Object-Oriented Programming in C++ 第一章 C++的初步知识 中国科大学继续教育学院 李艺 leeyi@ustc.edu.cn

第一章 C++的初步知识 第二章 类和对象 第三章 再论类和对象 第四章 运算符重载 第五章 继承与派生 第六章 多态性与虚函数 第七章 输入输出流 第八章 C++工具

参考教材 选用教材 《C++面向对象程序设计》 谭浩强 参考教材 《C++语言基础教程》 吕凤翥编著 英文教材 《Programming in C++》（SE）高等教育出版社

学时分配 总学时：60 讲课：40学时 上机：20学时 课外上机：每周不少于4学时

1.1　C++程序结构的特点 一个示范程序 程序的组成部分 程序的书写格式

一个C++的示范程序 /*This is a simple Cpp program*/ #include <iostream.h> //文件包含 void main( ) //主函数头 { //主函数体 double x,y; //变量说明 cout << "Enter two float number:"; //输出数据 cin >> x>>y ; //输入数据 double z=x+y; //定义并赋值 cout <<"x+y= "<<z<<endl ; //输出数据 } 任何变量都必须先说明后使用 执行结果为： Enter two float number: 3 4 <enter> x+y=7

1.2 用const定义常变量 C语言中，用#define 定义常量： #define PI 3.14159 #define R a+b 它只是在预编译时进行字符置换，将标识符置换成表达式或数字。预编译后，标识符PI，R不再存在。PI，R不是变量，没有类型，不占用存储单元，很容易出错： int a=1;b=2; cout<<PI * R * R; 输出的不是3.14159 * (a+b) * (a+b)，而是 3.14159 * a+b * a+b。 程序因此出错。

C++进行了改进，用 const 定义常变量。如： const float PI = 3.14159; 它定义了常变量PI，有数据类型，占用存储单元，有地址，可以用指针指向它，只是在程序运行中，此变量的值固定，不能改变。 常变量定义时，const 与指针结合使用，可以有如下三种不同的定义： const float *ptr = 3.14159; //指向常变量的指针，数值3.14159不能改变为其它值 float const *ptr = 3.14159; //指向变量的常量指针，指针地址不能改变 const float const *ptr = 3.14159 ; //指向常量的常量指针

1.3 函数原型申明 C++强制规定，如果函数调用的位置在函数定义之前，则在调用函数之前必须实现作函数原型申明。这一点与C不同，C只是建议，而没有强制 函数申明的一般形式为： 函数类型 函数名（参数表）; 最后的分号可不能忘了，否则出错！参数表中可以只指定各个参数的类型，而不指定参数名！

函数申明和定义的示例 //求圆面积，将函数申明和定义分开，在调用函数前先申明它 #include <iostream> float area( float ); //先申明 void main( ) { float radius; cout<<“Please input radius: “; cin>>radius; if (radius>0) cout<<area(radius )<<endl; //再使用 } float area( float r) //最后定义 { return r * r* 3.14159;}

程序可以改为如下形式： #include <iostream> float area( float r) { return r * r* 3.14159;} //先申明 main( ) { float radius; cout<<“Please input radius: “; cin>>radius; if (radius>0) cout<<area(radius )<<endl; //再使用 }

1.4 函数的重载(overloading) 什么叫重载？ 运算符“>>”是左移运算符，在C++中，有作为输出算符；而“*”是乘法算符，也是指针符号。这种一个标识符有多种含义用途的现象，旧叫“重载”(overloading)。如果标识符为运算符，就叫“运算符重载”；如果标识符为函数名，就叫“函数重载”。 什么时候用到重载？ 用于相类似而又不同的操作。例如，求多个数值的最大数，不同类型的参数，C语言要编写不同的函数： int max1(int a, int b, int c); // 3个整形数值求最大值 float max2(float a, float b); // 2个实形数值求最大值 long max3(long a, long b, long c); // 3个长整形数值求最大值

而C++的做法是重载：将这三个函数名取相同的名字，程序运行时，系统会根据实际参数的不同，调用相近参数的函数： #include <iostream> int max(int a, int b, int c) { if (b>a) a=b; if (c>a) a=c; return a; } float max(float a, float b) long max(long a, long b, long c) void main( ) { int a, b, c, d; float x, y, z; long m, n, p, q; cin>>a>>b>>c; cin>>x>>y; cin>>m>>n>>p; d = max (a, b, c); cout <<“int_d = “<<d<<endl; z = max (x,y); cout <<“float_z = “<<z<<endl; q = max (m, n, p); cout <<“long_q = “<<q<<endl; } Main函数三次调用max函数，每次实参的个数或类型不同，系统会寻找 与之匹配的函数调用。

1.5 函数模板 什么时候使用模板？重载函数的不便之处在于，对于同名的函数要一个一个地编写，编码量很大。对于有些相同功能的函数，如果函数个数相同，可以用另外的方法来解决，这就是模板(Template)。 函数模板的定义形式： Template <类型参数表> 返回类型 函数模板名(数据参数表) { 函数模板定义体 } 示例：将上述重载示例改为函数模板。

#include <iostream> using namespace std; //默认使用std标准库名 template <typename T>; T max (T a, T b, T c) // 建立函数模板时，只需要 { if (b>a) a=b; // 将函数类型、参数类型 int 换成 T 就行。 if (c>a) a=c; // 即用虚拟的类型名T代替实际的类型 return a; } void main( ) { int i = 8, j = 3, k = 4, h; long m = 1, n = 2, p = 3, q; h = max ( i, j, k); q = max ( m, n, p); cout <<“int_h = “<<h<<endl; cout <<“long_q = “<<q<<endl; 类型参数可以有多个：template <typename T1, typename T2>

由此程序可以看到，函数模板比函数重载更方便，但模板只适用于函数的参数个数相同而类型不同，且函数体相同的情况。不满足这种情况时，就只能使用函数重载。

1.6 有默认参数的函数 背景：一般情况下，函数调用时，形参从实参那里取得值。因此要求实参的个数和类型应该与形参相同。但是，有时候，多次调用同一函数时用的是同一实参数，或者调用时还不好确定实参数。C++提供一个简单的解决办法，即给参数一默认值。这样当不提供实参数时，形参就用默认参数作为参数值。 示例：有一函数声明为： float area ( float r=6.5 ); 调用area 函数时，如果不提供实际参数给r，r 就以默认数值 6.5 作为参数顶用area: area ( ); // 相当于 area (6.5 ); 注意： 1) 当有多个参数时，如果只有部分参数有默认值，则指定了默认值的参数必须放在参数表的最右边，否则出错。因为实参与形参的结合是从左至右顺序进行的，第一个实参必须给第一个形参，第二个实参必须给第二个形参…。

1.6 有默认参数的函数 声明： void area (float x1, int x2 = 1, char x3 = ‘a’); 调用：area ( 1.2, 3, ‘b’); // 形参值全部由实参得到 area (1.2, 3); // 最后一个参数取自默认值 area (1.2 ); // 最后两个参数取自默认值 area ( ); // 出错，第一个形参没有实参，也没有默 认值 2) 一个函数不能既作为重载函数，又作为默认参数函数。因为当调用函数时如果少写一实际个参数，系统无法判断是利用重载函数还是利用默认参数函数。

1.7 变量的引用(reference) 什么叫引用？变量的引用就是变量的别名。建立引用的作用，是为一个变量另取一个名字，以便在需要的时候间接地引用该别名。 如何使用引用？假如有一个变量a , 想给它另取一个别名b ，可以这样写: int a ; int &b = a; // 声明b 是一个整形变量的引用变量，并且被初始化为a 此处 & 不代表取地址，，只是“引用声明符”。对一个变量声明一个引用，并不另外开辟内存空间。b和a 代表同一个变量单元。 引用不是独立的变量，编译系统不给它分配存储单元。因此建立引用只有声明，没有定义，只是声明和某一个变量的关系。

1.7 变量的引用(reference) 声明了一个变量的引用后，在本函数执行期间，该引用一直与代表的变量相联系，不能再作为另一个变量的别名。请看如下示例： int a, b ; int &c = a; int &c = b; // 错误，c 已经是a 的引用，不能再作为另一个变量b的引用 引用不是独立的数据类型，它必须与某一种类型的数据相联系： int &x; // 错误， 没有指定 x 代表哪个变量

1.7 变量的引用(reference) 示例： #include <iostream> using namespace std; void main( ) { int a = 10; int &b = a; a = a * a; cout << “b = “<<b<<endl; } 运行结果：b = 100

1.7 变量的引用(reference) 将引用作为函数参数：C++之所以增加“引用”，主要是利用它作为函数参数，以弥补函数传递参数的不方便的遗憾。也降低了编程难度。 将变量名作为实参：这时传给形参的是变量的值，传递是单向的，函数运行时，形参发生变化，并不回传给实参。因为形参和实参不是同一个存储单元。请看下面示例： #include <iostream> void swap ( int a, int b ) { int temp; temp = a; a = b; b = temp; } void main( ) { int i=3, j=5; swap ( i, j ); cout<<i<<“,”<<j<<endl; } 运行结果，i, j 仍然是3，5。 没有发生交换。

1.7 变量的引用(reference) 传递变量的指针：这时传给形参的是变量的地址，形参得到一个变量的地址，即形参指针变量指向实参变量单元。函数中形参发生改变，实际上是改变实参。 这种方法实际上仍然是值传递：想指针变量传递地址值。然后通过指针变量访问有关变量。“间接地”回传了改变的变量。请看下面示例： #include <iostream> void swap ( int *p1, int *p2 ) { int temp; temp = *p1; *p1 = *p2; *p2 = temp; } void main( ) { int i=3, j=5; swap ( &i, &j ); cout<<i<<“,”<<j<<endl; } 运行结果，i, j 是5，3。 变量值发生交换。

1.7 变量的引用(reference) 传递变量的别名：将变量的引用作为函数形参，弥补了上面两种方法的不足。请看下面示例： 注意：swap函数形参&a,&b是指定整形变量的引用作为形参，但引用谁还没定。而main函数中，用一，i, j的名调用swap，就是将i, j的名字传给引用，这样a就成立i的别名，b就成立j 的别名。 #include <iostream> void swap ( int &a, int &b ) { int temp; temp = a; a = b; b = temp; } void main( ) { int i=3, j=5; swap ( i, j ); cout<<i<<“,”<<j<<endl; } 运行结果，i, j 是5，3。 变量值发生交换。

1.7 变量的引用(reference) 如何理解引用？我们从物理实现上来理解，引用是一个隐性指针，即引用值是引自所指向的实体。这就是引用的真意。高级编程（面向应用）多用引用，低级编程（面向机器）多用指针。 对引用的说明： 不能建立void类型的引用。因为任何实际存在的变量都属于非void类型。 void &a = 9; //错误 不能对数组名进行引用，因为数组名是首地址本身不占有存储空间。 char c[6] = “hello”; char &r =c; //错误 可以建立指针变量的引用： int i=5; int *p= &i; // 定义指针变量p，指向i int * &t = p; // t 是指向整形变量的指针变量的引用，初始化为p.

1.7 变量的引用(reference) 可以将引用的地址赋给指针。此时，指针指向原来变量： int a = 3; int &b = a; int *p = &b; // 指针p指向变量a的引用b，相当与指向a 不能定义指向引用类型的指针变量： int & *p = & a; // 错误 可以用常量或表达式对引用初始化，但必须用const限定： const int &c = 3; //合法

1.8 内联函数(inline function) 引入原因:目的是为了解决程序中函数调用的效率问题。 函数调用时需要建立栈内存环境，进行参数传递，并产生程序执行转移，则都要有时间和空间的代价。 而有时一些函数代码很短（１～５行），却有高使用频率，造成处理现场的开销巨增。 这时若将函数体嵌入函数调用处，则可避免每次调用函数的开销，大大提高效率。

1.8 内联函数(inline function) #include <iostream.h> inline int power(int x ) // 定义一个内联函数 { return x*x; } void main( ) { cout << power ( 2 ) << endl; // 编译系统展开为{x=2;x*x;} cout << power ( 1+2 ) << endl; // 编译系统展开为{x=1+2;x*x;} } 运行结果： 4 9

1.8 内联函数(inline function) 内联函数还有限制： 函数内不能含有循环结构或switch结构； 不能含有任何静态数据及数组声明。 不能是递归函数。

1.9 作用域运算符 标识符只能在说明它或定义它的范围内是可见的，而在该范围之外是不可见的。 大多数标识符的说明与定义是一致的，只有少数例外。如：函数等。 范围有大有小。最大为整个程序，最小为块，中间有文件和函数。 每一个变量都有自己的有效范围。我们只能在变量的作用域内使用该变量。不能直接使用其它作用域中的变量。如果要使用其它作用域中的同名变量，必须使用“作用域运算符”，即“::”。

1.9 作用域运算符 #include <iostream.h> float a=1.5; void main( ) 请看示例： #include <iostream.h> float a=1.5; void main( ) { int a = 5; cout << a << endl; // 输出作用域为main 函数的局部变量a 的值 cout << ::a <<endl; // 输出作用域为全局的 全局变量a 的值 } 运行结果：5 1.5 注意：不能用作用域运算符“::”访问函数中的局部变量。

局部变量和全局变量 1、局部变量 是指作用域在函数级和块级的变量。 2、全局变量 是指作用域在程序级和文件级的变量。

#include<iostream.h> int i(5); //外部全局变量extern 蓝色为文件作用域 #include<iostream.h> int i(5); //外部全局变量extern void func( ) { cout << i<<endl; } void main() { int i=3; // 内部局部变量 func( ); cout <<i<<endl; } 全局变量 绿色为函数作用域 局部变量

1.10 字符串变量 C++除了可以使用C语言提供的字符型变量和字符型数组外，还提供了字符串类。这种类可以定义字符串对象。但在文件开头必须包含string库：#include <string.h> 字符串定义： string s1; // 定义字符串变量s1 string s2 = “China”; // 定义字符串变量s2并初始化 字符串赋值：可以对定义了的字符串变量进行赋值： s1 = “Hello”; s2 = s1; s3 = s1+s2; // 字符串连接 字符串变量的输入输出： string c1; cin >> c1; cout << c1; 字符串比较：可以使用==，!=，>=，<= 来进行字符串的比较

1.10 字符串变量 字符串数组：也可以直接定义字符串数组： string name [4] = {“张三”,”李四”,”王五”,”刘六”}; 运行结果为： name [0] = “张三“； name [1] = “李四”; name [2] = “王五”; name [3] = “刘六”;

1.10 字符串变量 示例：从键盘输入3个字符串，并按字典顺序输出： #include <iostream> #include <string> using namespace std; void main( ) { string s1,s2,s3,temp; cin >>s1>>s2>>s3; if ( s2>s3) { temp =s2; s2 = s3; s3 = temp; } if ( s1>s2) { temp =s1; s1 = s2; s2 = temp; } cout << s1<<"->"<< s2<<"->"<<s3<<endl; }

1.11 动态分配内存new/回收内存delete C语言中，用两个函数malloc(size)/free来实现内存管理。C++提供了更为强大的运算符new/delete，来代替这两个函数。 分配内存空间：new 类型； 回收内存空间：delete 指针变量； 示例：开辟一个空间，存放有2个字段的结构体。 #include <iostream> #include <string> using namespace std; struct Student { string name; int age; }; void main( ) { Student *p; p = new Student; p->name = “zhangsan"; p->age = 20; cout << "name = "<< p->name <<";" cout <<"age = "<<p->age<<endl; delete p; }

本章作业 输入15个数，用函数求和与平均值。

作业讲解 void main() { double a[15],s=0,ave=0; for(int i=0;i<15;i++) { cout<<"输入第"<<(i+1)<<"个实数："; cin>>a[i]; } for(i=0;i<15;i++) s+=a[i]; ave=s/15.0; cout<<"总和 = "<<s<<endl; cout<<"均值 = "<<ave<<endl;

习题： 本章习题请上网查阅教学网页： http://staff.ustc.edu.cn/~leeyi