刘胥影 liuxy@seu.edu.cn 东南大学计算机学院 面向对象程序设计1 2010~2011第3学期 刘胥影 liuxy@seu.edu.cn 东南大学计算机学院

Classes: A Deeper Look (II) 教学要求与安排 chap10.1～10.7 chap10.8~10.11不要求掌握 教学安排 chap10.6放在chap11中讲 东南大学计算机学院 11/30/2018

Classes: A Deeper Look (II) 10.1 const对象和const成员 10.2 组成：对象作为类成员 10.3 友元 10.4 this指针 10.5 static成员 10.6 数据抽象和信息隐藏 (chap10.2) (chap10.3) (chap10.4) (chap10.5) (chap10.6) (chap 10.7)

const对象和const成员 const对象 const函数成员 const数据成员

10.1 const对象和const成员(1) const关键字指定元素为常量，不可修改 const对象：对象的数据成员在生命期内不被改变 若为public数据成员 How? const Time noon(12,0,0) class A{ public: int x; int f(); private: int y; }; const A a; a.x=6;//语法错:表达式必须是可 //修改的左值 //a.f()是否会修改数据成员呢？ const成员函数 哪些成员函数会改变数据？ 哪些成员函数是对const对象“安全”的？ 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.1 const对象和const成员(2) const成员函数：不能修改本对象数据成员 告诉编译器它对const对象是“安全的” non-const成员函数被编译器视为将要修改数据成员 const对象只能调用const成员函数 const成员函数不能调用其它non-const成员函数 对象 成员函数 Access const √ non-const X 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.1 const对象和const成员(3) 声明及定义 要求: 不能修改本对象的数据成员 不能调用其它non-const成员函数 class A{ public: int getX() const; private: int x; }; int getX() const{ return x; } const在参数列表后 const int getX(); 2. 声明和定义中均要指定const //返回值类型 要求: 不能修改本对象的数据成员 不能调用其它non-const成员函数 东南大学计算机学院 11/30/2018

which statements are incorrect? 10.1 const对象和const成员(4) class Time{ public: Time(); void setHour(int); void printStandard(); void set(Time &) const; private: int minute; }; void Time::set(Time &another) { minute = 20; // 不能修改object printStandard(); // 不能调用non-const成员函数 another.minute = 20; // OK，非同一对象 another.setHour(6); // OK } which statements are incorrect? const 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.1 const对象和const成员(5) 适用情况 重载：const成员函数可以进行non-const版本的重载 需要调用其他non-const成员函数的不能为const 构造函数和析构函数不能为const 不修改数据成员的任何成员函数都应该声明为const （最小权限原则） 重载：const成员函数可以进行non-const版本的重载 const对象调用const成员函数 non-const对象调用non-const成员函数 const对象生命期 构造 “常量性质”保持 析构 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.1 const对象和const成员(6) 一个例外:可变数据成员(mutable) mutable数据成员永远都不能成为const，既使它是const 对象的成员 const成员函数可以改变mutable数据成员 An example (Fig. 10.1~10.3) 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.1 const对象和const成员(7) const数据成员：一旦初始化，值不可修改 初始化：？ 成员初始化表(只能进行初始化，不能赋值) class A{ public: A(); private: const int a; }; 如何将a初始化为1？ 回顾 哪些数据类型只能在成员初始化表中进行初始化？ 哪些数据类型不能在成员初始化表中初始化？ A():a(1){} 东南大学计算机学院 11/30/2018

组成：对象作为数据成员 为什么需要组成 has-a关系 程序文件组织 成员对象初始化：成员初始化表 成员对象初始化：默认构造函数 构造和析构的顺序 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.2组成(1) 代码重复 不利于程序维护 Employer Employee //BirthDay //hireDay Company -Name:string //registerDate -year:int -month:int -day:int Employer //BirthDay Employee //hireDay -year1:int -month1:int -day1:int 代码重复 不利于程序维护 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.2组成(2) 组成(Composition)：一个类可以将其他类的对象作为 自己的成员 提高软件复用性的一个普遍形式 Company -Name:string -registerDate:Date Employer -BirthDay:Date Employee -hireDay:Date Date -year:int -month:int -day:int 提高软件复用性的一个普遍形式 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.2组成(3) has-a关系 程序文件组织(B has-a A) has-a 宿主对象 (Host Object) Employee -Name:string -BirthDay:Date Date -year:int -month:int -day:int has-a 宿主对象 (Host Object) 成员对象 (Member Object) A类声明 A.h A类定义 A.cpp #include “A.h” B类声明 B.h B类定义 B.cpp #include “B.h” 驱动程序 main.cpp 11/30/2018

10.2组成(4) 成员对象初始化：成员初始化表 不能通过构造函数在函数体内初始化！ Date类没有定义Date &类型参数的构造函数 成员对象初始化：成员初始化表 不能通过构造函数在函数体内初始化！ Date类没有定义Date &类型参数的构造函数 初始化使用了默认的拷贝构造函数 class E{ public: E(Date & x):d(x){}; E(Date & x){d=x};//error private: Date d; }; Date date(7,24,1985); E e(date); 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.2组成(5) 成员对象初始化：默认构造函数 当没有显式通过成员初始化表进行初始化时，编译器自 动调用成员对象的默认构造函数进行初始化 若无默认构造函数，则必须使用成员初始化表 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.2组成(6) 没有默认的构造函数 正确 Which one is correct? #include <iostream> using namespace std; class Test{ public: Test(int a){ num = a; } private: int num; }; class Test2{ Test2(int a, int b) { num = b; }; Test t; int main() { Test2 test(10, 20); return 0; } #include <iostream> using namespace std; class Test{ public: Test(int a){ num = a; } private: int num; }; class Test2{ Test2(int a, int b): t(a) { num = b; }; Test t; int main() { Test2 test(10, 20); return 0; } (1) 没有默认的构造函数 (2) 正确

10.2组成(7) 正确，调用了默认的构造函数 正确,调用了默认的构造函数 Which one is correct? #include <iostream> using namespace std; class Test{ public: Test(int a=0){ num = a; } private: int num; }; class Test2{ Test2(int a, int b) { num = b; }; Test t; int main() { Test2 test(10, 20); return 0; } #include <iostream> using namespace std; class Test{ public: Test(){ num = 0; } private: int num; }; class Test2{ Test2(int a, int b) { num = b; }; Test t; int main() { Test2 test(10, 20); return 0; } (3) 正确，调用了默认的构造函数 (4) 正确,调用了默认的构造函数

10.2组成(8) 构造和析构的顺序 class Employee{ public: Fig. 10.12: Employee.h class Employee{ public: Employee( const char * const, const char * const, const Date &, const Date & ); void print() const; ~Employee(); // provided to confirm destruction order private: char firstName[ 25 ]; char lastName[ 25 ]; const Date birthDate; // composition: member object const Date hireDate; // composition: member object }; 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.2组成(9) 构造和析构的顺序 成员对象先于宿主对象构造 成员对象按在类中声明的顺序构造 成员对象后于宿主对象析构 birthDate和hireDate  manager birthDate  hireDate manager  hireDate  birthDate 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.2组成(10) An example (Fig. 10.10~10.13) lastDayOff manager hire birth birth构造: Date object constructor for date 7/24/1949 Hire构造: Date object constructor for date 3/12/1988 birthDate缺省拷贝构造: 无输出 hireDate缺省拷贝构造: 无输出 manager构造: Employee object constructor: Bob Blue lastDayOff构造: Date object constructor for date 1/1/1994 lastDayOff析构: Date object destructor for date 1/1/1994 manager析构: Employee object destructor: Blue, Bob hireDate析构: Date object destructor for date 3/12/1988 birthDate析构: Date object destructor for date 7/24/1949 hire析构: Date object destructor for date 3/12/1988 birth析构: Date object destructor for date 7/24/1949 lastDayOff manager hireDate birthDate hire birth main栈区 东南大学计算机学院 11/30/2018

内 容 回 顾 9.5 破坏类的封装性：返回私有数据成员的引用 9.6 默认的逐个成员赋值 默认的赋值运算符 默认的拷贝构造函数 成员包含指针时的问题：不经意改变对象，内存泄 漏 东南大学计算机学院 11/30/2018

内 容 回 顾 10.1 const对象和const成员 const对象：对象的数据成员在生命期内不被改变 const成员函数不能调用其它non-const成员函数 只能通过成员初始化表进行初始化 东南大学计算机学院 11/30/2018

内 容 回 顾 10.2 组成 数据成员为其他类的对象 has-a关系 初始化 构造和析构的顺序 显式：成员初始化表 隐式：默认构造函数 构造：成员对象>宿主对象 析构：宿主对象>成员对象 东南大学计算机学院 11/30/2018

友元 友元 声明和定义 友元关系 示例 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.3友元(1) 友元(friend)在类外定义，能访问类的所有数据成员 通常在运算符重载中使用 声明和定义 友元函数(friend function) 友元类(friend class)：所有成员函数都是友元函数 通常在运算符重载中使用 声明和定义 类内声明，类外定义 声明时位置无关，访问属性无关 友元函数不是类成员 class A{ friend void f(A &); friend class B; public: Test():x(0){}; private: int x; }; void f(A & a){ a.x=1; } class B{……}; 良好的编程习惯 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.3友元(2) 友元关系 x 是授予关系(A grant B)，而不是索取关系，是A类的主动 行为 友元关系既不对称，又不传递 A B friend x C class A{ friend class B; public: Test():x(0){}; private: int x; }; B是A的友元 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.3友元(3) 友元函数示例(Fig. 10.15)： class Count int main() { { friend void setX( Count &, int ); public: Count( ) : x( 0 ) // initialize x to 0 // empty body } void print() const { cout << x << endl; } private: int x; }; void setX( Count &c, int val ) { c.x = val; } int main() { Count counter; counter.print(); setX( counter, 8 ); return 0; } 8 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.3友元(4) 友元类示例 class ClassOne{ friend class ClassTwo; // friend declaration int x, int y; }; class ClassTwo{ public: void setX(ClassOne &one, int x){ one.x = x; } void setY(ClassOne &one, int y){ one.y = y; } void printClassOne(ClassOne &one){ cout << "ClassOne.x = " << one.x << ", ClassOne.y = " << one.y << endl; } int main() { ClassOne one; ClassTwo two; two.setX(one, 10); two.setY(one, 20); two.printClassOne(one); return 0; } 东南大学计算机学院 11/30/2018

this指针 this指针 特点 this指针的类型 this指针的使用 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.4 this指针(1) class Test{ public: void func(); private: int num; }; item1.num item2.num Stack: Test::func() 形参列表 this指针 Test::func() ClassName item1; ClassName item2; item1.func(); 代码区 void func(Test *this) this指针是成员函数的隐含形参，用来指向该对象的指针 (const指针类型) 定义方式：由编译器隐含定义，不能由成员函数定义 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.4 this指针(2) 特点 this是C++保留字 this指针是const指针 this指针和对象是一一对应的 指向的对象可变 保存的地址不可变 this指针和对象是一一对应的 每个对象都有唯一的this指针 每个this指针都唯一对应一个对象 this指针不是对象的一部分 sizeof()不计算this指针的大小 由编译器隐含定义 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.4 this指针(3) this指针的类型取决于对象的类类型，以及是否为 const成员函数 普通函数 const成员函数 A * const 可以改变this指向的对象 不能改变this保存的地址 const成员函数 返回const类类型的const指针 const A * const 不能改变this指向的对象 不能改变this保存的地址 class A{ public: A & f1(){ return *this; } const A & f2() const{ return *this; } private: int x; }; 东南大学计算机学院

10.4 this指针(4) this指针的使用 可以由成员函数显式使用 访问类成员 通常用于返回对调用函数的对象的引用 x：隐式调用 11/30/2018

10.4 this指针(5) 成员函数的级联调用(cascade) (.)：左结合性 class Screen{ public: Screen& move(int); Screen& set(char); … … }; Screen& Screen::move(int a){ return *this } Screen& Screen::set(char c){ myScreen.move(4).set(‘x’); myScreen.move(4); myScreen.set(‘x’); (.)：左结合性 myScreen.move(4).set(‘x’); myScreen.set(‘x’).move(4); //which one is wrong? An example (Fig. 10.18~10.20) 11/30/2018

static类成员 为什么需要static类成员 static数据成员 static成员函数 作用域、访问控制、声明与定义、初始化、访问方式 调用方式、成员函数：static or non-static、特点 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.5 static类成员(1) static数据成员 类 int a; int b; 对象1 … … 对象2 对象n 数据成员全部成为对象的组成是否合理？ 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.5 static类成员(2) A motivation example 浪费存储空间 难以维护 学生 学生1 … … 学生2 学生n int name; int count; 学生 学生1 … … 学生2 学生n 学生总人数：count int name; int count; 新学生 Update count of all objects! 浪费存储空间 难以维护 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.5 static类成员(3) A motivation example static数据成员描述类的属性，而非特定对象的属性 int name; int count; 学生 学生1 … … 学生2 学生n 学生总人数：count int name; static int count; int name; int count; 新学生 static数据成员描述类的属性，而非特定对象的属性 它独立于对象而存在 对象不包含static数据成员 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.5 static类成员(4) 作用域：类作用域 访问控制 类作用域内，类成员可以被其他成员访问 类作用域外，public成员通过对象的句柄访问 访问控制 public protected private 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.5 static类成员(5) 声明与定义 类内声明，类外定义、初始化 若类的实现和接口分离，则应在实现部分定义和初始化 否则“error LNK1169: 找到一个或多个多重定义的符号” //className.h class className{ public: void f(); static int total; }; //className.cpp int className::total; // 不用static关键字修饰 void className::f(){……} 不能缺少定义 否则：error LNK2001: 无法解析的外部符号 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.5 static类成员(6) 当static成员需要被多个文件的代码访问时，只能在.h文 件中声明为static，不能在.cpp文件中声明为static //main.cpp class className{ public: static int total; }; int className::total; int main(){ … … } //className.cpp class className{ public: void f(); static int total; }; int className::total; //main.cpp int main(){ … … } No error include “className.cpp” error No error static关键字用于文件作用域的元素时，它只在该文件内可见 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.5 static类成员(7) 初始化 至多只能被初始化一次 类外定义处初始化，不能在任何函数体中 (文件作用域) static const整型(int/char/bool)或枚举类型可在类内声明 时初始化 可以通过成员初始化表进行初始化吗？为什么？ class className{ private: static const int a = 0; static const char b = ‘h’; static const bool c = false; static int total; static const double d; }; int className::total = 0; // 不用static关键字修饰 double className::d = 0.0; 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.5 static类成员(8) 默认的初始化 访问方式 基本类型：0 成员对象：默认构造函数 public： 通过类名访问：A::x 通过对象访问：a.x private, protected：public成员函数/友元 class A{ public: static int x; }; A::x=1; A a; a.x=1; 11/30/2018

class A{ public: A(){ cout<<“x="<<x<<endl; } void print(){ cout<<“y="<<y<<endl; private: static int x; const static int y = 10; }; class B{ B(){}; static A m; A B::m; int main(){ B b; b.m.print(); return 0; } x=20 y=10 x=0 y=10 int A::x=20; int A::x; error LNK2001: unresolved external symbol "private: static int A::x"

class A{ public: A(int n){ cout<<“x="<<x<<endl; } void print(){ cout<<“y="<<y<<endl; private: static int x; const static int y = 10; }; class B{ B(){}; static A m; int main(){ B b; b.m.print(); return 0; } int A::x=20; A B::m; A B::m= A(30);

10.5 static类成员(11) static成员函数 作用 调用方式 为类提供服务，而非为对象提供服务 独立于对象而存在并操作 访问非public的static数据成员 显示类的信息 调用方式 通过类名：A::f() 通过对象：a.f() 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.5 static类成员(12) 成员函数：static or non-static? 如果成员函数不访问non-static成员，则应声明为static static成员函数不能访问non-static成员(数据/函数) why? class A{ public: void f(){}; static void print(){ cout<<num<<endl; //error }; static void test(){ f(); //error private: int num; 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.5 static类成员(13) 成员函数：static or non-static? 对象 成员函数 Access const √ 调用者 被调用者 static成员函数 static成员 √ non-static成员 X non-static成员函数 对象 成员函数 Access const √ non-const X 回顾 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.5 static类成员(14) 特点 An example (Fig.10.21 ~ 10.23) 不具有this指针 不能声明为const An example (Fig.10.21 ~ 10.23) this指针指向对象，this指针和对象一一对应 在static成员函数中使用this指针是编译错误！ const限定成员函数不能修改操作对象的内容 将static成员函数声明为const是编译错误！ 东南大学计算机学院 11/30/2018

数据抽象和信息隐藏 信息隐藏 数据抽象 抽象数据类型 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.6数据抽象和信息隐藏(1) 信息隐藏(Information Hiding) 对类客户隐藏类的实现细节 数据抽象(Data Abstraction) 类客户只关心类提供的功能，不关心其具体实现 只要public服务不变，系统的其他部分不受影响 例子：stack 数组实现 链表实现 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.6数据抽象和信息隐藏(2) 其他语言： C++ 强调动作 数据支持动作 数据类型为内置的 强调数据 动作为特定类型的数据服务 数据类型可自定义 利用抽象数据类型可以建立强调数据的语言 东南大学计算机学院 11/30/2018

10.6数据抽象和信息隐藏(3) 抽象数据类型(Abstract Data Type, ADT)包含 类是抽象数据类型的实现 数据表达 可在数据上执行的操作 类是抽象数据类型的实现 数据表达：数据成员 可在数据上执行的操作：成员函数 例子：队列(queue) 入队： enqueue 出队： dequeue 东南大学计算机学院 11/30/2018

Classes: A Deeper Look (II) 教学要求与安排 chap10.1～10.7 chap10.8~10.11不要求掌握 教学安排 chap10.6放在chap11中讲 东南大学计算机学院 11/30/2018

作业 deadline: 4.10 24:00 H3: Ex10.9 deadline: 4.19 24:00 东南大学计算机学院 11/30/2018