清华大学C++教案

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1、1第五章 C+程序的结构清 华 大 学 郑 莉 C+语 言 程 序 设 计 C+语言程序设计清华大学 郑莉 2 本章主要内容l 作 用 域 与 可 见 性l 对 象 的 生 存 期l 数 据 与 函 数l 静 态 成 员l 共 享 数 据 的 保 护l 友 元l 编 译 预 处 理 命 令l 多 文 件 结 构 和 工 程 C+语言程序设计清华大学 郑莉 3 函数原形的作用域l 函 数 原 型 中 的 参 数 ， 其 作 用 域 始 于(， 结 束 于 )。l 例 如 ， 设 有 下 列 原 型 声 明 ：double Area(double radius);radius 的 作 用 域 仅

2、在 于 此 ，不 能 用 于 程 序 正 文 其 它 地方 ， 因 而 可 有 可 无 。作用域与可见性 C+语言程序设计清华大学 郑莉 4 块作用域l 在 块 中 声 明 的 标 识 符 ， 其 作 用 域 自 声 明 处起 ， 限 于 块 中 ， 例 如 ：void fun(int a) int b(a); cinb; if (b0) int c; . c的 作 用 域 b的 作 用 域作用域与可见性 C+语言程序设计清华大学 郑莉 5 类作用域l 类 作 用 域 作 用 于 特 定 的 成 员 名 。l 类 X的 成 员 M具 有 类 作 用 域 ， 对 M的 访 问 方式 如 下 ：

3、如 果 在 X的 成 员 函 数 中 没 有 声 明 同 名 的 局 部 作 用域 标 识 符 ， 那 么 在 该 函 数 内 可 以 访 问 成 员 M。 通 过 表 达 式 x.M或 者 X:M访 问 。 通 过 表 达 式 prt-M作用域与可见性 C+语言程序设计清华大学 郑莉 6 文件作用域l 不 在 前 述 各 个 作 用 域 中 出 现 的 声 明 ，具 有 文 件 作 用 域 ， 这 样 声 明 的 标 识 符的 作 用 域 开 始 于 声 明 点 ， 结 束 于 文 件尾 。作用域与可见性 C+语言程序设计清华大学 郑莉 7 可见性l 可 见 性 是 从 对 标 识 符 的

4、引 用 的 角 度 来 谈的 概 念l 可 见 性 表 示 从 内 层 作 用 域 向 外 层 作 用 域“ 看 ” 时 能 看 见 什 么 。l 如 果 标 识 在 某 处 可 见 ， 则 就 可 以 在 该 处引 用 此 标 识 符 。 块 作 用 域类 作 用 域文 件 作 用 域 作用域与可见性 C+语言程序设计清华大学 郑莉 8 可见性l 标 识 符 应 声 明 在 先 ， 引 用 在 后 。l 如 果 某 个 标 识 符 在 外 层 中 声 明 ， 且 在 内 层 中没 有 同 一 标 识 符 的 声 明 ， 则 该 标 识 符 在 内 层可 见 。l 对 于 两 个 嵌 套 的

5、作 用 域 ， 如 果 在 内 层 作 用 域内 声 明 了 与 外 层 作 用 域 中 同 名 的 标 识 符 ， 则外 层 作 用 域 的 标 识 符 在 内 层 不 可 见 。作用域与可见性 C+语言程序设计清华大学 郑莉 9 同一作用域中的同名标识符l 在 同 一 作 用 域 内 的 对 象 名 、 函 数 名 、枚 举 常 量 名 会 隐 藏 同 名 的 类 名 或 枚 举类 型 名 。l 重 载 的 函 数 可 以 有 相 同 的 函 数 名 。作用域与可见性 C+语言程序设计清华大学 郑莉 10 #includeusing namespace std;int i; /文 件 作

6、用 域int main() i=5; int i; /块 作 用 域 i=7; couti=iendl; /输 出 7 couti=i; /输 出 5 return 0;作用域与可见性例 5.1 C+语言程序设计清华大学 郑莉 11 对象的生存期对 象 从 产 生 到 结 束 的 这 段 时 间 就 是它 的 生 存 期 。 在 对 象 生 存 期 内 ， 对 象 将保 持 它 的 值 ， 直 到 被 更 新 为 止 。 C+语言程序设计清华大学 郑莉 12 静态生存期l 这 种 生 存 期 与 程 序 的 运 行 期 相 同 。l 在 文 件 作 用 域 中 声 明 的 对 象 具 有 这

7、种生 存 期 。l 在 函 数 内 部 声 明 静 态 生 存 期 对 象 ， 要冠 以 关 键 字 static 。对象的生存期 C+语言程序设计清华大学 郑莉 13 #includeusing namespace std;int i=5; /文 件 作 用 域int main() couti=iendl; return 0;i具 有 静 态 生 存 期对象的生存期例 C+语言程序设计清华大学 郑莉 14 动态生存期l 块 作 用 域 中 声 明 的 ， 没 有 用 static修是 的 对 象 是 动 态 生 存 期 的 对 象 （ 习 惯称 局 部 生 存 期 对 象 ） 。l 开 始

8、于 程 序 执 行 到 声 明 点 时 ， 结 束 于命 名 该 标 识 符 的 作 用 域 结 束 处 。对象的生存期 C+语言程序设计清华大学 郑莉 15 #includeusing namespace std;void fun();void main() fun(); fun();void fun() static int a=1; int i=5; a+; i+; couti=i,a=aendl; 运 行 结 果 ：i=6, a=2i=6, a=3i是 动 态 生 存 期a是 静 态 生 存 期对象的生存期例 C+语言程序设计清华大学 郑莉 16 例5-2 变量的生存期与可见性#inc

9、ludeusing namespace std;int i=1; / i 为 全 局 变 量 ， 具 有 静 态 生 存 期 。void main(void) static int a; / 静 态 局 部 变 量 ， 有 全 局 寿 命 ， 局 部 可 见 。 int b=-10; / b, c为 局 部 变 量 ， 具 有 动 态 生 存 期 。 int c=0; void other(void); cout-MAIN-n; cout i: i a: a b: b c: cendl; c=c+8; other(); cout-MAIN-n; cout i: i a: a b: b c: c

10、endl; i=i+10; other(); 对象的生存期 void other(void) static int a=2; static int b; / a,b为 静 态 局 部 变 量 ， 具 有 全 局 寿 命 ， 局 部 可 见 。 /只 第 一 次 进 入 函 数 时 被 初 始 化 。 int c=10; / C为 局 部 变 量 ， 具 有 动 态 生 存 期 ， /每 次 进 入 函 数 时 都 初 始 化 。 a=a+2; i=i+32; c=c+5; cout-OTHER-n; cout i: i a: a b: b c: cendl; b=a; 17 运 行 结 果 ：

11、-MAIN- i: 1 a: 0 b: -10 c: 0-OTHER- i: 33 a: 4 b: 0 c: 15-MAIN- i: 33 a: 0 b: -10 c: 8-OTHER- i: 75 a: 6 b: 4 c: 15 18 C+语言程序设计清华大学 郑莉 19 例5-3具有静态、动态生存期对象的时钟程序#includeusing namespace std;class Clock /时 钟 类 声 明public: /外 部 接 口Clock();void SetTime(int NewH, int NewM, int NewS); /三 个 形 参 均 具 有 函 数 原 型

12、作 用 域void ShowTime();Clock()private: /私 有 数 据 成 员int Hour,Minute,Second;对象的生存期 /时 钟 类 成 员 函 数 实 现Clock:Clock() /构 造 函 数 Hour=0;Minute=0;Second=0;void Clock:SetTime(int NewH, int NewM, int NewS) Hour=NewH;Minute=NewM;Second=NewS;void Clock:ShowTime() coutHour:Minute:Secondendl; 20 Clock globClock; /声

13、 明 对 象 globClock， /具 有 静 态 生 存 期 ， 文 件 作 用 域void main() /主 函 数 coutFirst time output:endl;/引 用 具 有 文 件 作 用 域 的 对 象 ：globClock.ShowTime(); /对 象 的 成 员 函 数 具 有 类 作 用 域globClock.SetTime(8,30,30);Clock myClock(globClock); /声 明 具 有 块 作 用 域 的 对 象 myClockcoutSecond time output:endl;myClock.ShowTime(); /引 用

14、具 有 块 作 用 域 的 对 象 21 程 序 的 运 行 结 果 为 ：First time output:0:0:0Second time output:8:30:30 22 C+语言程序设计清华大学 郑莉 23 数据与函数l 数 据 存 储 在 局 部 对 象 中 ， 通 过 参 数 传递 实 现 共 享 函 数 间 的 参 数 传 递 。l 数 据 存 储 在 全 局 对 象 中 。l 将 数 据 和 使 用 数 据 的 函 数 封 装 在 类 中 。数据与函数 C+语言程序设计清华大学 郑莉 24 使用全局对象#includeusing namespace std;int glob

15、al;void f() global=5;void g() coutglobalendl;int main() f(); g(); /输 出 “5” return 0;数据与函数 C+语言程序设计清华大学 郑莉 25 将函数与数据封装#includeusing namespace std;class Application public: void f(); void g(); private: int global;void Application:f() global=5;void Application:g() coutglobalendl; int main() Application

16、 MyApp; MyApp.f(); MyApp.g(); return 0;数据与函数 C+语言程序设计清华大学 郑莉 26 静态成员l 静 态 数 据 成 员 用 关 键 字 static声 明 该 类 的 所 有 对 象 维 护 该 成 员 的 同 一 个 拷贝 必 须 在 类 外 定 义 和 初 始 化 ， 用 (:)来 指 明所 属 的 类 。l 静 态 成 员 函 数 类 外 代 码 可 以 使 用 类 名 和 作 用 域 操 作 符来 调 用 静 态 成 员 函 数 。 静 态 成 员 函 数 只 能 引 用 属 于 该 类 的 静 态数 据 成 员 或 静 态 成 员 函 数

17、。静态成员 C+语言程序设计清华大学 郑莉 27 例5-4 具有静态数据成员的 Point类#include using namespace std;class Pointpublic:Point(int xx=0, int yy=0) X=xx; Y=yy; countP+; Point(Point int GetX() return X;int GetY() return Y;void GetC() cout Object id=countPendl;private:int X,Y;static int countP;静态成员 Point:Point(Point Y=p.Y;countP+

18、;int Point:countP=0; void main() Point A(4,5);coutPoint A,A.GetX(),A.GetY();A.GetC();Point B(A);coutPoint B,B.GetX(),B.GetY();B.GetC(); 28 C+语言程序设计清华大学 郑莉 29 静态成员函数举例#includeusing namespace std;class Application public: static void f(); static void g(); private: static int global;int Application:glo

19、bal =0; void Application:f() global=5;void Application:g() coutglobalendl;int main() Application:f(); Application:g(); return 0;静态成员 C+语言程序设计清华大学 郑莉 30 静态成员函数举例class A public: static void f(A a); private: int x;void A:f(A a) coutx; /对x的 引 用 是 错 误 的 couta.x; /正 确静态成员 C+语言程序设计清华大学 郑莉 31 具有静态数据、函数成员的 P

20、oint类#include using namespace std;class Point /Point类 声 明public: /外 部 接 口Point(int xx=0, int yy=0) X=xx;Y=yy;countP+;Point(Point /拷 贝 构 造 函 数int GetX() return X;int GetY() return Y;static void GetC() cout Object id=countPendl;private: /私 有 数 据 成 员int X,Y; static int countP;静态成员 Point:Point(Point Y=p

21、.Y;countP+;int Point:countP=0;void main() /主 函 数 实 现 Point A(4,5); /声 明 对 象 AcoutPoint A,A.GetX(),A.GetY();A.GetC(); /输 出 对 象 号 ， 对 象 名 引 用Point B(A); /声 明 对 象 BcoutPoint B,B.GetX(),B.GetY();Point:GetC(); /输 出 对 象 号 ， 类 名 引 用 32 C+语言程序设计清华大学 郑莉 33 友元l 友 元 是 C+提 供 的 一 种 破 坏 数 据 封 装和 数 据 隐 藏 的 机 制 。l

22、通 过 将 一 个 模 块 声 明 为 另 一 个 模 块 的友 元 ， 一 个 模 块 能 够 引 用 到 另 一 个 模块 中 本 是 被 隐 藏 的 信 息 。l 可 以 使 用 友 元 函 数 和 友 元 类 。l 为 了 确 保 数 据 的 完 整 性 ， 及 数 据 封 装与 隐 藏 的 原 则 ， 建 议 尽 量 不 使 用 或 少使 用 友 元 。 友 元 C+语言程序设计清华大学 郑莉 34 友元函数l 友 元 函 数 是 在 类 声 明 中 由 关 键 字 friend修 饰 说 明 的 非 成 员 函 数 ， 在 它 的 函 数体 中 能 够 通 过 对 象 名 访 问

23、private 和 protected成 员l 作 用 ： 增 加 灵 活 性 ， 使 程 序 员 可 以 在封 装 和 快 速 性 方 面 做 合 理 选 择 。l 访 问 对 象 中 的 成 员 必 须 通 过 对 象 名 。 友 元 C+语言程序设计清华大学 郑莉 35 例5-6 使用友元函数计算两点距离#include #include using namespace std;class Point /Point类 声 明 public: /外 部 接 口Point(int xx=0, int yy=0) X=xx;Y=yy;int GetX() return X;int GetY()

24、 return Y;friend float Distance(Point private: /私 有 数 据 成 员int X,Y; ; 友 元 double Distance( Point double dy=a.Y-b.Y; return sqrt(dx*dx+dy*dy);int main() Point p1(3.0, 5.0), p2(4.0, 6.0); double d=Distance(p1, p2); coutThe distance is dendl; return 0; 36 C+语言程序设计清华大学 郑莉 37 友元类l 若 一 个 类 为 另 一 个 类 的 友 元

25、 ， 则 此 类的 所 有 成 员 都 能 访 问 对 方 类 的 私 有 成员 。l 声 明 语 法 ： 将 友 元 类 名 在 另 一 个 类 中使 用 friend修 饰 说 明 。 友 元 C+语言程序设计清华大学 郑莉 38 友元类举例class A friend class B; public: void Display() coutxendl; private: int x;class B public: void Set(int i); void Display(); private: A a; 友 元 void B:Set(int i) a.x=i;void B:Displa

26、y() a.Display(); 39 C+语言程序设计清华大学 郑莉 40 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 、 保 护 数 据 。 C+语言程序设计清华大学 郑莉 41 常类型 常 类 型 的 对 象 必 须 进 行 初 始 化 ， 而 且 不 能被 更 新 。l 常 引 用 ： 被 引 用 的 对 象 不 能 被 更 新 。const 类 型 说 明 符 void display(const doublein

27、t main() double d(9.5); display(d); return 0;void display(const double 共享数据的保护 C+语言程序设计清华大学 郑莉 43 常对象举例class A public: A(int i,int j) x=i; y=j; . private: int x,y;A const a(3,4); /a是 常 对 象 ， 不 能 被 更 新 共享数据的保护 C+语言程序设计清华大学 郑莉 44 用const修饰的对象成员l 常 成 员 函 数 使 用 const关 键 字 说 明 的 函 数 。 常 成 员 函 数 不 更 新 对 象

28、的 数 据 成 员 。 常 成 员 函 数 说 明 格 式 ：类 型 说 明 符 函 数 名 （ 参 数 表 ） const;这 里 ， const是 函 数 类 型 的 一 个 组 成 部 分 ，因 此 在 实 现 部 分 也 要 带 const关 键 字 。 const关 键 字 可 以 被 用 于 参 与 对 重 载 函 数 的区 分l 通 过 常 对 象 只 能 调 用 它 的 常 成 员 函 数 。l 常 数 据 成 员 使 用 const说 明 的 数 据 成 员 。 共享数据的保护 C+语言程序设计清华大学 郑莉 45 例5-8 常成员函数举例#includeusing name

29、space std;class R public: R(int r1, int r2)R1=r1;R2=r2; void print(); void print() const; private: int R1,R2; 共享数据的保护 void R:print() coutR1:R2endl;void R:print() const coutR1;R2endl;void main() R a(5,4); a.print(); /调 用 void print() const R b(20,52); b.print(); /调 用 void print() const 46 C+语言程序设计清华大

30、学 郑莉 47 例5-9 常数据成员举例#includeusing namespace std;class Apublic:A(int i);void print();const intprivate:const int a;static const int b; /静 态 常 数 据 成 员; 共享数据的保护 const int A:b=10; A:A(int i):a(i),r(a) void A:print() couta:b:rendl; void main()/*建 立 对 象 a和 b， 并 以 100和 0作 为 初 值 ， 分 别 调 用 构 造函 数 ， 通 过 构 造 函

31、数 的 初 始 化 列 表 给 对 象 的 常 数 据 成员 赋 初 值 */ A a1(100),a2(0); a1.print(); a2.print(); 48 C+语言程序设计清华大学 郑莉 49 编译预处理命令l#include 包 含 指 令 将 一 个 源 文 件 嵌 入 到 当 前 源 文 件 中 该 点 处 。#include l按 标 准 方 式 搜 索 ， 文 件 位 于 C+系 统 目 录 的 include子目 录 下#include文 件 名 l首 先 在 当 前 目 录 中 搜 索 ， 若 没 有 ， 再 按 标 准 方 式 搜 索 。l#define 宏 定 义

32、 指 令 定 义 符 号 常 量 ， 很 多 情 况 下 已 被 const定 义 语 句取 代 。 定 义 带 参 数 宏 ， 已 被 内 联 函 数 取 代 。l#undef 删 除 由 #define定 义 的 宏 ， 使 之 不 再 起 作 用 。 C+语言程序设计清华大学 郑莉 50 条件编译指令 #if 和 #endif#if 常 量 表 达 式 /当 “ 常 量 表 达 式 ” 非 零 时 编 译 程 序 正 文 #endif. 编译预处理命令 C+语言程序设计清华大学 郑莉 51 条件编译指令#else #if 常 量 表 达 式 /当 “ 常 量 表 达 式 ” 非 零 时

33、编 译 程 序 正 文 1#else /当 “ 常 量 表 达 式 ” 为 零 时 编 译 程 序 正 文 2#endif 编译预处理命令 C+语言程序设计清华大学 郑莉 52 条件编译指令 #elif#if 常 量 表 达 式 1 程 序 正 文 1 /当 “ 常 量 表 达 式 1”非 零 时 编 译#elif 常 量 表 达 式 2 程 序 正 文 2 /当 “ 常 量 表 达 式 2”非 零 时 编 译#else 程 序 正 文 3 /其 它 情 况 下 编 译#endif 编译预处理命令 C+语言程序设计清华大学 郑莉 53 条件编译指令#ifdef 标 识 符 程 序 段 1#el

34、se 程 序 段 2#endif如 果 “ 标 识 符 ” 经 #defined定 义 过 ， 且未 经 undef删 除 ， 则 编 译 程 序 段 1， 否 则编 译 程 序 段 2。 编译预处理命令 C+语言程序设计清华大学 郑莉 54 条件编译指令#ifndef 标 识 符 程 序 段 1#else 程 序 段 2#endif如 果 “ 标 识 符 ” 未 被 定 义 过 ， 则 编 译 程序 段 1， 否 则 编 译 程 序 段 2。 编译预处理命令 C+语言程序设计清华大学 郑莉 55 多文件结构（例5-10）l 一 个 源 程 序 可 以 划 分 为 多 个 源 文 件 ： 类

35、声 明 文 件 （ .h文 件 ） 类 实 现 文 件 （ .cpp文 件 ） 类 的 使 用 文 件 （ main()所 在 的 .cpp文 件 ）l 利 用 工 程 来 组 合 各 个 文 件 。 C+语言程序设计清华大学 郑莉 56 不使用条件编译的头文件/main.cpp#include file1.h#include file2.hvoid main() /file1.h#include head.h /file2.h#include head.h /head.h class Point 多文件结构 C+语言程序设计清华大学 郑莉 57 使用条件编译的头文件/head.h#ifndef HEAD_H #define HEAD_H class Point #endif 多文件结构