C++ 类和对象基础

结构化程序设计

结构化程序设计的概念：是进行以**模块 (opens new window)**功能和处理过程设计为主的详细设计 (opens new window)的基本原则。结构化程序设计是面向过程程序设计的一个子集，它对写入的程序使用逻辑结构，使得理解和修改更有效更容易。

结构化程序设计的基本结构：

​ 结构化程序是由若干个基本结构组合而成，每一个结构可以包含若干条语句和其他基本结构。结构化程序设计中包含三种基本的结构：顺序结构、选择结构和循环结构。

• 顺序结构：表示程序中的各操作是按照它们出现的先后线性，有序地执行。顺序结构的程序又称简单程序，这种结构的程序是顺序执行的，无分支，无转移，无循环，程序本身的逻辑很简单，它只依赖于计算机能够顺序执行指令的特点，依次执行个语句模块。
• 选择结构：表示程序的处理步骤出现了分支，它需要根据某一特定的条件选择其中的一个分支执行，选择结构有单选择、双选择和多选择三种形式。
• 循环结构：循环结构表示程序反复执行某个或某些操作，直到某条件为假（或为真）时才可终止循环。在循环结构中最主要的是：什么情况下执行循环？哪些操作需要循环执行？循环结构的基本形式有两种：当型循环和直到型循环。

结构化程序设计的不足：随着程序规模的扩大，难以理解、难以扩充、难以查错、难以重用。

• 在结构化程序设计中，函数和其所操纵的数据结构没有直观的联系。
• 程序理解难度与程序规模正相关：随着程序规模的增加，函数与被操作的数据结构之间的关系难以理解；函数之间的调用关系难以理解。
• 程序维护和扩充难度大：在结构化程序设计中没有封装和隐藏的概念，使得数据结构的变量都可以被直接访问，一旦发生改动，要修改所有变量访问语句。
• 错误发现难度大：数据结构和函数之间的复杂关系使得当数据结构中值出错时，难以找到发生错误的函数。
• 代码可重用率低：随着程序规模的扩大，由于函数和变量之间错综复杂的关系，很难抽取出整块代码进行重用。

面向对象的程序设计

面向对象的程序设计方法：客观事物的抽象过程

• 归纳客观事物的属性：将某类客观事物的共同特点归纳出来，形成一个数据结构，可以用多个变量描述事物的属性。
• 归纳客观事物的行为：将该类客观事物所能进行的行为也归纳出来，形成多个函数，这些函数可以用来操作数据结构。

面向对象程序设计的封装：通过某种语法形式，将客观事物抽象的数据结构和对应操作的函数捆绑在一起，形成一个类 (class)，从而使得数据结构和操作函数呈现出清晰的关系，这称为封装。

面向对象程序设计的四个特点：抽象、封装、继承、多态

抽象出类的一个简单例子：计算矩形的周长和面积

矩形的属性：长和宽，可以用两个变量表示

矩形的行为：1. 设置长和宽的值 2. 计算周长 3. 计算面积 这三种行为可以分别使用一个函数来实现

矩形类：将上述矩形属性和行为封装在一起就形成了一个矩形类，长、宽变量称为该类的成员变量，三个函数称为该类的成员函数

class Rectangle{
    public:
    	int width, height;
    	void Init(int width_, int height_){
            width = width_;
            height = height_;
        }
    	int Area(){
            return width * height;
        }
    	int Perimeter(){
            return 2*(width + height);
        }
};

通过类定义对象：C++ 中类的名字就是用户自定义类型的名字，使用方式和基本数据类型一样，通过类定义出来的变量，也成为类的实例即为对象。

int main(){
    int w,h;
    Rectangle rec; // 声明一个对象 rec
    cin >> w >> h;
    rec.Init(w,h);
    cout << rec.Area() << endl << rec.Perimeter();
    
    // 用指针访问对象成员
    Rectangle r1, r2;
    Rectangle* p1 = &r1;
    Rectangle* p2 = &r2;
    p1->w = 6;
    p2->Init(5,4);
    
    // 用引用访问对象成员
    Rectangle r3;
    Rectangle &rr = r3;
    rr.w = 6;
    rr.Init(5,4);
    return 0;
}

对象的内存空间分配：对象所占用的内存空间大小等于所有成员变量的大小之和，成员函数不占用对象的内存空间，类的成员函数被所有对象共享。

类的定义

类的成员函数和类的定义分开：

class Rectangle{
    public:
    	int width, height;
    	void Init(int width_, int height_){
            width = width_;
            height = height_;
        }
    	int Area();
    	int Perimeter();
};

// :: 声明函数属于类成员
int Rectangle::Area(){
    return width * height;
}

int Rectangle::Perimeter(){
    return 2 *(width + height);
}

类成员的可访问范围：

​ 在类的定义中，用关键字说明类成员可被访问的范围：

• private： 私有成员，可以被该类中的函数、友元函数访问，但不可以由子类的函数、该类的对象、访问；
  • 如果声明不写 public、protected、private，则默认为 private；
  • 私有成员机制称为隐藏：目的在于强制对成员变量的访问一定要通过成员函数进行，这种机制使得在成员变量修改时，可以将修改范围缩小在成员函数中，而不需要修改整个项目中所有的成员变量访问语句。
• public：公有成员，可以被该类中的函数、子类的函数、友元函数访问，也可以由该类的对象访问；
• protected：保护成员，可以被该类中的函数、子类的函数、友元函数访问，但不可以由该类的对象访问；

class Employee{
    private:
    	char szName[30];
    public:
    	int salary;
    	int setName(char* name);
    	int getName(char* name);
    	void averageSalary(Employee e1, Employee e2);
};

int Employee::setName(char* name){
    strcpy(szName, name);
}

int Employee::getName(char* name){
    strcpy(name,szName);
}

void Employee::averageSalary(Employee e1, Employee e2){
    cout << e1.szName;
    salary = (e1.salary + e2.salary) / 2;
}

int main(){
    Employee e;
    strcpy(e.szName, "Tom"); // 错误语句，szName是私有的，无法在类外访问
    e.setName("Tom");
    e.salary = 1000; // salary是公有的，可以类外访问
    return 0;
}

成员函数的重载与参数缺省：和普通函数一样，类的成员函数也是可以重载和进行参数缺省的，但是要注意避免二义性，详情参考从 C 到 C++：03 C++的函数 (opens new window) 。

Reference

结构化程序设计 (opens new window)

C++类成员的三种访问权限 (opens new window)