C++面向对象程序设计 Object Oriented Programming in C++

1. 课程要求

• 掌握面向对象程序设计(OOP)的思想和方法
  • 封装Encapsulation, Abstraction
  • 继承Inheritance
  • 多态Polymorphism
• 掌握用C++进行面向对象程序设计
  • 改进的C语言——实现更好的面向过程设计
  • 类class——实现封装、继承、多态的基础
  • 继承——实现多态的基础
  • 虚函数virtual function——实现多态的唯一手段
  • 运算符重载operator overload——实现自定义类型的途径

2. 课时

• 面向对象与C++概述 2
• 改进的C语言 4
• 类 6
• 继承 4
• 多态 6
• 运算符重载 4
• 输入输出流 4

3. 基础知识

• C语言程序设计是必须的
  • 基本类型、运算符、表达式
  • 控制结构
  • 函数
  • 数组、指针
  • 结构体
  • 输入输出库
• 其他程序设计语言也是有帮助的（Java、C#、Delphi、Python等）

4. 参考书

• 《Essential C++中文版》，Stanley Lippman
• 《C++编程思想》第二版，Bruce Eckel
• 《C++ Primer中文版》，Stanley Lippman
• 《The C++ Programming Language Special 3rd Edition》，Bjarne Stroustrup

• 《The C Programming Language第二版》，K&R

5. 如何学习C++和面向对象编程

• 多看书（需要多看参考书）
• 上机编程（实验、大作业）
• 讨论（与同学老师讨论，在网上论坛、讨论组讨论）

6. 结构化的程序设计

• C语言程序设计是典型的面向过程程序设计
• 支持顺序、循环、分支结构
• 基本模块是函数
• 采用自顶向下的设计方法

缺点：

• 旧代码不易重用
• 软件不易维护，需求变化时，程序修改困难

7. 面向对象程序设计基本原理

• 面向对象程序设计的思路和人们日常生活中处理问题的思路相似
  • 一个复杂的事物总是有很多部分组成的，比如一辆汽车由发动机、底盘、车身、轮子等等部件组成。
  • 人们操作事物的接口而不用关心其构造，比如开车的人只用关心方向盘、油门、刹车等汽车所提供的操作接口。
• 基本概念
  • 对象：任何事物都是对象
  • 属性：对象的静态特征
  • 行为：对象的动态特征
  • 消息：指示对象作出某种行为
  • 封装：把对象内部实现和操作接口分开
  • 抽象：对各种对象进行分类
  • 继承：分类的层次结构
  • 多态：对于不同类型的对象，可以对同一个消息作出不同的反应。

8. 面向对象的三个特点

• 封装：构造软件集成块
  • 所有的东西都是“对象”
  • 对具体对象进行概括，描述其公共性质，抽象成“类”
  • 同类的不同对象“属性”不同
  • 同类对象具有相同的“方法”
  • 对象是“属性”和“方法”相结合的整体
  • 对象是“数据”和“算法”相结合的整体
  • 只留接口，隐藏实现
• 继承：扩展已有集成块
  • 类与类之间Is-a的关系
  • 重用共同的东西
  • 增加接口，实现独特的东西
• 多态：同样的操作，不同的结果
  • 相同的方法，作用在不同类型的对象上，产生不同的结果
  • 用相同的方法操纵不同的对象

9. 面向对象程序设计的作用

• 更多模块化单位，更好的组织程序
• 更容易重用旧代码
• 有更多更好的程序库
• 更容易应付需求变化

总之：得到更高的软件开发效率

10. 计算机语言的发展

• 机器语言 由01构成的机器指令
• 汇编语言 用符号代替机器指令帮助记忆，与机器指令一一对应
• 高级语言 与人类思维方式更接近，与底层无关

11. 程序设计范式

• 无范式：最初的ForTran，最初的BASIC等早期高级语言

• 结构化程序设计Structured Programming：PASCAL，C等
• 函数式程序设计Functional Programming：Lisp, Scheme, Haskell等

• 面向对象程序设计Object Oriented Programming：SmallTalk, Java, C#等

• 泛型程序设计General Programming：C++, Java1.5等
• 其他范式：AOP, DbC等

12. 程序执行方式

• 编译型：由编译器翻译成机器指令执行，比如C, FORTRAN等
• 解释型：由解释器逐条解释执行，比如BASIC, LISP等
• 混合型：由编译器翻译成中间代码，再由解释器逐条执行中间代码，比如Java, .net等

13. 为什么选择C++

• C++兼容C语言
  • C语言的程序员多
  • C语言的源代码多
  • 有C语言基础，较容易学习
• C++是通用的语言，在各种领域都可以使用
  • 桌面应用（Office, Photoshop, IE）
  • 服务器程序（Apache, IIS, ...）
  • 数据库系统（SQL Server, Oracle, ...）
  • 操作系统（Windows, ...）
  • 编译器（GCC, Microsoft C++, Borland C++, ...）

  • 嵌入式系统（VxWorks, Symbian OS, ...）

  • 游戏（Doom, Quake, Halflife, ...）
  • 科学计算
• 支持多种程序设计范式
  • 支持兼容C语言的结构化程序设计
  • 支持基于对象的程序设计
  • 支持面向对象程序设计
  • 支持泛型程序设计
• 运行效率很高
  • 与C语言相比，运行效率±10%
• 开发效率比较高
  • 有大量的C/C++库可以使用，提高了开发效率
  • wxWindows, QT, gtk+, MFC, boost, MTL, VXL, ACE, ……
• 跨平台较好
  • 支持源码级跨平台
  • 各种软件硬件平台均可使用（Windows、Linux、Unix、Solaris、MacOS、AIX……）
  • 支持各种硬件平台（x86、x86_64、ia64、alpha、arm、sparc、powerpc、m68k、mips）
• 标准开放，不为某个商业公司所有
• 缺点：非常复杂，较难学

14. C++语言的发展历史

• 80年代初贝尔实验室开始研究，主要作者是Bjarne Stroustrup
• 1983年第一个C++诞生
• 1985年The C++ Programming Language完成
• 1990年加入模板和异常特性
• 1990年The Annotated C++ Reference Manual完成
• 1993年加入名字空间和运行时类型特征
• 1998年C++标准完成

15. C++开发环境

• 编辑器——编辑源代码
• 编译器——将源代码变成可执行程序
• 调试器——消除程序中的错误

16. 常用集成开发环境

• vi/emacs + gcc + gdb （Unix平台通用，免费）
• Visual C++ 6/2003/2005（Windows下最好，价格昂贵，调试方便）
• Eclipse + CDT（跨平台，免费，支持多语言，用java写成，运行速度慢）
• Dev-C++（Windows平台，免费，调试不方便）

17. C++程序开发流程

• 分析设计Analyze and Design（需求，设计）
• 编码Code（得到c++源程序）
• 编译Compile（生成obj）
• 连接Link（生成可执行文件）
• 调试运行Debug
• 发布Deploy

The End