C++高级程序设计教程_张娜_9787302470533

C++高级程序设计教程

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丛书名：21世纪高等学校规划教材

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    本书系统地讲解了C++的语法规则, 重点介绍了面向对象程序设计方法。全书分为10章, 包括C++编程简介、C++语言的基础知识、C++在非面向对象方面的常用新特性、类和对象、关于类和对象的进一步讨论、运算符的重载、类的继承与派生、多态性和虚函数, 以及模板、字符串和异常, C++的输入与输出。

　　C++语言是一种面向对象的编程语言，它是当今最主流的面向对象编程语言之一，它的功能很强大，很容易被人们理解和接受。目前，大多数高校计算机专业和IT培训学校都将C++作为基础的教学内容之一，这对于培养学生的基础编程能力具有非常重要的意义。

　　本书从教学的实际需求出发，结合初学者的认知规律，由浅入深、循序渐进地讲解了与C++程序设计相关的知识，重点讲解了C++面向对象的编程知识，并将C++语言知识和使用的示例有机结合起来，使知识和示例相辅相成，既有利于读者学习知识，又有利于指导读者实践，有效地强化了实践教学。具体来讲，本书具有以下特色：

　　（1）本书中的所有实例程序都是完整的，通过Visual Studio C++调试，能够在Windows XP、Windows 7系统下编译和运行。

　　（2）结合大量直观的示例来讲解各部分的内容，提供了程序设计实现的具体步骤，使初学者快速掌握C++的编程方法，体会C++的简单易学。

　　（3）本书的结构完整，根据循序渐进的认知规律设计各章节的内容。

　　（4）每章都配有学习目标、综合实例、本章小结和习题，可以帮助读者巩固所学的知识点，锻炼读者的实际动手能力。

　　全书分为10章，各章的基本内容如下。

　　第1章：介绍了面向对象的方法及其基本概念、C和C++的关系、C++程序的编写和实现，概括地说明了Visual Studio 2010集成开发环境，并以示例使读者熟悉开发C++程序的几种操作过程。

　　第2章：对C++语言的基础知识进行了介绍，包括标识符与关键字、常量与变量、运算符与表达式、语句及其流程控制、函数、构造数据类型、指针、数组与指针的关系、结构体与共用体，旨在使读者对C++语言有一个初步认识，为全书的学习打下基础，也为之前学过C语言的同学对C++语言中的C语言知识做一个简单的复习总结。

　　第3章：讲解了C++在非面向对象方面的常用新特性，主要讲解与C语言的不同，包括简单的C++输入与输出、用const定义常量、函数的重载、有默认参数的函数、引用、动态分配内存、布尔类型、函数原型、作用域运算符、内置函数以及C++的注释，目的是在第2章的基础上引入C++在非面向对象方面的新特性。

　　第4章：介绍了面向对象的概念、类、对象的创建、类的成员函数、对象成员的引用、构造函数、析构函数、对象数组、对象指针、对象成员、对象创建时内存的动态分配。

　　第5章：关于类和对象的进一步讨论，主要讲解了类的封装性、作用域和可见性、类的静态成员、友元、类模板、结构体和类、联合体和类、共享数据的保护。

　　第6章：讲解了运算符的重载，主要包括运算符重载的一般概念、重载运算符的实现，以及单目运算符、双目运算符和特殊运算符的重载。

　　第7章：类的继承与派生，主要包括继承与派生的概念、单继承、继承中的构造函数与析构函数、多继承与虚基类等。

　　第8章：多态性和虚函数，主要讲解C++多态的概念、虚函数、虚析构函数、纯虚函数和抽象类。

　　第9章：模板、字符串和异常，详细介绍C++函数模板、模板类、C++模板中的函数式参数；详细描述C++ 中的string类和字符串，string字符串的访问和拼接，string字符串的增、删、改、查等操作；介绍了C++异常处理、用throw抛出异常和C++中的exception类。

　　第10章：详细介绍了C++的输入与输出，不仅介绍了C++输入输出的概念，而且详细讲解了与C++输入输出有关的类和对象、标准的输出流、C++格式化输出，并在本章的最后几节介绍了文件的概念、文件流类与文件流对象、文件的打开与关闭、对ASCII文件和二进制文件的读写操作以及对字符串流的读写操作。

　　本书由张娜编著，作为编者，虽有多年的程序设计语言教学经验和工程实践经验，但也深知在这一领域仍有许多知识尚未融会贯通并正确使用，尽管在编写过程中参考了多部相关教材和参考书，也和学生进行了深入交流，但由于编者水平有限，书中难免存在一些疏漏和不足之处，敬请广大读者批评指正。

　　编者

　　2017年5月

　　第5章关于类和对象的进一步讨论

　　本章学习目标：

　　掌握类的封装性概念；

　　掌握作用域与可见性；

　　理解并会用友元；

　　理解模板的概念。

　　5.1类的封装性

　　5.1.1公用接口与私有实现的分离

　　C++的封装性是把数据和有关这些数据的操作封装在一个类中，或者说类的作用是把数据和算法封装在用户声明的抽象数据类型中。

　　实际上，用户往往并不关心类的内部是如何实现的，而只需知道调用哪个函数会得到什么结果，或者能实现什么功能。类似于电视机类，用户只需知道如何用，而不用去关心它内部的电路板是如何工作的。所以在声明了一个类以后，用户主要通过调用公有的成员函数来实现类提供的功能(例如对数据成员设置值、显示数据成员的值、对数据进行加工等)。因此，公有成员函数是用户使用类的公有接口(public interface)，或者说是类的对外接口。

　　当然并不是必须要把所有成员函数都指定为public(公有)的，如果指定为private，这时这些成员函数就不是公有接口了。

　　在类中被操作的数据是私有的，实现的细节对用户来说是隐蔽的，这种实现称为私有实现(private implementation)。这种“类的公有接口与私有实现的分离”形成了信息隐蔽。在类外虽然不能直接访问私有数据成员，但可以通过调用公有成员函数来引用甚至修改私有数据成员。

　　软件工程的一个最基本的原则就是将接口与实现分离，信息隐蔽是软件工程中的一个非常重要的概念。它的好处如下：

　　(1) 如果想修改或扩充类的功能，只需修改本类中有关的数据成员和与它有关的成员函数，程序中类外的部分不必修改。

　　(2) 如果在编译时发现类中的数据读写有错，不必检查整个程序，只需检查本类中访问这些数据的少数成员函数。

　　5.1.2类声明和成员函数定义的分离

　　1. 类声明和成员函数分离的一般做法

　　在面向对象的程序开发中，一般做法是将类的声明(其中包含成员函数的声明)放在指定的头文件中，如果用户想用该类，只要把有关的头文件包含进来即可。

　　由于在头文件中包含了类的声明，因此在程序中就可以用该类来定义对象。由于在类体中包含了对成员函数的声明，在程序中就可以调用这些对象的公有成员函数。

　　为了实现信息隐蔽，对类成员函数的定义一般不放在头文件中，而放在另一个文件中。

　　【例5.1】类声明和成员函数定义分离的例子。

　　可以分别写两个文件student.h和student.cpp，为了组成一个完整的源程序，还应当包括主函数的源文件main.h。其编译环境的解决方案资源管理器如图5.1所示。