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1、第五章 C+程序的结构,清华大学 郑 莉,C+语言程序设计,2,本章主要内容,作用域与可见性对象的生存期数据与函数静态成员共享数据的保护友元编译预处理命令多文件结构和工程深度探索,5.1标识符的作用域和可见性,作用域 是一个标识符在程序正文中有效的区域。可见性 标识符是否可以引用的问题,3,4,函数原形的作用域,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);,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。,作用域与可见性,5,局部作用域,函数的形参，在块中声明的标识符，其作用域自声明处起，限于
2、块中，例如：void fun(int a)int b=a;cin b;if(b 0)int c;.,作用域与可见性,a的作用域,6,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,作用域与可见性,7,命名空间,命名空间可以解决类名、函数名等的命名冲突命名空间的声明namespace 命名空间名 各种声明（函数声明、类声明、）例namespace SomeNs class SomeClass.;特殊的命名空间全局命名空间：默认
3、的命名空间匿名命名空间：对每个源文件是唯一的,作用域与可见性,命名空间作用域,一个命名空间确定了一个命名空间作用域引用其它命名空间作用域中的标识符命名空间名:标识符名例：声明一个SomeClass型的对象SomeNs:SomeClass obj1;将其它命名空间作用域的标识符暴露于当前作用域对指定标识符using 命名空间名:标识符名;对所有标识符using namespace命名空间名;,8,作用域与可见性,9,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。,作用域与可见性,10,可见性,
4、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。,作用域与可见性,11,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。,作用域与可见性,12,#include using namespace std;int i;/在全局命名空间中的全局变量namespace Ns int j;/在Ns命名空间中的全局变量int main()i=5;/为全局变量i
5、赋值Ns:j=6;/为全局变量j赋值/子块1using namespace Ns;/当前块中可以直接引用Ns中的标识符int i;/局部变量，局部作用域i=7;cout i=i endl;/输出7cout j=j endl;/输出6cout i=i endl;/输出5return 0;,作用域与可见性,例 5.1,13,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。,14,静态生存期,这种生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。,对象的生存期,15,#i
6、ncludeusing namespace std;int i=5;/文件作用域int main()static int k=3;/局部作用域 cout i=i endl;cout k=k endl;return 0;i,k具有静态生存期,对象的生存期,例,16,动态生存期,局部作用域中声明的，没有用static修饰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。,对象的生存期,17,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 o
7、ther()static int a=2;static int b;/a,b为静态局部变量，具有全局寿命，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;,对象的生存期,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;oth
8、er();cout-MAIN-n;cout i:i a:a b:b c:cendl;i+=10;other();return 0;,17,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:15,18,20,#include using namespace std;void fun();int main()fun();fun();void fun()static int a=1;int i=5;a+;i+;couti=i,a=aendl;,运行结果：i
9、=6,a=2i=6,a=3i是动态生存期a是静态生存期,对象的生存期,练习,21,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();void setTime(int newH,int newM,int newS);/三个形参均具有函数原型作用域void showTime();private:/私有数据成员int hour,minute,second;,对象的生存期,Clock:Clock():hour(0),minute(0),second(0)/构造函数void Clo
10、ck: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:minute:second endl;,20,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
11、);Clock myClock(globClock);/声明具有块作用域的对象myClockcoutSecond time output:endl;myClock.showTime();/引用具有块作用域的对象return 0;,21,程序的运行结果为：First time output:0:0:0Second time output:8:30:30,22,25,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。一方面实现了类内函数的共享；同时控制了类外共享访问的范围和权限,数据与函数,26,使用全局变量,#incl
12、udeusing namespace std;int x,y,z;void main()x=3;y=5;max();cout y?x:y;,数据与函数,使用全局变量,#includeusing namespace std;int global;void f()global=5;void g()cout global endl;int main()f();g();/输出“5”return 0;,27,28,将函数与数据封装,#includeusing namespace std;class Application public:void f();void g();private:int glob
13、al;void Application:f()global=5;,void Application:g()cout global endl;int main()Application MyApp;MyApp.f();MyApp.g();return 0;,数据与函数,29,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必须在类外定义和初始化，用(:)来指明所属的类。,静态成员,30,例5-4 具有静态数据成员的 Point类,#include using namespace std;class Pointpublic:Point(int x=0,int
14、y=0):x(x),y(y)count+;Point(Point,静态成员,Point:Point(Point,28,32,静态成员函数举例,#include using namespace std;class Application public:static void f();static void g();private:static int global;int Application:global=0;,void Application:f()global=5;void Application:g()cout global endl;int main()Application:f()
15、;Application:g();return 0;,静态成员,静态成员函数,静态成员函数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。,33,静态成员,34,静态成员函数举例,class A public:static void f(A a);private:int x;void A:f(A a)cout x;/对x的引用是错误的cout a.x;/正确,静态成员,35,具有静态数据、函数成员的 Point类,#include using namespace std;class Point/Point类定义public:/外部
16、接口Point(int x=0,int y=0):x(x),y(y)count+;Point(Point,静态成员,Point:Point(Point,32,友元,class A public:void display()cout xendl int getX()return x;private:int x;class B public:void set(int i);void display();private:A a;,37,void B:set(int i)a.x=I;,friend class B;,38,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。通过将一个模块声明为另一
17、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。,友 元,39,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。,友 元,40,例5-6 使用友元函数计算两点距离,#include#include class Point/Point类声明public:/外部接口Point(int x=0,in
18、t y=0):x(x),y(y)int getX()return x;int getY()return y;friend float dist(Point,友 元,float dist(Point,36,42,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。,友 元,43,友元类举例,class A friend class B;public:void display()cout x endl;private:int x;class B public:void set(int i);void display(
19、);private:A a;,友 元,void B:set(int i)a.x=i;void B:display()a.display();/这里即使不定义友元类，也可以直接访问类a的display（）函数，因为这个是public的，也就是共有的。,39,45,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。,46,常类型,常类型的对象必须进行初始化，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
20、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)。,共享数据的保护,47,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,共享数据的保护,48,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。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
21、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。,共享数据的保护,49,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;,共享数据的保护,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
22、print()const R b(20,52);b.print();/调用void print()constreturn 0;,45,51,例5-8 常数据成员举例,#include using namespace std;class A public:A(int i);void print();private:const int a;static const int b;/静态常数据成员;,共享数据的保护,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
23、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 0;,47,53,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()return x;int getY()return y;friend float dist(const Point,共享数据的保护,例5-9常引用作形参,float dist(con
24、st Point,54,共享数据的保护,55,编译预处理命令,#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，已被内联函数取代。#undef删除由#define定义的宏，使之不再起作用。,56,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.,编译预处理命令,57,条件编译指令#els
25、e,#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,编译预处理命令,58,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,编译预处理命令,59,条件编译指令,#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。,编译预处理命令,60,条件编译指令,#ifndef
26、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。,编译预处理命令,61,多文件结构（例5-10）,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。,62,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#include head.h/head.h class Point,多文件结构,63,使用条
27、件编译的头文件,/head.h#ifndef HEAD_H#define HEAD_H class Point#endif,多文件结构,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。,64,深 度 探 索,常成员函数的声明原则,class Line/Line类的定义public:/外部接口Line(const Point,65,深 度 探 索,改变数据成员，但不改
28、变对象状态,常成员函数的声明原则,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,66,深 度 探 索,修改后的程序代码,67,深 度 探 索,class Line/Line类的定义public:/外部接口Line(const Point,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
29、息、其它信息,68,深 度 探 索,示例代码(1),a.cppextern int y;int func(int v);int main()int z=1;y=func(z);return 0;,69,深 度 探 索,示例代码(2),70,(func的代码)push%ebpmov%esp,%ebp,代码段（.text）,(x的初值)3,初始化的数据段（.data）,(y),未初始化的数据段（.bss）,符号表,b.o,b.cppint x=3;int y;int func(int v)return v+x;,深 度 探 索,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,71,深 度 探 索,72,小结与复习建议,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。实验任务实验五,
