C++大学基础教程 第8章 类与对象 北京邮电大学电信工程学院 计算机技术中心 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -2- 类是实现C++面向对象程序设计的基 础。面向对象程序设计的基本特点 有：抽象、封装、继承和多态，类 把数据和函数封装在一起，是C++封 装的基本单元。 第8章 类与对象 8.1 类和对象的定义 8.2 对象的使用 8.3 构造函数 8.4 析构函数 8.5 拷贝构造函数 8.6 类的静态成员 8.7 类成员的保护和使用 8.8 类的组合 8.9 面向对象分析和设计 8.1 类和对象的定义 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -5- 8.1 类和对象的定义 一个类表示现实生活中的一类事物，比如 “学 生 ”，事物有相应的特征或属性，它们就是类 的数据成员；事物可能有行为动作，也可能被 某些行为动作所操作，这些都用函数来实现， 这些函数和类有着不可分割的关系，是构成类 的函数成员，或者叫成员函数。 在C++中，类实际上相当于一种用户自定义的 数据类型。 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -6- 8.1 类和对象的定义 对象是一类事物中的一个具体的个体。 在定义了类类型后，就可以该类型的变 量，这个变量就称为类的对象（或实 例）。所以，从程序设计的角度来看， 对象就相当于变量。 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -7- 8.1 类和对象的定义 class Student //类的定义 {private: int id; char[20] name; int age; float score; public: void getscore() void printstu() }; 举例： 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -8- 1、使用类对象 如果已经知道某个类的功能和接口函数，就可以使用 它了。先定义类对象，通过对象调用接口函数实现一 定的功能。 class student stu01; //class也可以省略不写 stu01.getscore(); stu01.printstu(); 这个过程的本质是：根据对象所 需要 完成 的任 务 ， 向 对象发送消息。对象收到消息后 ，调 用接 口中 的 相 应 的函数，完成它的功能。对象只需要知道 “做什么 ”， 具体工作由成员函数来完成。 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -9- 2、类的声明 类的声明具体说明类的组成，声明类的语法形式为： class 类名称 { public: 公有成员 protect: 保护型成员 private: 私有成员 }; 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -10- 2、类的声明 其中， “成员 ”既可以是数据成员，也可以是成员函数的 原型。数据成员的声明方式与一般变量相同。函数成 员是描述类的对象可以进行的操作，一般在类中声明 原型，在类声明的外面定义函数的具体实现。 关键字public、protect、private说明类成员的访问 控制属性。私有（private）成员只允许本类的成员函 数来访问；公有（public）成员是类对外的接口，在 类声明和类（函数）实现之后，类的对象可以访问公 有成员。保护型（protected）成员的可访问性和私有 成员的性质相似。 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -11- 2、类的声明 关于访问控制属性，注意： 在类声明中，三种访问控制属性，可以按 任意 次序 出 现 ， 也 可 以 不 出 现 。 public等 关 键 字 也 可 以 多 次 出 现，但是一个成员只能具有一种访问控制属性。 如 果 不 写 访 问 控 制 属 性 关 键 字 ， 默认的是 private。在 书写时通常习惯将公有类型放在最前面， 这样 便于 阅 读，因为它们是外部访问时所要了解的。 一般 情况 下，一个类的数据成员应该声明为私有成 员，这样封装性较好。一个类应该有一些 公有 的函 数 成员，作为对外的接口，否则别的代码无法访问类 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -12- 3、类的成员函数 类的成员函数描述 的是类的行为或操作。函数 的原型声明要在类 的主体中，原型说明了函数 的参数表和返回值 类型。而函数的具体实现一 般是写在类声明之外的。 在类的外部定义成员函数的语法形式为： 返回值类型 类名::成员函数名(参数表) { 函数体 } 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -13- 3、类的成员函数 如果在类的内部定义成员函数的具体实现，则 该成员函数为内联成员函数。 函数定义时没有任何的附加说明，所以称为隐 式声明的内联成员。 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -14- 4、对象 定义一个对象和定义一个一般变量相同。 定义变量时要分配存储空间，同样，定义一个 对象时要分配存储空间，一个对象所占的内存 空间是类的数据成员所占的空间总和。类的成 员函数存放在代码区，不占内存空间。 类的成员是抽象的，对象的成员才是具体的。 类的数据成员都不会有具体的属性值。只有对 象的成员才会有具体的属性值。 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -15- 4、对象 声明了类及其对象，在类的外部（指类定义和 成员函数的实现代码之外），就可以访问对象 的公有成员（包括数据成员和函数成员）了。 在类的外部，只能通过对象访问类的公有成 员；在类的成员函数内部，可以直接访问类的 所有成员，这就实现了对访问范围的有效控 制。 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -16- 5、类的作用域与可见性 类作用域是指类定义和相应的成员函数定义的 范围，通俗地称为类的内部。C++认为一个类 的全部成员都是一个整体的相关部分。一个类 的所有成员位于这个类的作用域内，在该范围 内，一个类的成员函数对本类的其它成员具有 无限制的访问权。 8.2 对象的使用 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -18- 8.2 对象的使用 对象是类的一个具体的实例，类和对象的关系 相当于普遍与特殊的关系。在C++中，类是一 个自定义的数据类型，对象是该数据类型的一 个变量。 所以，可以定义一个全局的对象，也可以在函 数体中定义一个局部的对象，或者动态地从堆 中申请空间来创建一个对象，还可以定义对象 数组，以及使用对象作为函数的参数与返回 值。 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -19- 1、对象指针 声明对象指针的一般语法形式为： 类名 * 对象指针名； 使用对象指针访问对象的成员，语法形式为： 对象指针名 ->公有成员； 例如： Clock c; //在栈中分配Clock型存储空间 Clock* pc1=new Clock;//在堆中分配Clock型存储空间 Clock* pc2=&c; pc1->SetTime(12,5,0); 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -20- 2、 this指针 问：一个类中所有对象调用的成员函数都执行同 一段代码。那么，成员函数又是怎么识别当前 是那个对象在访问呢？ 答：this指针指出了成员函数当前所操作的数据 所属的对象。不同的对象调用成员函数时， this指针将指向不同的对象，也就可以访问不 同对象的数据成员。 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -21- 3、对象数组 对象数组的元素是对象，不仅具有数据成员， 而且还有函数成员，可以通过数组元素调用成 员函数。 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -22- 4、对象用做函数的参数和返回值 可以将对象作为参数传递给一个函数或从函数 返回一个对象。 直接用对象作为参数，调用函数时，进行值传 递，实参的值要复制给形参，如果类的数据成 员较多时，需要一一复制，这种参数传递方式 效率不高，可以使用对象指针或对象引用方式 来传递函数参数。 8.3 构造函数 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -24- 8.3 构造函数 每个对象区别于其他对象的地方主要有两个，外在的 区别就是对象的标识符，即对象的名称，而内在的区 别就是对象自身的属性值，即数据成员的值。 在定义一个对象的时候要给它分配存储空间，也可以 同时给它的数据成员赋初值，称为对象的初始化。 C++程序中的对象初始化工作由一个特殊的成员函数 来完成，就是构造函数。 因为不同类型的对象的初始化工作是不一样的，因此 构造函数从属于某个类的，即每个类都要定义它自己 的构造函数，它是类的成员函数。 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -25- 8.3 构造函数 定义构造函数的一般形式为： class 类名 { public: 类名（形参表） ;//构造函数的原型 //类的其它成员 }; 类名 ::类名（形参表） //构造函数的实现 { //函数体 } 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -26- 8.3 构造函数 构造函数的特点是： 构造函数的函数名与类名相同；而且没有返回 值。 构造函数一定是公有函数。 作为类的成员函数，构造函数可以直接访问类 的所有数据成员。 在类的内部定义的构造函数是内联函数。构造 函数可以带默认形参值，也可以重载。 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -27- 8.3 构造函数 在声明类是如果没有定义类的构造函数，编译 系统就会在编译时自动生成一个默认形式的构 造函数， 默认构造函数是构 造对象时不提供参数的构造 函数。 除了无参数构造函数是默认构造函数外，带有 全部默认参数值的构造函数也是默认构造函 数。 8.4 析构函数 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -29- 8.4 析构函数 与构造函数相反，当对象生存期结束时，需要调用析 构函数，释放对象所占的内存空间。 与构造函数一样，析构函数也是类的一个公有成员函 数，它的名称是在类名前加“~”构成，没有返回值，和 构造函数不同的是析构函数不接受任何参数。 析构函数是在对象生存期即将结束的时刻由系统自动 调用的。如果程序员没有定义析构函数，系统将自动 生成和调用一个默认析构函数。 类的析构函数不能重载。 8.5 拷贝构造函数 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -31- 8.5 拷贝构造函数 拷贝构造函数就是函数的形参是类的对象的引 用的构造函数。 通过等于号复制对象时，系统会自动调用拷贝 构造函数。 如果程序在类定义时没有显式定义拷贝构造函 数，系统也会自动生成一个默认的拷贝构造函 数，把成员值一一复制。 拷贝构造函数与原来的构造函数实现了函数的 重载。 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -32- 浅拷贝与深拷贝 完成简单的一一对应的复制的拷贝构造函数称为 浅拷贝。 如果类的数据成员包括指针变量，类的构造函数 用new运算符为这个指针动态申请空间。如果通 过浅拷贝进行了对象的复制。最后，在退出运行 时，程序会报错。这时需要用“深拷贝”的方式恰 当定义类的拷贝构造函数。 一般来讲，如果一个类需要析构函数来释放资 源，则它也需要定义一个显式拷贝构造函数来实 现深拷贝。 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -33- 8.5 拷贝构造函数 以下三种情况系统会自动调用拷贝构造函数： 当用类的一个对象去初始化该类的另一个对象 时 如果函数的形参是类的对象，调用函数时，进 行形参和实参结合时 如果函数的返回值是类的对象，函数执行完成 返回调用者时 8.6 类的静态成员 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -35- 1、静态数据成员 静态数据成员是类的数据成员的一种特例，采用static 关键字来声明。 类的数据成员在类的每一个对象中分别存储不同的数 值，但是静态数据成员则不同，它在整个类中只有一 个拷贝，由该类的所有对象共同维护和使用，从而实 现了同一类的不同对象之间的数据共享。 静态数据成员具有静态生存期。 在类的声明中只能声明静态数据成员的存在。由于类 的声明是抽象的，静态数据成员的初始化需要在类的 外部进行，通过类名对它进行访问。 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -36- 2、静态成员函数 可以通过定义和使用静态成员函数来访问静态 数据成员。 所谓静态成员函数就是使用 static关键字声明函 数成员。同静态数据成员一样，静态成员函数 也属整个类，由同一个类的所有对象共同维 护，为这些对象所共享。 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -37- 2、静态成员函数 静态成员函数作为成员函数，它的访问属性可 以受到类的严格控制。对公有静态成员函数， 可以通过类名或对象名来调用；而一般的非静 态公有成员函数只能通过对象名来调用。 静态成员函数可以直接访问该类的静态数据成 员和函数成员；而访问非静态数据成员，必须 通过参数传递方式得到对象名，然后通过对象 名来访问。 8.7 类成员的保护和使用 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -39- 1、类的封装 在程序设计中，将数据与操作数据的行为进行 有机地结合，这就是封装。 C++语言提供类这种语言成分来实现封装，类 是属性和操作的结合体，并且在定义类的属性 和操作时，规定了它们的可见性。 通过封装将一部分成员作为类与外部的接口， 而将其它的成员隐藏起来，以防外界的干扰和 误操作，使程序的不同模块之间的相互影响减 小到最低限度。 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -40- 2、友元 在一个类中，可以利用关键字friend将别的模 块（一般函数、其它类的成员函数或其它类） 声明为本类的友元，这样类中本来隐藏的信息 （私有和保护成员）就可以被友元访问。 友元提供了不同类或对象的成员函数之间、类 的成员函数与一般函数之间进行数据共享的机 制。 友元并不是类的成员。 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -41- 2、友元 关于友元类，要注意： 友元关系是不能传递的。B类是A类的友元，C 类是B类的友元，C类和A类之间，如果没有声 明，就没有任何友元关系，不能进行数据共 享。 友元关系是单向的。如果声明B类是A类的友 元，B类的成员函数就可以访问A类的私有和保 护数据，但A类的成员函数却不能访问B类的私 有和保护数据。 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -42- 3、常对象和常成员 定义对象时用const进行修饰，称为常对象， 它的数据成员值在对象的整个生存期间内不能 被改变。也就是说，常对象在定义时必须进行 初始化，而且不能被更新。 使用常量，既实现了数据共享、又可以保证数 据不会被改变。 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -43- 3、常对象和常成员 对于类的某个成员函数，使用const关键字修 饰，称为常成员函数。常对象只能调用常成员 函数，保证常对象的数据成员不能被修改。 使用const说明的数据成员称为常数据成员。 如果在一个类中说明了常数据成员，那么任何 函数中都不能对该成员赋值。构造函数对该数 据成员进行初始化，就只能通过初始化列表。 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -44- 3、常对象和常成员 常成员函数的特点： const是函数类型的一个组成部分，在函数实现 时也要带const关键字。 常成员函数不能更新对象的数据成员，也不能 调用该类中的非常成员函数。 常对象只能调用常成员函数，但是常成员函数 也可以被普通对象来调用。 const关键字可以被用于参与对重载函数的区 分。 8.8 类的组合 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -46- 8.8 类的组合 类的组合（也称类的聚集），描述的就是一个 类内嵌其它类的对象作为数据成员的情况，它 们之间的关系是一种包含与被包含的关系。 在面向对象程序设计中，可以对复杂对象进行 分解、抽象，把一个复杂对象分解为简单对象 的组合。 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -47- 8.8 类的组合 当创建组合类的对 象时，各个内嵌对象也将被 自动创建。因此，在创建组合类对象时既要对 本类的基本数据成员进行初始化，又要对内嵌 对象成员进行初始化。 在声明一个组合类的对象时，不仅它自身的构 造函数将被调用，而且还将调用其内嵌对象的 构造函数。 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -48- 8.8 类的组合 组合类构造函数定义的一般形式为： 类名 ::类名 (形参表 ):内嵌对象 1(形参表 ), 内嵌对象 2(形参表 ),… { //类的初始化 } 其中，“内嵌对象1(形参表), 内嵌对象2(形参 表),…”为初始化列表，用来完成对内嵌对象的 初始化。 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -49- 8.8 类的组合 组合类的构造函数的执行顺序是： （1）（如果有多个内嵌对象）按照内嵌对象在 组合类的声明中出现的次序，依次调用其内嵌 对象的构造函数。（注意：并不是按照初始化 列表中给出的顺序）。 （2）再执行本类的构造函数的函数体。 8.9 面向对象分析和设计 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -51- 8.9 面向对象分析与设计 建立一个大型的软件系统可不是一件简单的事 情，它是一项大工程，人们称它为软件工程， 它研究如何建立大型软件系统： 可靠性； 成本效益好； 可理解性； 可维护性。 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -52- 8.9 面向对象分析与设计 面向对象程序设计是面向对象思想在软件 工程 领域 的 全 面 应 用 ， 包 括 ： 面 向 对 象 分析（OOA） ，面向对象设 计（OOD），面向对象编程（OOP），等。 面向对象分析阶段要把问题的范围定义清 楚， 分析 系 统需求，把实际中不重要的东西忽略，对 所关 心的 问 题建立一个模型。 设计 是在 分析 的基 础上进一步加工 ，O OD阶段是对O OA 模型 的修 改和补充，采用一致的概念、原则和表示 法，二者没有严格的阶段划分，但设计阶 段侧 重于 考 虑与实现有关的细节 。 到 了 OOP阶段，O OD阶段设计的类被具体的程序设计语 言的类所实现 。 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -53- 作业 2005-4-27 北京邮电大学电信工程学院计算机技术中心 -54-