「c 技術」第7章 面向物件的程式設計

本章要點：

面向物件的基本概念

類的定義與物件的宣告

建構函式和解構函式

類的靜態成員和例項成員

方法過載及運算子過載的程式設計實現

類的繼承與多型性的程式設計實現

類的屬性的實現

7。1 循序漸進學理論

7。1。1 面向物件程式設計概述

1．面向物件程式設計的由來

面向物件的程式設計是一種基於結構分析的、以資料為中心的程式設計方法。面向物件的程式設計方法總體思路是：將資料及處理這些資料的操作都封裝（Encapsulation）到一個稱為類（Class）的資料結構中，在程式中使用的是類的例項——物件。物件是程式碼與資料的集合，是封裝好了的一個整體，物件具有一定的功能。也就是說物件是具有一定功能的程式實體。程式是由一個個物件構成的，物件之間透過一定的“相互操作”傳遞訊息，在訊息的作用下，完成特定的功能。

2．面向物件程式設計的基本概念

（1）類和物件

通常把具有同樣性質和功能的東西所構成的集合叫作類。

（2）屬性、方法與事件

屬性是物件的狀態和特點。

方法是物件能夠執行的一些操作，它體現了物件的功能。

事件是物件能夠識別和響應的某些操作。

（3）封裝

所謂的封裝，就是將用來描述客觀事物的一組資料和操作組裝在一起，形成一個類。

（4）繼承

類之間除了有相互交流或訪問的關係以外，還可能存在著一種特殊的關係，這就是繼承。在VisualC#中只支援單繼承，即一個派生類只能有一個基類。

（5）過載

過載指的是方法名稱一樣，但如果引數不同，就會有不同的具體實現。過載主要有兩類：方法過載及運算子過載。

（6）多型性

所謂多型性就是在程式執行時，面向物件的語言會自動判斷物件的派生型別，並呼叫相應的方法。

7。1。2 類和物件的宣告

1．類的宣告

［格式］：［類修飾符］class 類名［：基類類名］

{

成員定義列表；

}

【例7-1】定義一個Student類，用來對學生的資訊和功能進行描述。假設學生具有學號、姓名、年齡、性別、平均成績等特徵，並且具有設定學生特徵和顯示學生特徵的功能。

2．物件的宣告

［格式］：類名 例項名=new類名（［引數］）；3．類的成員

（1）類成員的分類

類的具體成員如下。

常量：用來定義與類相關的常量值。

欄位：類中的變數，相當於C++中的成員變數。

型別：用來定義只能在類中使用的區域性型別。

方法：完成類中各種計算或功能的操作。

屬性：定義類的特徵，並對它們提供讀、寫操作。

事件：由類產生的通知，用於說明發生了什麼事情。

索引器：允許程式設計人員在訪問陣列時，透過索引器訪問類的多個例項。又稱下標指示器。

運算子：定義類的例項能使用的運算子。

建構函式：在類被例項化時首先執行的函式，主要是完成物件初始化操作。

解構函式：在物件被銷燬之前最後執行的函式，主要是完成物件結束時的收尾操作。

（2）類成員的可訪問性

在編寫程式時，可以對類的成員使用不同的訪問修飾符，從而定義它們的訪問級別，即類成員的可訪問性（Accessibility）。

在C#中，根據類成員的可訪問性可以把類成員分成四類，分別是公有成員（public）、私有成員（private）、保護成員（protected）、內部成員（internal）。

（3）類的靜態成員和例項成員

類的成員又可以分成靜態成員和非靜態成員。在宣告成員時，如果在語句前加上static保留字，則該成員是靜態成員，如果沒有static保留字，則成員是非靜態成員。二者最重要的區別是：靜態成員屬於類所有，非靜態成員屬於類的例項所有，所以又稱例項成員。

7。1。3 類的建構函式和解構函式

1．建構函式

建構函式主要用來為物件分配儲存空間，完成初始化操作（如給類的成員變數賦值等）。在C#中，類的建構函式遵循以下規定。

（1）建構函式的函式名和類的名稱一樣。

（2）當某個類沒有建構函式時，系統將自動為其建立建構函式，這種建構函式稱為預設建構函式。如例7-2中預設的建構函式為：

Example1（）

{

}；

（3）建構函式的訪問修飾符總是public。如果是private，則表示這個類不能被例項化，這通常用於只含有靜態成員的類中。

（4）建構函式由於不需要顯式呼叫，因而不用宣告返回型別。

（5）建構函式可以帶引數也可以不帶引數。

2．解構函式

解構函式在物件銷燬時被呼叫，常用來釋放物件佔用的儲存空間。解構函式具有以下特點。

（1）解構函式不能帶有引數。

（2）解構函式不能擁有訪問修飾符。

（3）不能顯式地呼叫解構函式。

（4）解構函式的命名規則是在類名前加上一個“~”號。如上例的Example1類的解構函式為：

~Example1（）

{

}；

（5）解構函式在物件銷燬時自動呼叫。

【例7-3】 類的建構函式和解構函式的演示。（程式程式碼詳見例7-3）［執行結果］

7。1。4 類的方法及方法的過載

1．方法的定義

［格式］：［方法修飾符］ 返回值型別 方法名（［引數列表］）

{ 方法實現部分；

}

2．靜態方法和非靜態方法

對於靜態方法和非靜態方法，只需抓住以下幾點：（1）靜態方法屬於類所有，非靜態方法屬於類定義的物件所有；（2）非靜態方法可以訪問類中包括靜態成員在內的所有成員，而靜態方法只能訪問類中的靜態成員。

【例7-4】 靜態方法和動態方法的演示。請觀察並分析下列程式的執行結果。（程式程式碼詳見例7-4）

［執行結果］

3．引數陣列

關於引數陣列，需掌握以下幾點。

（1）若形參表中含一個引數陣列，則該引數陣列必須位於形參列表的最後；

（2）引數陣列必須是一維陣列；

（3）不允許將params修飾符與ref和out修飾符組合起來使用；

（4）與引數陣列對應的實參可以是同一型別的陣列名，也可以是任意多個與該陣列的元素屬於同一型別的變數；

（5）若實參是陣列則按引用傳遞，若實參是變數或表示式則按值傳遞。

【例7-5】 引數陣列的演示。請觀察並分析下列程式的執行結果。（程式程式碼詳見例7-5）

［執行結果］

4．方法的過載

方法過載是指同樣的一個方法名，有多種不同的實現方法。方法過載的格式是在一個類中兩次或多次定義同名的方法，這些同名的方法包括從基類繼承而來的方法，這些方法名稱相同，但每個方法的引數型別或個數不同，從而便於在使用者呼叫方法時系統能夠自動識別應呼叫的方法。

【例7-6】 方法過載的演示。請觀察並分析下列程式的執行結果。（程式程式碼詳見例7-6）

［執行結果］

7。1。5 運算子過載

在C#中，運算子過載在類中進行宣告，宣告的格式如下。

［格式］：返回值型別 operator 運算子（運算物件列表）

{

過載的實現部分；

}；

在C#中，可以過載的運算子主要有：

+ - ！ ～ ++ —— true false

* / % & | ^ << >> == ！= < > <= >=

不能過載的運算子有： ．

= && || ？： new typeof sizeof is

【例7-7】 運算子過載的演示。請觀察並分析下列程式的執行結果。（程式程式碼詳見例7-7）

［執行結果］

7。1。6 域與屬性

1．域

域又稱欄位，它是類的一個成員，這個成員代表與物件或類相關的變數。域的定義格式如下。

［格式］：［域修飾符］ 域型別 域名；

【例7-8】 域的演示。請觀察並分析下列程式的執行結果。（程式程式碼詳見例7-8）

［執行結果］

2．屬性

屬性是對現實世界中實體特徵的抽象，它提供了一種對類或物件特性進行訪問的機制。屬性的宣告格式如下。

［格式］：［屬性修飾符］ 型別說明符 屬性名 {訪問宣告}【例7-9】 屬性的演示。請觀察並分析下列程式的執行結果。（程式程式碼詳見例7-9）

［執行結果］

7。1。7 this關鍵字

this關鍵字用來引用類的當前例項，成員透過this關鍵字可以知道自己屬於哪一個例項。this關鍵字只能用在類的建構函式、類的例項方法中，在其它地方（如靜態方法中）使用this關鍵字均是錯誤的。

7。1。8 類的繼承

繼承是面向物件程式設計中實現程式碼重用的重要機制之一，它起源於現實世界中事物之間的聯絡。

類的繼承的基本格式與功能如下。

［格式］：

class 派生類類名：基類類名

{ 成員宣告列表；

}

【例7-10】 類繼承的演示。請觀察並分析下列程式的執行結果。（程式程式碼詳見例7-10）

［執行結果］

7。1。9 多型性

多型性是指同一操作作用於不同類的例項，這些類對它進行不同的解釋，從而產生不同的執行結果的現象。在C#中有兩種多型性：編譯時的多型性和執行時的多型性。

執行時的多型性是透過繼承和虛成員來實現的。執行時的多型性是指系統在編譯時不確定選用哪個過載方法，而是直到程式執行時，才根據實際情況決定採用哪個過載方法。

編譯時的多型性具有執行速度快的特點，而執行時的多型性則具有極大的靈活性。

【例7-11】 虛擬函式與多型性的演示。請觀察並分析下列程式的執行結果。（程式程式碼詳見例7-11）

［執行結果］

7。1。10 密封類與抽象類

把一個類宣告為密封類的原因是為了防止該類被其它類繼承，密封類的宣告方法是在類名前加上sealed修飾符。

抽象類表示一種抽象的概念，一般用於為派生類提供公共介面。在宣告類時，在類名前有abstract修飾符則表示該類為抽象類。抽象類只能作為其他類的基類，不能被例項化，在抽象類中可以包含抽象方法和抽象訪問器。

7。2 典型例項練能力

7。2。1 典型例項一：Time類的建立與演示【例項題目】

編寫一個名為Time1的類，該類能夠存放時間資訊，並且具有設定時間和顯示時間的功能。然後程式設計對該類進行測試。測試介面如圖7-1所示。

7。2。2 典型例項二：複數“*”運算及複數值設定的實現

【例項題目】

編寫一個複數類，該複數類具有以下功能：（1）乘法運算的功能。如a和b分別是該複數類的兩個例項，則可以進行a*b的運算，運算結果是一個複數，該複數是複數a和複數b的乘積。（2）對複數值進行設定的功能，有兩種設定方法，分別對複數的實部（虛部為0）進行設定、對複數的實部和虛部同時進行設定。然後程式設計進行驗證。驗證介面如圖7-2所示。

7。3 上機練習重應用

7。3。1 上機練習一：棧模型的實現

【練習題目】

棧是一種重要的資料結構，在記憶體中佔用連續的儲存單元。棧有兩個端點，固定的棧底和浮動的棧頂。為指示棧頂位置還應設一個指示成員變數（稱為棧頂指示器）。棧有兩種基本操作：push（壓棧）和pop（出棧），壓棧是向棧頂位置寫入一個元素，然後使棧頂指示器加1，出棧是先使棧頂指示器減1，再把該位置的元素讀出來。棧及其操作模型如圖7-3所示，sp代表棧頂指示器。請程式設計實現棧的模型並對之進行測試，測試的介面如圖7-4所示。

7。3。2 上機練習二：從shape類派生出Rectangle、Circle等具體形狀類

【練習題目】

定義一個shape抽象類，利用它作為基類派生出Rectangle、Circle等具體形狀類，已知具體形狀類均具有兩個方法GetArea和GetPerim，分別用來求形狀的面積和周長。最後編寫一個測試程式對產生的類的功能進行驗證，驗證程式的執行介面如圖7-5所示。