南京大学计算机科学与技术系：《程序设计（C++）》课程教学资源（PPT讲稿，高级篇）02 数据抽象与封装——对象与类

数据抽象与封装 一一对象与类

数据抽象与封装 －－对象与类

主要内容 ■ 数据抽象与封装概述 面向对象程序设计概述 对象和类 ■ 对象的访问控制 对象的初始化和消亡前处理 ■ 对常量对象的访问：常(const)成员 同类对象间的数据共享：静态(static)成员 提高对对象私有数据的访问效率：友元 (friend 类作为模块

主要内容 ◼ 数据抽象与封装概述 ◼ 面向对象程序设计概述 ◼ 对象和类 ◼ 对象的访问控制 ◼ 对象的初始化和消亡前处理 ◼ 对常量对象的访问：常（const）成员 ◼ 同类对象间的数据共享：静态（static）成员 ◼ 提高对对象私有数据的访问效率：友元 （friend） ◼ 类作为模块

数据抽象与封装 ■ 数据抽象 数据的使用者只需要知道对数据所能实施的操作以及 这些操作之间的关系，而不必知道数据的具体表示形 式。 数据封装 把数据及其操作作为一个整体来进行实现 数据的具体表示对使用者是不可见的（封装），对数 据的访问（使用）只能通过封装体所提供的对外接口 (允许的操作)来完成。 抽象强调的是外部行为； 封装强调的是内部实现。 数据抽象与封装是面向对象程序设计的基础

数据抽象与封装 ◼ 数据抽象 • 数据的使用者只需要知道对数据所能实施的操作以及 这些操作之间的关系，而不必知道数据的具体表示形 式。 ◼ 数据封装 • 把数据及其操作作为一个整体来进行实现。 • 数据的具体表示对使用者是不可见的（封装），对数 据的访问（使用）只能通过封装体所提供的对外接口 （允许的操作）来完成。 ◼ 抽象强调的是外部行为；封装强调的是内部实现。 ◼ 数据抽象与封装是面向对象程序设计的基础

例：“栈”数据的实现 栈是一种由若干个具有线性次序关系的元素所 构成的复合数据。对栈只能实施两种操作： 进栈(push):往栈中增加一个元素 ·退栈(pop):从栈中删除一个元素 。上述两个操作满足一个重要性质： push(...);...pop(...);...;push(x);pop(y); X==y 即，后进先出 (Last In First Out, 简称LIFO) 从数据抽象的角度，栈的使用者只需要知道上 面的这些信息，不需要知道栈是如何实现的 数组或链表等)

例：“栈”数据的实现 ◼ 栈是一种由若干个具有线性次序关系的元素所 构成的复合数据。对栈只能实施两种操作： • 进栈（push）：往栈中增加一个元素 • 退栈（pop）：从栈中删除一个元素 • 上述两个操作满足一个重要性质： ◼ push(...); ...pop(...); ... ;push(x);pop(y); ◼ x == y ◼ 即，后进先出（Last In First Out，简称LIFO） ◼ 从数据抽象的角度，栈的使用者只需要知道上 面的这些信息，不需要知道栈是如何实现的 （数组或链表等）

“栈”数据的实现 一 非数据抽象和封装途径 ▣定义栈数据类型 const int STACK_SIZE=100; struct Stack int top; int buffer[STACK_SIZE]; buffer: top

“栈”数据的实现 －－非数据抽象和封装途径 ◼ 定义栈数据类型 const int STACK_SIZE=100; struct Stack { int top; int buffer[STACK_SIZE]; }; top buffer：

直接操作栈数据 Stack st;/定义栈数据 st.top=-1;//对st进行初始化 /把12放进栈 if(st.top =STACK_SIZE-1) cout <"Stack is overflow.\n";exit(-1); st.top++;st.buffer[st.top]12; /把栈顶元素退栈并存入变量x if (st.top ==-1) cout <"Stack is empty.\n";exit(-1); int x st.buffer[st.top];st.top--;

◼ 直接操作栈数据 Stack st; //定义栈数据 st.top = -1; //对st进行初始化 //把12放进栈 if (st.top == STACK_SIZE-1) { cout << “Stack is overflow.\n”; exit(-1); } st.top++; st.buffer[st.top] = 12; ...... //把栈顶元素退栈并存入变量x if (st.top == -1) { cout << “Stack is empty.\n”; exit(-1); } int x = st.buffer[st.top]; st.top--;

。存在的问题 操作必需知道数据的表示，数据表示发生变化将影 响操作 ■麻烦并易产生误操作，因此不安全。例如，对于进 栈操作： st.top-;/书写失误导致误操作 st.buffer[st.top]12; 忘了初始化：st.top=-1;

• 存在的问题 ◼ 操作必需知道数据的表示，数据表示发生变化将影 响操作。 ◼ 麻烦并易产生误操作，因此不安全。例如，对于进 栈操作： st.top--; //书写失误导致误操作 st.buffer[st.top] = 12; ◼ 忘了初始化： st.top = -1;

·通过过程抽象使用栈数据 。先预定义三个函数 void push(Stack &s,int i) if (s.top =STACK_SIZE-1) {cout<<“Stack is overflow.n”; exit(-1)月 else {s.top++;s.buffer[s.top]i; return; void init(Stack &s) } s.top =-1; void pop(Stack &s,int &i) if (s.top ==-1) {cout<<“Stack is empty.n”y exit(-1); else i s.buffer[s.top];s.top--; return;

◼ 通过过程抽象使用栈数据 • 先预定义三个函数 void push(Stack &s, int i) { if (s.top == STACK_SIZE-1) {cout << “Stack is overflow.\n”; exit(-1); } else {s.top++; s.buffer[s.top] = i; return; } } void pop(Stack &s, int &i) { if (s.top == -1) {cout <<“Stack is empty.\n”; exit(-1); } else { i = s.buffer[s.top]; s.top--; return; } } void init(Stack &s) { s.top = -1; }

·利用预定义的函数使用栈 Stack st;/定义栈数据 int x; init(st);/对st进行初始化。 push(st,12);/把12放进栈。 11nn·0 pop(st,x);/把栈顶元素退栈并存入变量x

• 利用预定义的函数使用栈 Stack st; //定义栈数据 int x; init(st); //对st进行初始化。 push(st,12); //把12放进栈。 ...... pop(st,x); //把栈顶元素退栈并存入变量x

。存在的问题 数据类型的定义与操作的定义是分开的，二者之间 没有显式的联系，push、pop在形式上与下面的函 数f没有区别，函数f也能作用于st: void f(Stack &s){......} f(st);/操作st之后，st可能不再是一个“栈”了！ ·数据表示仍然是公开的，无法防止使用者直接操作 栈数据，因此也会面临直接操作栈数据所带来的问 题： st.top--; st.buffer[st.top]12; 忘了初始化：init(st);

• 存在的问题 ◼ 数据类型的定义与操作的定义是分开的，二者之间 没有显式的联系，push、pop在形式上与下面的函 数f没有区别，函数f也能作用于st： void f(Stack &s) { ...... } f(st); //操作st之后，st可能不再是一个“栈”了！ ◼ 数据表示仍然是公开的，无法防止使用者直接操作 栈数据，因此也会面临直接操作栈数据所带来的问 题： st.top--; st.buffer[st.top] = 12; ◼ 忘了初始化：init(st);