Giáo trình C++ & lập trình hướng đối tượng

Giáo trình C++ và lập trình hướng đối tượng - Phạm Văn Ất, NXB Bách khoa Hà Nội

• Tác giả: Phạm Văn Ất
• Chuyên ngành: Ngôn ngữ lập trình
• Đề tài: Giáo trình C++ & lập trình hướng đối tượng
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan giáo trình C và lập trình hướng đối tượng Phạm Văn Ất

Cuốn sách Giáo trình C++ và lập trình hướng đối tượng do tác giả Phạm Văn Ất chủ biên cùng Lê Trường Thông là tác phẩm giáo khoa tiêu biểu trong đào tạo công nghệ thông tin tại Việt Nam. Tác phẩm do Nhà xuất bản Bách khoa Hà Nội phát hành và liên kết cùng Công ty Văn hóa Huy Hoàng. Bộ tài liệu đóng vai trò kim chỉ nam cho sinh viên kỹ thuật tiếp cận tư duy lập trình hiện đại. Ngôn ngữ C xuất hiện từ năm 1973 nhằm phục vụ phát triển hệ điều hành Unix. Sự bùng nổ của phần mềm đòi hỏi phương pháp tổ chức dữ liệu mới. C++ ra đời như một bước tiến tự nhiên, tích hợp mô hình hướng đối tượng trên nền tảng lập trình cấu trúc truyền thống. Tài liệu trình bày mạch lạc quá trình chuyển dịch từ tư duy hàm, thủ tục sang tư duy hướng đối tượng. Tác phẩm có độ dày gần 500 trang, phân bổ lý thuyết đi kèm hệ thống ví dụ thực tế. Người đọc được rèn luyện phương pháp tư duy trừu tượng hóa các thực thể ngoài đời sống thành mã lệnh máy tính. Cuốn sách không chỉ giảng dạy cú pháp đơn thuần. Cuốn sách định hình phương pháp luận phân tích và thiết kế phần mềm chuẩn mực cho người làm tin học chuyên nghiệp.

1.1. Lịch sử hình thành và tầm vóc tác phẩm

Ngôn ngữ C ra đời vào đầu thập niên 70 nhằm xây dựng hệ điều hành Unix. Sau đó, công nghệ phần mềm phát triển nhanh chóng. Yêu cầu quản lý các hệ thống lớn đã thúc đẩy sự ra đời của lập trình hướng đối tượng. Ngôn ngữ C++ kế thừa toàn bộ sức mạnh xử lý phần cứng của C, đồng thời bổ sung cơ chế trừu tượng hóa dữ liệu cao cấp. Tác giả Phạm Văn Ất nắm bắt xu hướng công nghệ này từ rất sớm. Ông biên soạn giáo trình nhằm cung cấp kiến thức nền tảng vững chắc cho thế hệ kỹ sư công nghệ thông tin. Sách được tái bản nhiều lần, luôn giữ vị trí nòng cốt trong giảng dạy đại học.

1.2. Mục tiêu đào tạo và đối tượng người đọc

Giáo trình phục vụ trực tiếp cho chương trình đào tạo kỹ sư công nghệ tại các trường đại học kỹ thuật. Đối tượng tiếp cận bao gồm sinh viên công nghệ thông tin, kỹ sư điện tử viễn thông và lập trình viên tự học. Sách trang bị phương pháp tư duy mô hình hóa dữ liệu thế giới thực thành các lớp đối tượng. Người học nắm vững nguyên lý hoạt động của biến, con trỏ và vùng nhớ. Tài liệu còn hướng dẫn kỹ năng viết mã nguồn tối ưu và khoa học. Đây là bệ phóng quan trọng giúp lập trình viên tiếp cận dễ dàng với các ngôn ngữ cấp cao như C#, Java hoặc kiến trúc phần mềm hướng đối tượng phức tạp trên nền tảng Windows.

II. Phân tích giáo trình C và lập trình hướng đối tượng Phạm Văn Ất

Lập trình hướng thủ tục bộc lộ nhiều nhược điểm khi quy mô ứng dụng gia tăng. Phương pháp phân rã hàm tách rời hoàn toàn cấu trúc dữ liệu và thuật toán xử lý. Khi cấu trúc dữ liệu thay đổi, lập trình viên buộc phải viết lại hàng loạt hàm liên quan. Điều này dẫn đến sự cố xung đột phần mềm và làm tăng chi phí bảo trì. Sự thiếu vắng cơ chế bao gói khiến dữ liệu toàn cục dễ bị thay đổi ngoài ý muốn. Các dự án phần mềm lớn thường xuyên đối mặt nguy cơ đổ vỡ cấu trúc. Tác giả Phạm Văn Ất đã mổ xẻ chính xác những hạn chế cốt tử này ngay trong phần mở đầu sách. Tác giả chỉ rõ rào cản của việc dùng Pascal hoặc C thuần túy để xây dựng các hệ thống giao diện đồ họa. C++ giải quyết triệt để vấn đề trên nhờ cơ chế gom nhóm dữ liệu và hàm xử lý vào một cấu trúc thống nhất gọi là lớp. Việc quản lý bộ nhớ trực tiếp trong C++ cũng đặt ra thử thách lớn. Bộ nhớ rò rỉ hoặc con trỏ lạc hướng thường gây sụp đổ hệ thống. Giáo trình chỉ rõ những cạm bẫy kỹ thuật thường gặp khi thao tác bộ nhớ động và kiểu dữ liệu hợp.

2.1. Hạn chế của lập trình hướng cấu trúc cổ điển

Lập trình cấu trúc tập trung vào thuật toán và chia nhỏ chương trình thành các hàm. Dữ liệu được truyền qua lại giữa các hàm dưới dạng đối số. Mô hình này làm giảm tính bảo mật của thông tin. Dữ liệu nhạy cảm dễ bị các thủ tục can thiệp sai lệch. Khi kích thước mã nguồn vượt quá hàng chục nghìn dòng lệnh, việc kiểm soát phụ thuộc giữa các hàm trở nên bất khả thi. Mọi cải tiến cấu trúc bản ghi đều kéo theo hàng loạt sửa đổi phức tạp trên toàn bộ hệ thống. Lập trình cấu trúc không còn đáp ứng tốt các yêu cầu phát triển phần mềm quy mô lớn hiện đại.

2.2. Khó khăn khi kiểm soát bộ nhớ và kiểu dữ liệu

Ngôn ngữ C và C++ cung cấp quyền can thiệp trực tiếp vào từng ô nhớ máy tính. Sự tự do này thường đi kèm rủi ro kỹ thuật nghiêm trọng. Việc sử dụng sai con trỏ gây lỗi ghi đè vùng nhớ hoặc đóng băng hệ điều hành. Lập trình viên dễ mắc lỗi rò rỉ tài nguyên khi không giải phóng bộ nhớ được cấp phát tự do. Ngoài ra, việc chia sẻ vùng nhớ chung thông qua kiểu hợp union cũng tiềm ẩn nhiều sai số dữ liệu nếu quản lý lỏng lẻo. Giáo trình phân tích tường tận các nguy cơ này nhằm giúp kỹ sư xây dựng hệ thống phần mềm vận hành an toàn và bền bỉ.

III. Phương pháp tiếp cận C và lập trình hướng đối tượng Phạm Văn Ất

Giáo trình cung cấp hệ thống giải pháp toàn diện để giải quyết bài toán phức tạp của kỹ thuật phần mềm. Trọng tâm của phương pháp là khái niệm lớp dữ liệu. Lớp đóng vai trò như một bản thiết kế định nghĩa các thuộc tính và phương thức hoạt động của đối tượng. Dữ liệu được bảo vệ an toàn thông qua các phạm vi truy cập private và protected. Các hàm thành viên công khai đóng vai trò giao diện tương tác duy nhất. Phương pháp lập trình hướng đối tượng trong tài liệu được minh họa qua bốn trụ cột chính: đóng gói, kế thừa, đa hình và trừu tượng hóa. Tính kế thừa giúp tái sử dụng mã nguồn hiệu quả. Tính đa hình thông qua hàm ảo cho phép chương trình xử lý linh hoạt nhiều kiểu đối tượng khác nhau tại thời điểm chạy. Tác giả còn giải thích sâu về kỹ thuật hàm nội tuyến inline và cơ chế tham chiếu. Hàm inline triệt tiêu chi phí gọi hàm bằng cách chèn trực tiếp mã lệnh vào vị trí thực thi. Kỹ thuật này nâng cao hiệu suất xử lý đối với các đoạn mã ngắn. Nhờ phương pháp sư phạm mẫu mực, kiến thức lý thuyết trừu tượng chuyển hóa thành kỹ năng lập trình thực tế chuẩn xác.

3.1. Thiết kế hướng đối tượng với lớp và đóng gói

Lớp đối tượng tạo nên bước đột phá về kiến trúc dữ liệu. Lớp kết hợp dữ liệu thành phần và các hàm xử lý thành một khối duy nhất. Cơ chế che giấu thông tin ngăn chặn tác động can thiệp trái phép từ bên ngoài lớp. Mọi tương tác với thuộc tính nội bộ đều phải thông qua giao diện phương thức được cấp phép. Cách tiếp cận này loại bỏ nguy cơ làm sai lệch trạng thái của hệ thống. Lập trình viên dễ dàng mở rộng và bảo trì từng khối chương trình độc lập mà không ảnh hưởng tới toàn cục. Đây là nền tảng cốt lõi để xây dựng kiến trúc phần mềm tin cậy.

3.2. Tối ưu mã nguồn với hàm inline và tham chiếu

Kỹ thuật tối ưu hóa trong C++ cho phép chương trình đạt tốc độ thực thi cao. Sách hướng dẫn chi tiết cách khai báo hàm nội tuyến inline nhằm giảm chi phí đẩy biến vào ngăn xếp. Trình biên dịch sẽ thay thế trực tiếp thân hàm vào vị trí gọi lệnh. Cơ chế truyền tham chiếu bằng dấu & giúp truyền dữ liệu kích thước lớn mà không tốn tài nguyên sao chép giá trị. Nhờ đó, chương trình xử lý nhanh hơn và tiết kiệm dung lượng bộ nhớ RAM đáng kể. Tác giả cũng lưu ý các quy tắc sử dụng nguyên mẫu hàm chuẩn xác để tránh lỗi lặp vô tận khi biên dịch.

IV. Ứng dụng thực tiễn giáo trình C hướng đối tượng Phạm Văn Ất

Giáo trình C++ và lập trình hướng đối tượng của tác giả Phạm Văn Ất giữ giá trị thực tiễn lâu bền qua nhiều thập kỷ. Cuốn sách không dừng lại ở việc truyền thụ lý thuyết hàn lâm. Sách hướng dẫn người học cách vận dụng kiến thức để giải quyết bài toán nghiệp vụ cụ thể. Các ví dụ về quản lý điểm thi, xử lý hình học và tối ưu cấu trúc bộ nhớ mang tính ứng dụng cao. Nền tảng kiến thức từ tài liệu là bàn đạp vững chắc cho các kỹ sư phần mềm. Người nắm vững kiến thức trong sách sẽ dễ dàng tiếp thu các công nghệ phát triển ứng dụng Windows như MFC hoặc .NET Framework. Hơn nữa, việc hiểu bản chất con trỏ và quản lý bộ nhớ giúp lập trình viên tự tin làm chủ các hệ thống nhúng, đồ họa máy tính hoặc công cụ phát triển trò chơi điện tử. Tác phẩm xứng đáng là cẩm nang gối đầu giường cho các thế hệ kỹ sư công nghệ. Việc nghiên cứu nghiêm túc cuốn sách rèn luyện tư duy lập trình chuyên nghiệp và kỷ luật viết mã nguồn chặt chẽ. Đây là giá trị cốt lõi giúp các chuyên viên tin học thành công trong môi trường phát triển phần mềm hiện đại.

4.1. Ứng dụng trong phát triển phần mềm và hệ thống

Kỹ năng lập trình hướng đối tượng C++ là tiền đề trực tiếp để phát triển các ứng dụng thương mại. Kiến thức trong giáo trình hỗ trợ lập trình viên xây dựng phần mềm quản trị doanh nghiệp và các công cụ xử lý dữ liệu lớn. Các framework nổi tiếng như Qt hoặc Microsoft Foundation Classes đều vận hành dựa trên các nguyên tắc lớp và hàm ảo được trình bày trong sách. Lập trình viên có khả năng phân tích mô hình bài toán, chuẩn hóa cấu trúc đối tượng và lập trình giao diện trực quan. Việc làm chủ ngôn ngữ C++ mở ra cơ hội tham gia các dự án phát triển phần mềm lõi đòi hỏi độ ổn định cao.

4.2. Phương pháp tự học và nghiên cứu sách hiệu quả

Để làm chủ nội dung giáo trình, người học cần kết hợp đọc lý thuyết với thực hành gõ mã nguồn thường xuyên. Việc tự tay cài đặt các thuật toán và sửa lỗi biên dịch giúp ghi nhớ bản chất sâu sắc hơn. Người đọc nên thực hiện đầy đủ bài tập từ mức cơ bản đến nâng cao sau mỗi chương. Cần chú trọng phân tích cách tổ chức lớp và sử dụng từ khóa chỉ định phạm vi truy cập. Thói quen đọc kỹ thông báo lỗi của trình biên dịch cũng là kỹ năng sống còn. Phương pháp học tập chủ động này biến kiến thức trong sách thành năng lực tư duy lập trình vững bền cho người học.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình C++ & Lập trình hướng đối tượng do GS. Phạm Văn Ất (chủ biên) và Lê Trường Thông biên soạn, được Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội ấn hành phối hợp cùng Công ty Cổ phần Văn hóa Huy Hoàng (xuất bản năm 2020, dung lượng 487 trang, khổ 24cm, ISBN: 9786049931215). Trong chương trình đào tạo đại học và cao đẳng khối ngành Công nghệ thông tin, Điện tử viễn thông và Tin học ứng dụng, môn học này đóng vai trò cầu nối nền tảng, đưa người học chuyển tiếp từ mô hình lập trình cấu trúc thủ tục sang tư duy hướng đối tượng hiện đại.

Mục tiêu học tập của giáo trình tập trung vào việc trang bị cho sinh viên hệ thống khái niệm cốt lõi của phương pháp hướng đối tượng, bao gồm lớp, đối tượng, tính đóng gói, sự thừa kế và tính tương ứng bội. Đồng thời, tài liệu rèn luyện kỹ năng hiện thực hóa các giải thuật trên ngôn ngữ C++ – một ngôn ngữ lai kết hợp giữa hàm và lớp, có nguồn gốc từ ngôn ngữ C do Dennis Ritchie phát triển năm 1973 và được Bjarne Stroustrup bổ sung các đặc tính hướng đối tượng vào năm 1980 tại phòng thí nghiệm Bell Labs.

Về cấu trúc, công trình bao gồm 13 chương lý thuyết - thực hành cùng 5 phụ lục chuyên đề, đi kèm gần 100 chương trình mã nguồn mẫu. Cách tiếp cận của tài liệu là phân tích đối chiếu trực tiếp giữa cú pháp C truyền thống và C++, chỉ rõ các cải tiến về quản lý bộ nhớ, tham chiếu và cơ chế vào/ra. Điểm đặc sắc về mặt kỹ thuật là việc giáo trình hướng dẫn thực hành song song trên hai môi trường biên dịch: môi trường kinh điển Turbo C++ 3.0 và môi trường mã nguồn mở hiện đại Code::Blocks (phiên bản 13.12) tương thích trên hệ điều hành Windows 7 và Windows 8.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung 13 chương và 5 phụ lục trong giáo trình được sắp xếp theo quy luật tiến trình logic chặt chẽ, từ thao tác công cụ, cú pháp mở rộng, kỹ thuật hướng đối tượng đến các thao tác hệ thống:

• Chương mở đầu: Cài đặt và sử dụng môi trường Code::Blocks 13.12 kết hợp trình biên dịch đa nền tảng, so sánh với môi trường màn hình xanh của Turbo C++ 3.0; lưu ý các khác biệt thực thi như sự không khả dụng của hàm clrscr().
• Chương 1 (C++ & Lập trình hướng đối tượng): Tổng quan phương pháp lập trình cấu trúc và lập trình hướng đối tượng; các mở rộng cơ bản của C++ so với C như ghi chú một dòng (//), khai báo biến linh hoạt trước vị trí sử dụng, toán tử ép kiểu dạng hàm kiểu(biểu thức), hằng có kiểu (const), kích thước hằng ký tự (sizeof('A') = 1 thay vì sizeof(int) = 2 như trong C); cơ chế nhập xuất luồng cin, cout thuộc thư viện <iostream.h>, định dạng dữ liệu qua <iomanip.h> (setw, setprecision, setiosflags); quản lý bộ nhớ động bằng toán tử new, delete và kỹ thuật bẫy lỗi cấp phát với con trỏ hàm _new_handler (set_new_handler).
• Chương 2 (Hàm trong C++): Cơ chế biến tham chiếu (&), hằng tham chiếu (const &), kỹ thuật truyền tham số và hàm trả về tham chiếu; xây dựng đối số có giá trị mặc định (nguyên tắc gán từ phải sang trái); hàm trực tuyến (inline) thay thế macro #define; kỹ thuật nạp chồng tên hàm và nạp chồng toán tử.
• Các chương chuyên sâu về lớp và đối tượng (Chương 3 đến Chương 6): Định nghĩa lớp (class), phạm vi truy xuất (public, private), con trỏ this, mảng và đối tượng; vòng đời đối tượng gồm hàm tạo (constructor), hàm tạo sao chép (copy constructor), hàm hủy (destructor), toán tử gán, cấp phát động đối tượng; cơ chế giao tiếp qua hàm bạn (friend function) và lớp bạn (friend class).
• Các chương về tính thừa kế và đa hình (Chương 7 đến Chương 8): Xây dựng lớp cơ sở và lớp dẫn xuất; cơ chế thừa kế đơn và đa thừa kế; xử lý tính tương ứng bội (polymorphism) thông qua phương thức ảo (virtual function) và bảng phương thức ảo.
• Các chương về dòng tin, tệp tin và hệ thống (Chương 9 đến Chương 13): Tổ chức vào/ra dữ liệu độc lập thiết bị qua các dòng tin (stream); thao tác đọc/ghi tệp dữ liệu; lập trình đồ họa giao diện bằng thư viện BGI; kỹ thuật truy xuất trực tiếp bộ nhớ máy tính và bộ nhớ màn hình để xây dựng các lớp menu, cửa sổ; phân tích một số chương trình ứng dụng hoàn chỉnh.
• Hệ thống 5 phụ lục: Trình bày bảng phép toán và thứ tự ưu tiên; danh sách từ khóa C++; bảng mã ASCII và mã quét phím; phương pháp phân tích, thiết kế hướng đối tượng tổng quát; cài đặt giải thuật đệ quy quay lui và quy hoạch động kinh điển.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình định hình tư duy lập trình thông qua các hệ thống lý thuyết và nguyên lý kỹ thuật:

• Bốn nguyên lý hướng đối tượng: Đóng gói (encapsulation) dữ liệu và phương thức vào đơn vị class; che giấu thông tin qua phạm vi truy cập; tái sử dụng mã nguồn qua cơ chế kế thừa (inheritance); quản lý tập hợp các thực thể không đồng nhất theo cùng một giao diện qua tính tương ứng bội (polymorphism).
• Nguyên lý quản lý tài nguyên bộ nhớ: Cơ chế cấp phát động trên vùng nhớ Heap bằng toán tử new và giải phóng chủ động qua delete, phân biệt rõ việc truyền tham trị (pass-by-value) tốn tài nguyên sao chép với truyền tham chiếu (pass-by-reference) tối ưu không gian lưu trữ.
• Mô hình luồng dữ liệu độc lập thiết bị: Nguyên lý trừu tượng hóa các thao tác ngoại vi (bàn phím, màn hình, tệp tin) thành các dòng dữ liệu (stream) thống nhất.

Kỹ năng phát triển

Qua việc nghiên cứu và thực hành theo giáo trình, người học tích lũy các năng lực:

• Kỹ năng kỹ thuật: Khởi tạo project, biên dịch, gỡ lỗi trên hai môi trường Turbo C++ 3.0 và Code::Blocks; viết mã tối ưu hóa tốc độ thực thi với hàm inline; định nghĩa nạp chồng các toán tử số học và xuất nhập luồng.
• Kỹ năng phân tích: Phân tích thực thể thế giới thực thành các thành phần dữ liệu và hành vi (như mô hình lớp daydiem, cấu trúc thí sinh TS lưu trữ họ tên, số báo danh, tổng điểm); thiết lập cấu trúc phân cấp lớp chính xác.
• Kỹ năng thực tiễn: Xây dựng thuật toán sắp xếp, lọc danh sách; thao tác trực tiếp bộ nhớ để tạo giao diện menu điều khiển; vận dụng cấu trúc mảng động giải quyết bài toán ma trận và hình học tính toán.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình triển khai phương pháp sư phạm đối sánh thực nghiệm. Tác giả liên tục đặt cấu trúc cú pháp của C++ cạnh ngôn ngữ C và Pascal để người học nhận diện rõ nguyên nhân hình thành của các cải tiến. Điển hình, sách chỉ ra rằng trong C, thao tác hoán vị hai biến buộc phải sử dụng con trỏ phức tạp, trong khi C++ xử lý tường minh thông qua đối số kiểu tham chiếu (void hv(double &x, double &y)).

Hệ thống bài tập và case studies trong sách được xây dựng dựa trên gần 100 chương trình mã nguồn hoàn chỉnh, không sử dụng các đoạn mã giả. Các bài toán mẫu xuyên suốt bao gồm:

• Bài toán tính diện tích tam giác theo công thức Heron, minh họa quy tắc bắt buộc khai báo nguyên mẫu hàm trong C++ (tệp tiêu đề <math.h>).
• Bài toán tìm khoảng cách lớn nhất giữa hai điểm trong một tập hợp: tác giả trình bày hai cách giải độc lập gồm giải pháp lập trình cấu trúc dùng mảng song song x[], y[] kết hợp các hàm con rời rạc (nhapsl, do_dai), đối chiếu trực tiếp với giải pháp hướng đối tượng đóng gói toàn bộ dữ liệu tọa độ và phương thức tính toán vào trong lớp daydiem.
• Bài toán quản lý danh sách thí sinh: ứng dụng cấu trúc TS, cấp phát bộ nhớ động bằng new TS[n+1], kiểm tra dung lượng thông qua con trỏ hàm _new_handler và thực hiện sắp xếp mảng cấu trúc theo tổng điểm giảm dần.
• Bài toán ma trận thực hai chiều: minh họa thao tác lấy trực tiếp địa chỉ phần tử mảng trong C++ để đưa vào hàm nhập liệu scanf hoặc luồng cin.

Về phương pháp đánh giá, sách cung cấp các tiêu chí đối chuẩn thông qua việc phân tích lỗi biên dịch. Các cảnh báo và lỗi kinh điển được trích xuất trực tiếp như: lỗi Reference variable must be initialized khi biến tham chiếu không được gán biến gốc, lỗi Cannot modify a const object khi cố tình thay đổi giá trị của hằng, hoặc các lỗi sai quy tắc khi đặt đối số mặc định không nằm ở vị trí tận cùng bên phải danh sách tham số.

Để tự học hiệu quả, giáo trình định hướng người đọc nhập toàn bộ mã nguồn vào IDE, tự dịch thử, cố tình tạo ra các trường hợp vi phạm cú pháp đã nêu để quan sát phản hồi của trình biên dịch, sau đó tải mã nguồn gốc từ cổng phân phối sách để đối soát kết quả.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

So với các ấn bản cũ thuần túy dựa trên hệ điều hành DOS và phần mềm Borland Turbo C++ 3.0 truyền thống, phiên bản 2020 của giáo trình bổ sung các cập nhật kỹ thuật:

• Tích hợp môi trường lập trình Code::Blocks 13.12: Giáo trình hướng dẫn từng bước từ tải bộ cài đặt mã nguồn mở, tiến trình nhấn chọn (Next > I Agree > Install > Finish) đến việc tạo tệp mã nguồn mới (Ctrl + Shift + N) và phím tắt biên dịch/thực thi (F9). Điều này giúp sinh viên vận hành bài tập trực tiếp trên các hệ điều hành phổ biến như Windows 7 và Windows 8 mà không phải dùng phần mềm giả lập DOSBox.
• Ghi chú dị biệt giữa các trình biên dịch: Tài liệu phân tích rõ những điểm khác biệt khi thực thi mã nguồn giữa các thế hệ công cụ. Ví dụ, câu lệnh xóa màn hình clrscr() hoạt động bình thường trên Turbo C++ (nhờ <conio.h>) nhưng sẽ báo lỗi không khả dụng trong Code::Blocks, hướng dẫn người học cách ghi chú hoặc loại bỏ dòng lệnh để chương trình biên dịch thành công.
• Gắn kết thực tiễn phát triển phần mềm: Tác giả phân tích nguồn gốc tư tưởng lập trình hướng đối tượng đang được tích hợp sâu rộng trong các hệ quản trị và ngôn ngữ phát triển ứng dụng Windows như Microsoft Access, Visual Basic và Visual C++, giúp người học nhận thức rõ tính kế thừa của kiến thức nền tảng trong hệ sinh thái công nghệ phần mềm thực tế.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình được biên soạn phục vụ các nhóm đối tượng cụ thể trong hệ thống giáo dục đại học và tự học chuyên nghiệp:

• Sinh viên đại học và cao đẳng: Phù hợp cho sinh viên năm thứ nhất và năm thứ hai các ngành Công nghệ thông tin, Khoa học máy tính, Kỹ thuật phần mềm, Hệ thống thông tin và Toán - Tin ứng dụng khi tiếp cận học phần Lập trình hướng đối tượng, Kỹ thuật lập trình hoặc Ngôn ngữ C++.
• Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Để tiếp thu giáo trình một cách thuận lợi, người học bắt buộc phải nắm vững các kiến thức cơ bản về ngôn ngữ lập trình C hoặc cấu trúc dữ liệu cơ bản (kiểu dữ liệu nguyên thủy, cấu trúc rẽ nhánh if/switch, vòng lặp for/while, mảng, bản ghi struct và kỹ thuật thao tác con trỏ).
• Giảng viên chuyên ngành: Có thể sử dụng toàn bộ tài liệu làm giáo trình chính khóa, khai thác hệ thống bài toán phân tích mẫu (như lớp tọa độ, lớp danh sách sinh viên, ma trận) để xây dựng bài giảng lý thuyết và ngân hàng bài tập thực hành trên phòng máy.
• Người tự học và lập trình viên: Đóng vai trò là tài liệu tham khảo kỹ thuật cho những ai muốn chuyển đổi tư duy từ lập trình tuần tự sang mô hình hướng đối tượng, hoặc cần củng cố kiến thức về quản trị bộ nhớ cấp thấp, nạp chồng toán tử và giải thuật đồ họa trong C++.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Tài liệu được thiết kế cho sinh viên ngành Công nghệ thông tin tại các trường đại học, cao đẳng, các kỹ sư phần mềm muốn hệ thống hóa kiến thức C++ nền tảng và người tự học muốn chuyển đổi từ lập trình thủ tục sang lập trình hướng đối tượng.

2. Cần chuẩn bị kiến thức nền nào trước khi đọc giáo trình?

Người học bắt buộc phải sử dụng tương đối thành thạo ngôn ngữ C, nắm vững các khái niệm về hàm, con trỏ, cấu trúc mảng và luồng điều khiển logic, do C++ kế thừa và mở rộng toàn bộ các thành phần cú pháp này.

3. Điểm khác biệt cơ bản giữa giáo trình này và các tài liệu C++ khác là gì?

Giáo trình phân tích chuyên sâu bản chất "ngôn ngữ lai" của C++, so sánh song song tư duy giải quyết vấn đề giữa hàm cấu trúc và lớp đối tượng qua mã nguồn thực thi cụ thể; đồng thời hỗ trợ song song hai môi trường thực hành Turbo C++ 3.0 và Code::Blocks 13.12.

4. Phương pháp tự học giáo trình đạt hiệu quả cao nhất?

Người học nên kết hợp đọc lý thuyết với việc gõ trực tiếp gần 100 chương trình mẫu vào môi trường biên dịch, quan sát các trường hợp bắt lỗi biên dịch được tác giả phân tích và giải quyết các bài toán thuật toán ở phần phụ lục.

5. Giáo trình có cung cấp tài liệu bổ trợ hay mã nguồn kèm theo không?

Mã nguồn của các chương trình minh họa trong giáo trình được tác giả cung cấp chính thức qua liên kết tải về trên hệ thống trang web của đơn vị liên kết xuất bản (Nhà sách Huy Hoàng tại địa chỉ huyhoangbook.vn).

---

Kết luận

Giáo trình C++ & Lập trình hướng đối tượng của GS. Phạm Văn Ất và Lê Trường Thông cung cấp hệ thống kiến thức học thuật hoàn chỉnh về mô hình lập trình hướng đối tượng trên nền tảng ngôn ngữ C++. Giá trị cốt lõi của công trình nằm ở tính chuẩn mực về mặt cú pháp, sự gắn kết chặt chẽ giữa lý thuyết lớp/đối tượng với kỹ thuật quản lý bộ nhớ máy tính, cùng hệ thống minh họa mã nguồn cụ thể, có thể biên dịch trực tiếp.

Lộ trình học tập đề xuất theo giáo trình gồm 4 giai đoạn: làm chủ môi trường biên dịch (Code::Blocks / Turbo C++); làm chủ các mở rộng cú pháp hàm và biến tham chiếu; làm chủ 4 đặc trưng hướng đối tượng (đóng gói, hàm tạo/hủy, thừa kế, đa hình); và ứng dụng phát triển module nâng cao thông qua xử lý luồng vào/ra, đồ họa và phân tích thiết kế hệ thống tại 5 phụ lục tra cứu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 + C++ & LẬP TRÌNH HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG Trong chương này trình bày các vấn để sau: - Cách sử dụng phần mềm TC++ 3. - Những sửa đổi cần thiết một chương trình c để biến nó thành một chương trình C++ (chạy được trong môi trường C++). - Tóm lược về các phương pháp ỉập trình cấu trúc và lập trình hướng đối tượng. - Những mở rộng của C++ so với c.0 Các ví dụ trong cuốn sách này sẽ viết và thực hiện trên môi trường TC++ 3.

Bộ cài đặt TC++ 3. Sau khi cài đặt (giả sử vào thư mục C:\TC) thì trong thư mục TC sẽ gổm các thư mục con sau: C:\TC\BGI chứa các tệp đuôi BGI và CHR C:\TC\BIN chứa các tệp chương trình (đuôi EXE) như TC, TCC, TLIB, 'LINK C:\TC\INCLUDE chứa các tệp tiêu để đuôi H C:\TC\LIB chứa các tệp đuôi LIB, OBJ Để vào môi trường của TC++ chỉ cần thực hiện tệp chương trình TC trong thư mục C:\TC\BIN. Kết quả nhận được hệ menu chính của TC++ với màu nển xanh gẩn giống như hệ menu quen thuộc của TC (Turbo C). Hệ menu của TC++ gổm các menu: File, Edit, Search, Run, Compile, Debug, Project, Options, Window, Help.

Cách soạn thảo, biên dịch và chạy chương trình trong TC++ cũng giống như trong TC, ngoại trừ điểm sau: Tệp chương trình trong hệ soạn thảo của TC++ có đuôi mặc định là CPP còn trong TC thì tệp chương trình luôn có đuôi c. Trong TC++ có thể thực hiện cả chương trình c và C++. Để thực hiện chương trình c cần dùng đuôi c để đặt tên cho tệp chương trình, để thực hiện chương trình C++ cần dùng đuôi CPP để đặt tên cho tệp chương trình. C++ VÀ c - Có thể nói C++ là sự mở rộng (đáng kể) của c.

Điều đó có nghĩa là mọi khả năng, mọi khái niệm trong c đều dùng được trong C++. - Vì trong C++ sử dụng gần như toàn bộ các khái niệm, định nghĩa, các kiểu dữ liệu, các cấu trúc lệnh, các hàm và các công cụ khác của c , nên yêu cầu bắt buộc đối với các độc giả C++ là phải biết sử dụng tương đối thành thạo ngôn ngữ c. - Vì C++ là sự mở rộng của c , nên bản thân một chương trình c đã là chương trình C++ (chỉ cần thay đuôi c bằng đuôi CPP). Tuy nhiên Trình biên dịch TC++ yêu cầu mọi hàm chuẩn dùng trong chương trình đều phải khai báo nguyên mẫu bằng một câu lệnh #include, trong khi điều này không bắt buộc đối với Trình biên dịch của TC.

Trong c có thể dùng một hàm chuẩn mà bỏ qua câu lệnh #include để khai báo nguyên mẫu của hàm được dùng. Điểu này không báo lỗi khi biên dịch, nhưng có thể dẫn đến kết quả sai khi chạy chương trình. Ví dụ khi biên dịch chương trình sau trong môi trường c sẽ không gặp các dòng cảnh báo (warning) và thông báo lỗi (error). Nhưng khi chạy sẽ nhận được kết quả sai.h> void m a i n () { íloat a, b, c, p, s; p r i n t f ("\nNhap a, b, c: "); scanf("%f%f%f", &a, &b, &c); p = (a + b + c) / 2; s = sqrt (p * (p - a) * (p - b) * (p - c) ) ; p r i n t f ("\nDien tich = %0.2f", s) ; g e t c h (); } Nếu biên dịch chương trình này trong TC++ sẽ nhận được các thông báo lỗi sau: Eror: Funtion 'sqrt' should have a prototỵpe Eror: Funtion 'getch' should have a prototỵpe Để biến chương trình trên thành một chương trình C++ cần: + Đặt tên chương trình với đuôi CPP + Thêm 2 câu lệnh #include để khai báo nguyên mẫu cho các hàm sqrt, getch: #include <math.h> {11} Lộp trình C++ §3.

LẬP • TRÌNH CẤU TRÚC & LẬP • TRÌNH HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG • 3. Phương pháp lập trinh cấu trúc - Tư tưởng chính của lập trình cấu trúc là tổ chức chương trình thành các chương trình con. Trong PASCAL có 2 kiểu chương trình con là thủ tục và hàm. Trong c chỉ có một loại chương trình con là hàm.

Hàm là một đơn vị chương trình độc lập dùng để thực hiện một phần việc nào đó như: Nhập số liệu, in kết quả hay thực hiện một số tính toán. Hàm cần có đối và các biến, mảng cục bộ dùng riêng cho hàm. Việc trao đổi dữ liệu giữa các hàm thực hiện thông qua các đối và các biến toàn bộ. Các ngôn ngữ như c, PASCAL, FOXPRO là các ngôn ngữ cho phép triển khai phương pháp lập trình cấu trúc.

Một chương trình cấu trúc gồm các cấu trúc dữ liệu (như biến, mảng, bản ghi) và các hàm, thủ tục. Nhiệm vụ chính của việc tổ chức thiết kế chương trình cấu trúc là tổ chức chương trình thành các hàm, thủ tục: Chương trình sẽ bao gổm các hàm, thủ tục nào. Ví dụ xét yêu cầu sau: Viết chương trình nhập toạ độ (x, y) của một dãy điểm, sau đó tìm một cặp điểm cách xa nhau nhất. Trên tư tưởng của lập trình cấu trúc có thể tổ chức chương trình như sau: + Sử dụng 2 mảng thực toàn bộ Xvà y để chứa toạ độ dãy điểm.

+ Xây dựng 2 hàm: Hàm nhapsl dùng để nhập toạ độ n điểm, hàm này có một đối là biến nguyên n và được khai báo như sau: void nhapsl(int n); Hàm do_dai dùng để tính độ dài đoạn thẳng đi qua 2 điểm có chỉ số là i và j , nó được khai báo như sau: íloat do_dai(int i, int j); Chương trình c cho bài toán trên được viết như sau: #include <stdio.h> íloat xtlOO], y[100]; íloat do_dai(int i, int j) { return sqrt(pow(x[i] - x[jl, 2) + pow(y[i] - y[j], 2) ) ; } void nhapsl(int n) {12} < int ỉ; for (i=l; i<=n; ++i) { p r i n t f ("\nNhap toa do X, y cua diem thu %d: ", i) ; scanf("%f%f", &x[i], &y[ỉ]); } } void main 0 { int n, i, j, imax, jmax; íloat d, dmax; printf("\nSo diem N = "); scanf("%d", &n); nhapsl (n); dmax = do_dai(l, 2); imax = 1; jmax = 2; for (i=l; i<=n-l; ++i) for (j=i+l; j<=n; ++j) { d = do_đai(i, j); if (d > dmax) { dmax = d; imax = i; jmax = j; } } p r i n t f ("\nDoan thang lon nhat co do dai = %0.2f", dmax); printf("\nDi qua 2 diem co chi so la %d, %d", imax, jmax) ; getch 0 ; } 3. Phương pháp lập trình hướng đối tượng + Khái niệm trung tâm của lập trình hướng đối tượng là lớp (class). Có thể xem lớp là sự kết hợp các thành phần dữ liệu và các hàm. Cũng có thể xem lớp là sự mở rộng của cấu trúc trong c (struct) bằng cách đưa thêm vào các phương thức (method) hay còn gọi ỉà hàm thành viên (member function).

Một lóp được định nghĩa như sau: class Tên_lớp { {13} Lập trình C++ // Khai báo các thành phần dù liệu // Khai báo các phuơng thức }; + Các phương thức có thể được viết (xây dựng) bên trong hoặc bên ngoài (phía dưới) phần định nghĩa lớp. + Sử dụng các thành phẩn dữ liệu trong phương thức: Vì phương thức và các thành phẩn dữ liệu thuộc cùng một lớp và vì phương thức được lập lên chủ yếu để xử lý các thành phẩn dữ liệu, nên trong thân của phương thức có quyển truy nhập đến các thành phần dữ liệu (của cùng lớp). + Biến lớp: Sau khi định nghĩa một lớp, có thể dùng tên lớp để khai báo các biến kiểu lớp hay còn gọi là đổi tượng. Mỗi đối tượng sẽ có các thành phần dữ liệu và các phương thức.

Lời gọi một phương thức cần chứa tên đối tượng để xác định phương thức thực hiện từ đối tượng nào. + Một chương trình hướng đối tượng sẽ bao gồm các lớp có quan hệ với nhau. + Việc phân tích, thiết kế chương trình theo phương pháp hướng đối tượng nhằm thiết kế, xây dựng các lớp. + Từ khái niệm lớp nảy sinh hàng loạt khái niệm khác như: Thành phần dữ liệu, phương thức, phạm vi, sự đóng gói, hàm tạo, hàm huỷ, sự thừa kế, lớp cơ sở, lớp dẫn xuất, tương ứng bội, phương thức ảo,.

+ Ưu điểm của việc thiết kế hướng đối tượng là tập trung xác định các lớp p mô tả các thực thể của bài toán. Mỗi lớp đưa vào các thành phần dữ liệu ìa thực thể và xây dựng luôn các phương thức để xử lý dữ liệu. Như vậy việc .ũết kế chương trình xuất phát từ các nội dụng, các vấn để của bài toán. + Các ngôn ngữ thuần tuý hướng đổi tượng (như Smalltalk) chỉ hỗ trợ các khái niệm về lớp, không có các khái niệm hàm.

+ C++ là ngôn ngữ lai, nó cho phép sử dụng cả các công cụ của lớp và hàm. Để minh họa các khái niệm vừa nêu vể lập trình hướng đối tượng, ta trở lại xét bài toán tìm độ dài lớn nhất đi qua 2 điểm. Trong bài toán này ta gặp một thực thể là dãy điểm. Các thành phần dữ liệu của lớp dãy điểm gổm: - Biến nguyên n là số điểm của dãy; - Con trỏ Xkiểu thực trỏ đến vùng nhớ chứa dãy hoành độ; - Con trỏ y kiểu thực trỏ đến vùng nhớ chứa dãy tung độ.

Các phương thức cần đưa vào theo yêu cẩu bài toán gồm: - Nhập tọa độ một điểm; {14} Lập trình C++ - Tính độ dài đoạn thẳng đi qua 2 điểm. Dưới đây là chương trình viết theo thiết kế hướng đối tượng. Để thực hiện chương trình này nhớ đặt tên tệp có đuôi CPP. Xem chương trình ta thấy thêm một điểu mới trong C++ là: Các khai báo biến, mảng có thể viết bất kỳ chỗ nào trong chương trình (tất nhiên phải trước khi sử dụng biến, mảng), tinclude <stdio.h> class daỵdiem { public: int n; íloat *x, *y; íloat do_dai(int i, int j) { return sqrt(pow(x[i] - x[j], 2) + pow(ỵ[i] - ỵ [j ], 2)); } void nhapsl(void); >; void d a ỵ diem::nhapsl(void) { int i; printf("\nSo diem N = "); scanf("%d", &n); X = (íloat*) malloc ( (n+1) *sizeof (float) ) ; ỵ = (íloat*) malloc ( (n+1) *sizeof (float)) ; for (i=l; i<=n; ++i) { p r i n t f ("\nNhap toa do X, ỵ cua diem thu %d: ", i ) ; scanf("%f%f", &x[i], &y[i]); } } void main 0 { daỵdiem p; p.nhapsl 0 ; {15} Lập trình C++ int n, i, j, imax, jmax; float d, dmax; n = p.do_dai(i, j); if (d > dmax) { dmax = d; imax = i; jmax = j; } } printf("\nDoan thang lon nhat co do dai = %0.2f", dmax) ; printf ("\nDi qua 2 diem co chi so la %d, %d", imax, jmax); getch 0; } §4.

MỘT SỐ MỞ RỘNG ĐƠN GIẢN CỦA C++ so VỚI c Trong mục này trình bày một số mở rộng của C++, tuy đơn giản, ngắn gọn nhưng đem lại rất nhiều tiện lợi.