第五章数据的共享与保护.ppt

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1、第五章 数据的共享与保护,清华大学,目录,5.1 标识符的作用域与可见性5.2 对象的生存期5.3 类的静态成员5.4 类的友元5.5 共享数据的保护5.6 多文件结构和编译预处理命令5.7 综合实例个人银行账户管理程序5.8 深度探索5.9 小结,2,5.1.1 作用域函数原形的作用域,作用域是一个标识符在程序正文中有效的区域。函数原型中的参数，其作用域始于(，结束于)。例如，设有下列原型声明：double area(double radius);,3,5.1 标识符的作用域与可见性,radius 的作用域仅在于此，不能用于程序正文其他地方，因而可有可无。,局部作用域,函数的形参，在块中声明

2、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;cin b;if(b 0)int c;.,4,5.1 标识符的作用域与可见性 5.1.1 作用域,a的作用域,类作用域,类作用域作用于特定的成员名。类X的成员m具有类作用域，对m的访问方式如下：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ptr-M,5,5.1 标识符的作用域与可见性 5.1.1 作用域,文件作用域,不在前述各个作用域中出现的声明，就具有文件作用域，这样声明的标识符其作用域开始于声明点，结束于文件尾。,6,5

3、.1 标识符的作用域与可见性 5.1.1 作用域,/5_1.cpp#include using namespace std;int i;/全局变量，文件作用域int main()i=5;/为全局变量i赋值/子块1 int i;/局部变量，局部作用域 i=7;cout i=i endl;/输出7 cout“i=”i endl;/输出5 return 0;,运行结果：i=7i=5,5.1.2 可见性,可见性是从对标识符的引用的角度来谈的概念可见性表示从内层作用域向外层作用域“看”时能看见什么。如果标识在某处可见，则就可以在该处引用此标识符。,7,5.1 标识符的作用域与可见性,5.1.2 可见性（

4、续）,标识符应声明在先，引用在后。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。对于两个嵌套的作用域，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。,8,5.1 标识符的作用域与可见性,同一作用域中的同名标识符,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。重载的函数可以有相同的函数名。,9,5.1 标识符的作用域与可见性 5.1.2 可见性,5.2 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。,10,5.2.1 静态生存期,这种生

5、存期与程序的运行期相同。在文件作用域中声明的对象具有这种生存期。在函数内部声明静态生存期对象，要冠以关键字static。,11,5.2 对象的生存期,5.2.2 动态生存期,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）。开始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。,12,5.2 对象的生存期,例5-2 变量的生存期与可见性,#includeusing namespace std;int i=1;/i 为全局变量，具有静态生存期。void other()static int a=2;static int b;/a,b为静态局部变量，具有

6、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+=2;i+=32;c+=5;cout-OTHER-n;cout i:i a:a b:b c:cendl;b=a;,13,5.2 对象的生存期 5.2.2 动态生存期,int main()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;cout-MAIN-n;cout i:i a:a b:b c:cendl;c+=8;other();cout-MAIN-n;cout i:i a:a

7、 b:b c:cendl;i+=10;other();return 0;,14,5.2 对象的生存期 5.2.2 动态生存期,例5-2 续,运行结果：-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,例5-2（续）,5.2 对象的生存期 5.2.2 动态生存期,例 5-3 具有静态、动态生存期对象的时钟程序,#includeusing namespace std;class Clock/时钟类定义public:/外部接口Clock();/三个形参均具有函

8、数原型作用域void setTime(int newH,int newM,int newS);void showTime();private:/私有数据成员int hour,minute,second;,16,5.2 对象的生存期 5.2.2 动态生存期,Clock:Clock():hour(0),minute(0),second(0)/构造函数void Clock:setTime(int newH,int newM,int newS)/三个形参均具有局部作用域hour=newH;minute=newM;second=newS;void Clock:showTime()cout hour:mi

9、nute:second endl;,17,5.2 对象的生存期 5.2.2 动态生存期,例5-3 续,Clock globClock;/声明对象globClock，/具有静态生存期，文件作用域int main()/主函数cout First 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.showTi

10、me();/引用具有块作用域的对象return 0;,18,5.2 对象的生存期 5.2.2 动态生存期,例5-3 续,程序的运行结果为：First time output:0:0:0Second time output:8:30:30,例5-3（续）,5.2 对象的生存期 5.2.2 动态生存期,数据与函数,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。数据存储在全局对象中。将数据和使用数据的函数封装在类中。,使用全局对象,#includeint global;void f()global=5;void g()coutglobalendl;int main()f();g();/

11、输出“5”return 0;,数据与函数,将函数与数据封装,#includeclass Application public:void f();void g();private:int global;void Application:f()global=5;void Application:g()coutglobalendl;,int main()Application MyApp;MyApp.f();MyApp.g();return 0;,数据与函数,5.3.1 静态数据成员,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，静态数据成员具有静态生存期。必须在类外定义

12、和初始化，用(:)来指明所属的类。,23,5.3 类的静态成员,例5-4 具有静态数据成员的Point类,24,5.3 类的静态成员 5.3.1 静态数据成员,/5_4.cpp#include using namespace std;class Point/Point类定义public:/外部接口Point(int x=0,int y=0):x(x),y(y)/构造函数/在构造函数中对count累加，所有对象共同维护同一个countcount+;Point(Point,25,例5-4 静态成员举例,5.3 类的静态成员 5.3.1 静态数据成员,void showCount()/输出静态数据成

13、员cout Object count=count endl;private:/私有数据成员int x,y;static int count;/静态数据成员声明，用于记录点的个数;int Point:count=0;/静态数据成员定义和初始化，使用类名限定int main()/主函数Point a(4,5);/定义对象a，其构造函数回使count增1cout Point A:a.getX(),a.getY();a.showCount();/输出对象个数Point b(a);/定义对象b，其构造函数回使count增1cout Point B:b.getX(),b.getY();b.showCoun

14、t();/输出对象个数return 0;,26,例5-4 续,5.3 类的静态成员 5.3.1 静态数据成员,例5-4（续）,运行结果：Point A:4,5 Object count=1 Point B:4,5 Object count=2,27,5.3 类的静态成员 5.3.1 静态数据成员,5.3.2 静态函数成员,静态函数成员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。,28,5.3 类的静态成员,例5-5具有静态数据、函数成员的 Point类,29,5.3 类的静态成员 5.3.2 静态函数成员,静态成员函数举例,#

15、includeclass Application public:static void f();static void g();private:static int global;int Application:global=0;,void Application:f()global=5;void Application:g()coutglobalendl;int main()Application:f();Application:g();return 0;,静态成员,静态成员函数举例,class A public:static void f(A a);private:int x;void A

16、:f(A a)coutx;/对x的引用是错误的 couta.x;/正确,静态成员,/5_5.cpp#include using namespace std;class Point/Point类定义public:/外部接口Point(int x=0,int y=0):x(x),y(y)/构造函数/在构造函数中对count累加，所有对象共同维护同一个countcount+;Point(Point,32,5.3 类的静态成员 5.3.2 静态函数成员,例5-5 静态成员举例,private:/私有数据成员int x,y;static int count;/静态数据成员声明，用于记录点的个数;int

17、Point:count=0;/静态数据成员定义和初始化，使用类名限定int main()/主函数Point a(4,5);/定义对象a，其构造函数回使count增1cout Point A:a.getX(),a.getY();a.showCount();/输出对象个数Point b(a);/定义对象b，其构造函数回使count增1cout Point B:b.getX(),b.getY();Point:showCount();/输出对象个数return 0;,33,5.3 类的静态成员 5.3.2 静态函数成员,例5-5（续）,5.4 类的友元,友元是C+提供的一种破坏数据封装和数据隐藏的机制

18、。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。可以使用友元函数和友元类。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。,34,5.4.1 友元函数,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 private 和 protected成员作用：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。访问对象中的成员必须通过对象名。,35,5.4 类的友元,例5-6 使用友元函数计算两点间的距离,#include#include class Point/Point类声明public

19、:/外部接口Point(int x=0,int y=0):x(x),y(y)int getX()return x;int getY()return y;friend float dist(Point,36,5.4 类的友元 5.4.1 友元函数,例5-6（续）,float dist(Point,37,5.4 类的友元 5.4.1 友元函数,运行结果：The distance is:5,5.4.2 友元类,若一个类为另一个类的友元，则此类的所有成员都能访问对方类的私有成员。声明语法：将友元类名在另一个类中使用friend修饰说明。,38,5.4 类的友元,友元类举例,class A friend

20、 class B;public:void display()cout x endl;private:int x;class B public:void set(int i);void display();private:A a;,39,5.4 类的友元 5.4.2 友元类,void B:set(int i)a.x=i;void B:display()a.display();,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。,40,5.4 类的友元 5.4.2 友元类,5.5.1 常对象,常类型的对象必须进

21、行初始化，而且不能被更新。常对象：必须进行初始化,不能被更新。const 类名 对象名常引用：被引用的对象不能被更新。const 类型说明符&引用名常数组：数组元素不能被更新(下一章介绍)。类型说明符 const 数组名大小.常指针：指向常量的指针(下一章介绍)。,41,5.5 共享数据的保护,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,42,5.5 共享数据的保护 5.5.1 常对象,5.5.2用const修饰的对象成员,常成员函数使用const关键字说明的函数

22、。常成员函数不更新对象的数据成员。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通过常对象只能调用它的常成员函数。常数据成员使用const说明的数据成员。,43,5.5 共享数据的保护,例5-7 常成员函数举例,#includeusing namespace std;class R public:R(int r1,int r2):r1(r1),r2(r2)void print();void print()const;private:int r1,r2;,4

23、4,5.5 共享数据的保护 5.5.2 用const修饰的对象成员,例5-7（续）,void R:print()cout r1:r2 endl;void R:print()const cout r1;r2 endl;int main()R a(5,4);a.print();/调用void print()const R b(20,52);b.print();/调用void print()constreturn 0;,45,5.5 共享数据的保护 5.5.2 用const修饰的对象成员,运行结果：5:420;52,例5-8 常数据成员举例,#include using namespace std;

24、class A public:A(int i);void print();private:const int a;static const int b;/静态常数据成员;,46,5.5 共享数据的保护 5.5.2 用const修饰的对象成员,例5-8（续）,const int A:b=10;A:A(int i):a(i)void A:print()cout a:b endl;int 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();return

25、 0;,47,5.5 共享数据的保护 5.5.2 用const修饰的对象成员,运行结果：100:100:10,5.5.3 常引用,如果在声明引用时用const修饰，被声明的引用就是常引用。常引用所引用的对象不能被更新。如果用常引用做形参，便不会意外地发生对实参的更改。常引用的声明形式如下：const 类型说明符,48,5.5 共享数据的保护,例5-9 常引用作形参,#include#include using namespace std;class Point/Point类定义public:/外部接口Point(int x=0,int y=0):x(x),y(y)int getX()retur

26、n x;int getY()return y;friend float dist(const Point,49,5.5 共享数据的保护 5.5.3 常引用,例5-9（续）,float dist(const Point,50,5.5 共享数据的保护 5.5.3 常引用,5.6.4 编译预处理,#include 包含指令将一个源文件嵌入到当前源文件中该点处。#include 按标准方式搜索，文件位于C+系统目录的include子目录下#include文件名首先在当前目录中搜索，若没有，再按标准方式搜索。#define 宏定义指令定义符号常量，很多情况下已被const定义语句取代。定义带参数宏，已被

27、内联函数取代。#undef删除由#define定义的宏，使之不再起作用。,51,5.6多文件结构和编译预处理命令,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.,52,5.6多文件结构和编译预处理命令 5.6.4 编译预处理,条件编译指令#else,#if 常量表达式/当“常量表达式”非零时编译 程序正文1#else/当“常量表达式”为零时编译 程序正文2#endif,53,5.6多文件结构和编译预处理命令 5.6.4 编译预处理,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

28、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/其他情况下编译#endif,54,5.6多文件结构和编译预处理命令 5.6.4 编译预处理,条件编译指令（续）,#ifdef 标识符 程序段1#else 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。,55,5.6多文件结构和编译预处理命令 5.6.4 编译预处理,条件编译指令（续）,#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。,56,5.6多文件结构和编译预处理命令 5.6

29、.4 编译预处理,5.6.1 C+程序的一般组织结构,一个源程序可以划分为多个源文件：类声明文件（.h文件）类实现文件（.cpp文件）类的使用文件（main()所在的.cpp文件）利用工程来组合各个文件。,57,5.6多文件结构和编译预处理命令,例 5-10具有静态数据、函数成员的 Point类，多文件组织,/文件1，类的定义，Point.hclass Point/类的定义public:/外部接口Point(int x=0,int y=0):x(x),y(y)Point(const Point,58,5.6多文件结构和编译预处理命令 5.6.1 C+的一般组织结构,例 5-10（续）,/文件2

30、，类的实现，Point.cpp#include Point.h#include using namespace std;int Point:count=0;/使用类名初始化静态数据成员Point:Point(const Point,59,5.6多文件结构和编译预处理命令 5.6.1 C+的一般组织结构,例 5-10（续）,/文件3，主函数，5_10.cpp#include Point.h#include using namespace std;int main()Point a(4,5);/定义对象a，其构造函数回使count增1cout Point A:a.getX(),a.getY();P

31、oint:showCount();/输出对象个数Point b(a);/定义对象b，其构造函数回使count增1cout Point B:b.getX(),b.getY();Point:showCount();/输出对象个数return 0;,60,5.6多文件结构和编译预处理命令 5.6.1 C+的一般组织结构,例5-10（续）,61,5.6多文件结构和编译预处理命令 5.6.1 C+的一般组织结构,不使用条件编译的头文件,/main.cpp#include file1.h#include file2.hint main()/file1.h#include head.h,/file2.h#i

32、nclude head.h/head.h class Point,多文件结构,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,外部变量,如果一个变量除了在定义它的源文件中可以使用外，还能被其它文件使用，那么就称这个变量是外部变量。文件作用域中定义的变量，缺省情况下都是外部变量，但在其它文件中如果需要使用这一变量，需要用extern关键字加以声明。,64,5.6多文件结构和编译预处理命令 5.6.2 外部变量与外部函数,外部函数,在所有类之外声明的函数（也就是非成员函数），都是具有文件作用域的。这样的函

33、数都可以在不同的编译单元中被调用，只要在调用之前进行引用性声明（即声明函数原型）即可。也可以在声明函数原型或定义函数时用extern修饰，其效果与不加修饰的缺省状态是一样的。,65,5.6多文件结构和编译预处理命令 5.6.1 C+的一般组织结构,将变量和函数限制在编译单元内,使用匿名的命名空间：在匿名命名空间中定义的变量和函数，都不会暴露给其它的编译单元。namespace/匿名的命名空间int n;void f()n+;这里被“namespace”括起的区域都属于匿名的命名空间。,66,5.6多文件结构和编译预处理命令 5.6.1 C+的一般组织结构,5.6.3 标准C+库,标准C+类库是

34、一个极为灵活并可扩展的可重用软件模块的集合。标准C+类与组件在逻辑上分为6种类型：输入/输出类容器类与ADT（抽象数据类型）存储管理类算法错误处理运行环境支持,67,5.6多文件结构和编译预处理命令,5.7综合实例个人银行账户管理程序,/account.h#ifndef _ACCOUNT_H_#define _ACCOUNT_H_class SavingsAccount/储蓄账户类private:int id;/账号double balance;/余额double rate;/存款的年利率int lastDate;/上次变更余额的时期double accumulation;/余额按日累加之和s

35、tatic double total;/所有账户的总金额/记录一笔帐，date为日期，amount为金额，desc为说明void record(int date,double amount);/获得到指定日期为止的存款金额按日累积值double accumulate(int date)const return accumulation+balance*(date-lastDate);,68,public:/构造函数SavingsAccount(int date,int id,double rate);int getId()const return id;double getBalance()c

36、onst return balance;double getRate()const return rate;static double getTotal()return total;/存入现金void deposit(int date,double amount);/取出现金void withdraw(int date,double amount);/结算利息，每年1月1日调用一次该函数void settle(int date);/显示账户信息void show()const;#endif/_ACCOUNT_H_,69,例5-11（续）,5.7综合实例个人银行账户管理程序,/account.c

37、pp#include account.h#include#include using namespace std;double SavingsAccount:total=0;/SavingsAccount类相关成员函数的实现SavingsAccount:SavingsAccount(int date,int id,double rate):id(id),balance(0),rate(rate),lastDate(date),accumulation(0)cout date t#id is created endl;void SavingsAccount:record(int date,dou

38、ble amount)accumulation=accumulate(date);lastDate=date;amount=floor(amount*100+0.5)/100;/保留小数点后两位balance+=amount;total+=amount;cout date t#id t amount t balance endl;,70,例5-11（续）,5.7综合实例个人银行账户管理程序,void SavingsAccount:deposit(int date,double amount)record(date,amount);void SavingsAccount:withdraw(int

39、 date,double amount)if(amount getBalance()cout Error:not enough money endl;elserecord(date,-amount);void SavingsAccount:settle(int date)/计算年息double interest=accumulate(date)*rate/365;if(interest!=0)record(date,interest);accumulation=0;void SavingsAccount:show()const cout#id tBalance:balance;,71,例5-1

40、1（续）,5.7综合实例个人银行账户管理程序,/5_11.cpp#include account.h#include using namespace std;int main()/建立几个账户SavingsAccount sa0(1,21325302,0.015);SavingsAccount sa1(1,58320212,0.015);/几笔账目sa0.deposit(5,5000);sa1.deposit(25,10000);sa0.deposit(45,5500);sa1.withdraw(60,4000);/开户后第90天到了银行的计息日，结算所有账户的年息sa0.settle(90)

41、;sa1.settle(90);/输出各个账户信息sa0.show();cout endl;sa1.show();cout endl;cout Total:SavingsAccount:getTotal()endl;return 0;,72,例5-11（续）,5.7综合实例个人银行账户管理程序,例5-11（续）,运行结果：1#21325302 is created1#58320212 is created5#21325302 5000 500025#58320212 10000 1000045#21325302 5500 1050060#58320212-4000 600090#2132530

42、2 27.64 10527.690#58320212 21.78 6021.78#21325302 Balance:10527.6#58320212 Balance:6021.78Total:16549.4,73,5.7综合实例个人银行账户管理程序,5.8.1 常成员函数的声明原则,适当地将成员函数声明为常成员函数，能够提高代码质量。凡是不会改变对象状态的函数，都应当声明为常成员函数。什么是改变对象状态？改变对象状态，不简单地等同于改变成员数据的值。只要一个成员函数执行与否，不会影响以后接口函数的调用结果，都可以认为它不会改变对象状态。,74,5.8 深度探索,5.8.1 常成员函数的声明原则

43、（续）,class Line/Line类的定义public:/外部接口Line(const Point,75,5.8 深度探索,改变数据成员，但不改变对象状态,5.8.1 常成员函数的声明原则（续）,在原则上，应当将getLen声明为常成员函数，但由于修改了数据成员的值，语言规则不允许怎么办？使用mutable关键字mutable关键字使得被修饰的成员对象无视“常对象的成员对象被视为常对象”这一语言原则Mutable须慎用,76,5.8 深度探索,修改后的代码,class Line/Line类的定义public:/外部接口Line(const Point,77,5.8 深度探索 5.8.1 常

44、成员函数的声明原则,代码的编译,编译：源文件目标文件源文件的函数代码目标文件的代码段源文件的静态对象目标文件的数据段分为初始化的数据段和未初始化的数据段符号表：将静态对象与函数的名字与地址关联重定位信息、其它信息,78,5.8 深度探索 5.8.2 代码的编译连接与执行过程,代码的编译（续）,a.cppextern int y;int func(int v);int main()int z=1;y=func(z);return 0;,79,5.8 深度探索 5.8.1 代码的编译连接与执行过程,代码的编译（续）,b.cppint x=3;int y;int func(int v)return v+x;,80,5.8 深度探索 5.8.2 代码的编译连接与执行过程,代码的连接与执行,连接将各段合并将符号表综合根据重定位信息，确定代码中用到的全局地址代码的执行操作系统首先将文件从磁盘读入，初始化各段一些静态数据就在此时被初始化从引导代码开始执行，引导代码启动main，main返回后，引导代码通知操作系统程序结束,81,5.8 深度探索 5.8.2 代码的编译连接与执行过程,5.9 小结,主要内容作用域与可见性、对象的生存期、数据的共享与保护、友元、编译预处理命令、多文件结构和工程达到的目标深入理解程序的结构、模块间的关系、数据共享。,82,