继承可以促进代码的重用，减少代码冗余，提高开发效率。

此外，继承也提供了一种层次化的结构，有助于理清对象之间的关系。

多态是指同一种操作作用于不同的对象，可以产生不同的结果。

多态可以增加程序的灵活性和拓展性，减少代码的耦合度。

在OOP中，多态通常通过接口或父类的指针来实现。

由于动态绑定的特性，运行时才真正确定调用的是哪个对象的方法。

除了封装、继承和多态，面向对象程序设计还涉及其他重要的概念和技术。

例如，类定义是创建对象的模板，描述了对象具有的属性和方法。

对象是类的实例，具有独立的内存空间和状态。

消息传递是对象之间相互交互的方式，对象通过发送消息来请求其他对象的服务。

聚合和组合是表示对象之间关系的方法，聚合表示弱的关联关系，组合表示强的关联关系。

在面向对象程序设计中，还有一些设计原则和模式值得注意。

开闭原则（Open Close Principle，OCP）要求软件实体对扩展开放，对修改关闭。

单一职责原则（Single Responsibility Principle，SRP）要求一个类只负责一个职责，保持类的高内聚性。

依赖倒置原则（Dependency Inversion Principle，DIP）要求依赖关系要建立在抽象上，而不是具体类上。

运算符重载：一个运算符可以同时应用于多种运算。
虚函数：（在一个类等级中可以使用相同函数的多个 版本，每一个版本的属于类等级中的不同的类）
继承和多态性组合，可以生成很多相似但又独 一无二的对象。继承性使得这些对象可以共享许 多相似特性，而多态又使同一个操作对不同对象 产生不同表现形式。这样不仅提高了程序设计的 灵活性，而且减轻了分别设计的负担。
“过程”通过特定规则组织起来的一些对象 “表现”出来的。面向对象和面向过程的这个 差别导致了整个分析设计方法的革命。
分析设计从过程分析变成了对象获取，从数据 结构变成了对象结构。
课程内容
➢ 程序设计方法 ➢ OOP的基本概念
➢ 对象与类 ➢ 数据的抽象和封装 ➢ 继承性 ➢ 多态性 ➢ 消息和方法
当对象们被按规则组合起来以后，就能表达预期的功能。其实世 界世界就是这样组成的。平时看上去每个对象都互无关系，然 而当它们按图示规则组织起来之后，踩下刹车，汽车便乖乖停 住了。
面向对象与面向过程根本区别：
不再把世界看作是一个紧密关联的系统，而是 看成一些相互独立的小零件，这些零件依据某 种规则组织起来，完成一个特定的功能。
对象的方法
方法：对象能执行的操作
对象实例
学生张三实体 对象的状态就是对象的属性值。 对象名：张三 对象的属性：
学号：100030 姓名：张三 年龄：20 性别：男 专业：计算机 年级：08级 家庭地址：湛江 对象操作： 显示学生信息 修改学生信息
实例：银行帐户
每个帐户是一个对象，包括
例如从学生张三、小李等实体中抽象出“学生” 类。
对象和类的关系
类的一个具体实现，称为实例
类
对象
描述这类对象共有的、本质的属性和行为

抽象的基础上，将矩形的数据和功能结合起来而
构成的封装体。
声明的私有成员length、width和Area外部无法
直接访问，外界可通过公有行为SetData()、
CompueteArea()和OutputArea()与类
RectangleArea发生联系。
1.2.3 消息
消息：是面向对象程序设计用来描述对象之
抽象性
继承性
C++
封装性
多态性
在C++语言中，
类是支持数据封装的
工具，对象是数据封
装的实现。C++将数
据和相关操作封装在
类中，同时通过访问
权限来控制对内部数
据的访问。
1.4 C++对OOP方法的支持
抽象性
继承性
C++
封装性
多态性
C++多态分为编
译时多态和运行时多
态。对编译时多态的
支持是通过函数重载
和运算符重载实现的
；对运行时多态的支
持是通过继承和虚函
数来实现的。
1.5 C++程序的实现
• 1.5.1 编辑C++源程序
• 1.5.2 编译和连接源程序
• 1.5.3 运行源程序
1.5 C++程序的实现
从C++源程序到可执行程序的步骤：
进行概括，抽出一类对象的公共性质并加以描述
的过程。
抽象
描述某类对
象共有的属
性或状态
数据
抽象
行为
抽象
描述某类对
象的共有的
行为或功能
特征。

1.1.3高级语言 高级语言
•上述个人通信管理程序代表了结构化程序设计语言的编程方法 先 上述个人通信管理程序代表了结构化程序设计语言的编程方法:先 上述个人通信管理程序代表了结构化程序设计语言的编程方法 定义一些全局性的数据结构,然后编写一些过程对这些数据结构进行 定义一些全局性的数据结构 然后编写一些过程对这些数据结构进行 操作,其模型如下图所示 其模型如下图所示: 操作 其模型如下图所示
1.1.3高级语言 高级语言
•结构化程序的案例——个人通信录程序 结构化程序的案例 结构化程序的案例 个人通信录程序
struct Person{ 存放个人信息的数据结构 char name[10]; char addr[20]; char phone[11]; 定义全 } 局数据 Person p[100]; int n=0; 定义操作 void InputData(){ ......} 数据的函 void SearchAddr(char *name){……} void SearchPhone(char *name){……} 数 void PrintData(){……} 主函数控 Void main(){ 制程序流 …… //调用前面编写的函数，完成通信录数据处理 调用前面编写的函数， 调用前面编写的函数 程 …… }
4、基本概念 、 – 对象 – 属性
• 描述对象的特征的数据 对象由属性和 行为构成 属性
• 客观存在的实体称为对象
行为
– 行为
• 对象自身的行为，对现实世界某些信息的响应． 对象自身的行为，对现实世界某些信息的响应．
– 对象之间通过传递消息相互影响
5、面向对象基本模式 、
消息 数据
成员函数 成员函数
第1章 面向对象程序设计概述 章

面向对象程序设计概论——讲义软件是计算机的灵魂，软件的开发方法是主导这个灵魂的关键。

软件开发过程经历系统分析、系统设计、编码、测试和维护几个阶段。

软件开发方法是指导软件开发各个阶段工作的理论和方法。

软件设计中选择好的程序设计方法有助于提高软件设计的效率、保证软件的可靠性、软件的可扩充性、改进软件的可维护性。

在软件开发方法中当前发展最成熟应用最广泛的是结构化程序设计方法和面向对象设计方法。

1.1 结构化程序设计方法1.1.1 结构化化程序设计方法产生的背景软件发展速度滞后于计算机硬件的发展已经成为制约计算机产业整体发展的瓶颈。

原因：一、个体化早期计算机软件主要指程序，那时的软件开发就是编写程序。

那时计算机价格昂贵，处理能力有限，使得计算机应用范围窄，处理问题规模小，复杂度低，造成了编写程序的人员以个体的身份出现。

这种机制使得软件开发过程没有任何可遵循的规范，极大地限制了发展规模，现在软件开发已经被“工程化”，从事软件行业的人士已经不再属于个体户，而是工业化社会大生产的一分子。

二、受限于程序设计语言20世纪50年代机器语言、汇编语言编写的程序难以移植。

20世纪60年代高级语言将计算机系统的指令抽象化，形成一种与指令系统无关的描述形式，但这个时期，大多数程序设计语言只停留在强调处理功能上，没有考虑从语言的角度制约程序设计的整个过程，致使编写的程序缺乏结构性。

20世纪70年代计算机应用领域迅猛发展，程序规模不断增大，复杂度不断提高，低效率、低成功率的软件开发过程很难适应社会对计算机的需求。

关键问题表现在两个方面：软件行业的个体化、编写程序过分强调时间和空间的消耗，使得程序的可读性较差。

在这种背景下，人们开始意识到将程序设计纳入科学化、规范化的轨道，并提出了结构化程序设计方法，出现了一批支持结构化程序设计的语言，从此，结构化程序设计语言向着模块化、简明化、形式化的方向发展。

人们越来越重视程序的结构化、可读性，按照结构化程序设计的方法设计程序。

5. 安全性
6. 多线程性
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Java历史简介
• 1) 由Sun公司的詹姆斯·高斯林 （James Gosling）等人于1990年代 初开发。它最初被命名为Oak，是用 于家用电器等小型系统的编程语言， 来解决诸如电视机、电话、闹钟、 烤面包机等家用电器的控制和通讯 问题。
James Gosling, “绿色项目”
•面向对象软件维护（Object Oriented Software Maintenance）
–在面向对象方法中，各阶段采用的表示是一致的，
从而大大降低了理解的难度，无论是从程序中的错
误追溯到问题域，还是需求的变化都要从问题域追
溯到程序，整个过程都是平坦的。另外，对象的封
装性使得一个对象的修改对其他对象的影响很小，
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对象的理解
• 建立一个复数对象模型
对象
名 复数c1(3+i5) 称
属 实部a=3 性 虚部b=5
行 c1+c2 为 c1-c2
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对象的理解
• 对象是现实世界中某个实际存 在的事物，它可以是有形的 （比如一辆汽车），也可以是 无形的（比如一项计划）。
• 对象是构成世界的一个独立单
不同人对play()请求的响应
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关联
•两个或多19/10/8
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本讲总体纲要
• Java简介 • 开发环境的建立 • 第一个 Java程序 • 面向对象技术基本概念
• 面向对象方法的发展史及现 状简介
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面向对象方法的发展史及现状简介
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2.3.2引用2.4函数2.4.1函数的定义与调用2.4.2函数原型与带默认参数的函数2.4.3函数的参数传递2.4.4内联函数与重载函数2.4.5标准库函数2.5new和delete运算符2.6其他若干重要的C++特性2.6.1符号常量2.6.2变量的定义2.6.3强制类型转换2.6.4string类型2.6.5结构第３章类与对象3.1类3.1.1类的定义3.1.2类成员的访问控制3.1.3成员函数的实现3.2对象3.2.1对象的声明3.2.2对象的创建和销毁3.2.3对象成员的访问3.3构造函数与析构函数3.3.1构造函数3.3.2析构函数3.4this指针3.5子对象和堆对象3.5.1子对象3.5.2堆对象第4章继承机制4.1基类和派生类4.1.1继承和派生的基本概念4.1.2继承的种类4.2单继承4.3派生类的访问控制4.3.1公有继承4.3.2私有继承4.3.3保护继承第5章多态性和虚函数5.1静态联编与动态联编5.1.1静态联编5.1.2动态联编5.2虚函数5.2.1虚函数的作用5.2.2虚函数与一般重载函数的区别5.2.3继承虚属性5.3纯虚函数和抽象类5.3.1纯虚函数5.3.2抽象类5.4虚析构函数5.4.1虚析构函数的定义与使用5.4.2虚析构函数的必要性项目一简单的C++程序1．熟悉VisualC++6.0编译系统的常用功能。

2．学会使用VisualC++6.0编译系统实现简单的C++程序。

3．熟悉C++程序的基本结构，学会使用简单的输入/输出。

项目二引用与函数1．熟悉引用的概念，掌握引用的定义方法，学会引用在C++程序中的应用。

2．掌握函数的定义和调用方法。

3．练习重载函数的使用。

项目三构造函数与析构函数1．熟悉类的定义格式和类中成员的访问权限。

2．构造函数与析构函数的调用时机与顺序。

3．掌握对象的定义以及对象的初始化的时机与方法。

项目四继承与派生1．掌握派生类的定义方法和派生类构造函数的定义方法。

第一章计算机、程序和java概述1.程序设计就是创建（或者开发）软件，软件也称为程序。

2.计算机是存储和处理数据的电子设备。

计算机包括硬件和软件两部分。

3.一台计算机是由以下几个主要的硬件组件构成的：中央处理器（CPU），内存（主存），存储设备（例如磁盘和光盘），输入设备（例如鼠标和键盘），输出设备（例如显示器和打印机），通信设备（例如调制解调器和网卡）4.数据和电信号通过总线在计算机的各个部分之间传输。

5.中央处理器（CPU）是计算机的大脑。

他从内存中获取指令，然后执行这些指令。

CPU 通常由两部分组成：控制单位和算术/逻辑单元。

控制单元用于控制和协调其他组件的动作。

算术/逻辑单元用于完成数值运算（加减乘除法）和逻辑运算（比较）。

6.核是处理器中实现指令读取和执行的部分。

7.二进制数字系统中的数，称为比特（bit，二进制数）8.计算机中字节（byte）是最小的存储单位。

每个字节由8个比特构成。

各种类型的数据（例如，数字和字符）都被编码成字节序列。

9.计算机的存储能力是以字节和多字节来衡量的。

KB<MB<GB<TB10.计算机的内存由一个有序的字节序列组成，用于存储程序及程序需要的数据。

11.每个字节都有一个唯一的地址，使用这个地址确定字节的位置，以便于存储和获取数据。

因为可以按任意顺序存取字节，所以内存也被称为随机访问存储器。

12.计算机的内存是一种易失的数据保存形式，程序和数据被永久的存放在存储设备上。

但是从内存中读取比从存储设备读取要快得多。

13.存储设备主要有以下三种类型：磁盘驱动器、光盘驱动器、USB闪存驱动器。

14.驱动器是对存储介质（例如，磁盘和光盘）进行操作的设备。

存储介质物理的存储数据和程序指令。

驱动器从介质读取数据并将数据写在介质上。

15.硬盘用于永久的存储数据和程序。

CD指光盘，有三种CD：只读光盘驱动器、可录光盘、和可复写光盘。

可以将数据写到光盘上，然后用新的数据覆盖掉这些数据。

例
[例1.1]输入一个日期并输出。 1.1]输入一个日期并输出。 输入一个日期并输出 #include<iostream.h> //定义一个Date结构体类型 定义一个Date struct Date //定义一个Date结构体类型 //成员有 成员有： { int year,month,day; //成员有：年、月、日 }; //输入过程的定义 void Input(Date *pd) //输入过程的定义 { cout<<"Please input year,month,day: "; cin>>pd->year>>pd->month>>pdcin>>pd->year>>pd->month>>pd->day; } //输出过程的定义 void Output(Date *pd) //输出过程的定义 cout<<pd->year<<"年"<<pd->month<<"月 { cout<<pd->year<<"年"<<pd->month<<"月“ <<pd->day<<"日 <<pd->day<<"日"<<endl; } void main() //定义一个结构体变量 { Date d; //定义一个结构体变量 //输入过程的调用 Input(&d); //输入过程的调用 //输出过程的调用 Output(&d); //输出过程的调用 }