CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ LẬP TRÌNH HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG Lập trình hướng đối tượng (Object Oriented Programming - OOP) là một mô hình lập trình dựa trên khái niệm Lớp (Class) và Đối tượng (Object). Phương pháp này được sử dụng để cấu trúc một chương trình thành các bản thiết kế đơn giản, tái sử dụng được (thường được gọi là Lớp), và qua đó dựa vào các lớp này để tạo lập các đối tượng. Một số đặc tính, khái niệm cơ bản trong OOP: • Lớp (Class) và Đối tượng (Object) • Trừu tượng hóa dữ liệu (Data abstraction) • Đóng gói (Encapsulation) • Thừa kế (Inheritance) • Đa hình (Polymorphism) Hình 1: Các khái niệm, đặc tính trong OOP Phương pháp lập trình hướng đối tượng giúp lập trình viên dễ dàng vận hành và thay đổi chương trình thông qua việc module hóa các đoạn code (bằng cách tạo ra các Lớp đối tượng), giúp bảo vệ dữ liệu và mô phỏng các khái niệm bên ngoài thế giới thực thông qua tính đóng gói và trừu tượng hóa, cũng như giúp tái sử dụng các đoạn code thông qua tính chất thừa kế. Chúng ta sẽ đi sâu vào phần nội dung của từng khái niệm trong các chương ngay sau đây.
3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN – ĐHQG-HCM BAN HỌC TẬP CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM CHƯƠNG II: LỚP (CLASS), ĐỐI TƯỢNG (OBJECT) VÀ ĐẶC TÍNH ĐÓNG GÓI (ENCAPSULATION) 2. Khái niệm về Lớp (Class) và Đối tượng (Object) Lớp đối tượng là đơn vị đóng gói cơ bản của C++, cung cấp cơ chế tạo ra một đối tượng. Có thể xem rằng lớp là một khuôn mẫu và đối tượng là một thực thể được thể hiện dựa trên khuôn mẫu đó. Hay nói cách khác, lớp là một mô tả trừu tượng của một nhóm các đối tượng có cùng bản chất, ngược lại, mỗi đối tượng là một thể hiện cụ thể cho những mô tả trừu tượng đó.
Một lớp đối tượng bao gồm 2 thành phần chính: • Thành phần dữ liệu (data member), hay còn được gọi là thuộc tính (attribute). • Hàm thành phần (member function), còn có tên gọi khác là phương thức (method), là các hành động mà đối tượng của lớp có thể thực hiện. Ví dụ, trong C++ ta có thể tự định nghĩa một lớp đối tượng có tên là HocSinh với các thuộc tính như mã số sinh viên, họ tên, điểm trung bình và các phương thức như đi, đứng, ngồi, học tập. Sau đó, ta có thể tạo ra các đối tượng khác nhau của lớp HocSinh, chẳng hạn như hs1, hs2, hs3, … với các giá trị khác nhau cho các thuộc tính và các hành vi khác nhau cho các phương thức.
Hình 2: Minh họa cho lớp và đối tượng 4 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN – ĐHQG-HCM BAN HỌC TẬP CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM 2. Khai báo và định nghĩa một Lớp đối tượng mới Trong C++, để định nghĩa một lớp ta bắt đầu bằng từ khóa class, tiếp theo đó là tên của lớp và phần thân lớp được bao bởi cặp dấu {} tạo thành một phạm vi (scope). Việc định nghĩa được kết thúc bằng dấu chấm phẩy. class TenLop { // Thành phần dữ liệu (thuộc tính).
// Hàm thành phần (phương thức). }; Cụ thể hơn, ta sẽ định nghĩa một lớp đối tượng có tên là HocSinh như sau: class HocSinh { private: int mssv; string hoTen; double diemToan; double diemVan; double diemTB; void XuLy(); public: void Nhap(); void Xuat(); }; Ở ví dụ này, lớp đối tượng HocSinh có 5 thuộc tính bao gồm msss, hoTen, diemToan, diemVan, diemTB cùng với 3 phương thức là XuLy, Nhap, Xuat. Các thuộc tính và phương thức của một lớp đối tượng được khai báo giống như khi ta khai báo biến và hàm trong một chương trình. Ngoài ra trong ví dụ trên ta còn sử dụng các từ khóa chỉ định phạm vi truy cập là private và public, phần nội dung này sẽ được nói ở các chương sau.
5 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN – ĐHQG-HCM BAN HỌC TẬP CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM Khai báo một đối tượng: Việc khai báo đối tượng của một lớp được thực hiện tương tự khi ta khai báo một biến bình thường. Ví dụ 1: HocSinh hs1; Trong ví dụ này, ta nói hs1 là một đối tượng thuộc về lớp đối tượng HocSinh. Lớp HocSinh trong trường hợp này giống như một kiểu dữ liệu (do người lập trình tự định nghĩa) nên cũng có thể nói hs1 là một biến có kiểu dữ liệu HocSinh. Ví dụ 2: HocSinh hs1,hs2,hs3; Ở ví dụ này, ta gọi hs1, hs2, hs3 là ba đối tượng thuộc về lớp 1 đối tượng HocSinh.
Hay nói cách khác, lớp đối tượng HocSinh có ba sự thể hiện khác nhau. Lúc này ba biến hs1, hs2, hs3 được cấp phát cho ba vùng nhớ riêng biệt và mỗi biến có thể giữ các giá trị khác nhau tương ứng với từng thuộc tính. Hàm thành phần - Phương thức (Member function - Method) 2. Khái niệm • Phương thức là các khả năng, thao tác mà một đối tượng thuộc về lớp có thể thực hiện.
• Về cơ bản, phương thức cũng không khác so với một hàm bình thường. Nó có thể có hoặc không có tham số và giá trị trả về. Cách gọi phương thức Để gọi một phương thức, ta sử dụng toán tử chấm (dot operator) trên một đối tượng của lớp hoặc toán tử mũi tên (arrow operator) lên một con trỏ giữ địa chỉ của đối tượng thuộc lớp đó, ví dụ: HocSinh hs; hs. 6 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN – ĐHQG-HCM BAN HỌC TẬP CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM 2.
Định nghĩa phương thức Trong ví dụ về lớp HocSinh ở trên ta chỉ mới khai báo các phương thức mà chưa định nghĩa chúng. Các phương thức của một lớp đối tượng phải được khai báo bên trong thân lớp, tuy nhiên việc định nghĩa có thể được thực hiện ở cả bên trong hoặc bên ngoài thân lớp. Ta định nghĩa một phương thức bên trong thân lớp tương tự như khi định nghĩa một hàm bình thường, còn khi muốn định nghĩa một phương thức bên ngoài lớp, ta phải sử dụng toán tử phạm vi (scope operator – dấu ::) để chương trình biết ta đang định nghĩa phương thức của lớp nào. Lúc này phần thân phương thức được xem như đang nằm trong phạm vi của lớp đó.
Cú pháp: KDL_trả_về Tên_lớp::Tên_phương_thức(<Tham_số>) { // Thân phương thức } Ví dụ, phương thức Xuly và Nhap sẽ được định nghĩa bên ngoài lớp HocSinh như sau: void HocSinh::XuLy() { diemTB = (diemToan + diemVan) / 2; } void HocSinh::Nhap() { cout << "Nhap MSSV: "; cin >> mssv; cout << "Nhap ho ten: "; cin.ignore(); getline(cin, hoTen); cout << "Nhap diem toan: "; cin >> diemToan; cout << "Nhap diem van: "; cin >> diemVan; XuLy(); } Tới đây có lẽ nhiều bạn đọc sẽ thắc mắc rằng các biến mssv, hoTen, diemToan, diemVan, diemTB ở đâu ra trong khi các phương thức ở trên không có tham số đầu vào. Để giải thích điều này ta sẽ tìm hiểu về khái niệm con trỏ this. 7 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN – ĐHQG-HCM BAN HỌC TẬP CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM 2. Giới thiệu về con trỏ “this” Trước hết, hãy cùng ôn lại một số kiến thức về con trỏ trong C++: • Ghi nhớ: Miền giá trị của một biến con trỏ là địa chỉ ô nhớ • Trong câu lệnh HocSinh* p = &hs; ta nói p là một biến con trỏ kiểu HocSinh, địa chỉ của đối tượng hs thuộc lớp HocSinh được gán cho biến con trỏ p.
• Con trỏ hằng (constant pointer) là một con trỏ mà địa chỉ nó đang giữ không thể bị thay đổi, ví dụ: HocSinh* const p = &hs Trong ví dụ này, p là một con trỏ hằng, p sẽ giữ địa chỉ của đối tượng hs trong suốt quá trình tồn tại của mình, và ta không thể thay đổi giá trị của p (là địa chỉ ô nhớ). Trở lại vấn đề, con trỏ this là một con trỏ hằng được chương trình tự định nghĩa bên trong một phương thức, nó sẽ giữ và chỉ có thể giữ địa chỉ của đối tượng đang gọi thực hiện phương thức đó. Vì thế, con trỏ this luôn có kiểu trùng với kiểu của lớp đối tượng mà nó thuộc về. Nhìn lại một ví dụ về việc gọi phương thức: hs.
Sau đó, ta có thể dùng con trỏ này để truy cập đến các thuộc tính của đối tượng hs, cũng như dùng nó để gọi các phương thức khác, ví dụ: void HocSinh::Nhap() { //. cin >> this->mssv; // nhập MSSV của hs //. this->XuLy(); // gọi Xuly() trên đối tượng hs } Tuy nhiên để cho gọn, chương trình cho phép ta truy cập trực tiếp đến các thành viên của đối tượng đang gọi thực hiện phương thức. Bất kì tên của thành viên nào được ghi ra mà không nói gì thêm thì thành viên đó sẽ xem như là được truy cập thông qua con trỏ this.
8 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN – ĐHQG-HCM BAN HỌC TẬP CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM 2. Trừu tượng hóa dữ liệu (Data abstraction) và Đóng gói (Encapsulation) Một trong những ý tưởng cơ bản đằng sau việc xây dựng và thiết kế một Lớp đối tượng chính là Trừu tượng hóa dữ liệu (Data abstraction) và Đóng gói (Encapsulation). Trừu tượng hóa dữ liệu là một kỹ thuật lập trình và thiết kế dựa trên sự tách biệt của Giao diện (Interface) và Thực thi (Implementation). Giao diện của một Lớp đối tượng là các hoạt động mà người dùng 1của một Lớp có thể thao tác trên các đối tượng của Lớp đó.
Phần Thực thi bao gồm các dữ liệu thành viên (thuộc tính), phần định nghĩa của các phương thức. Đóng gói chính là quá trình ẩn đi phần Thực thi khỏi người dùng bên ngoài và giới hạn quyền truy cập vào nó. Người dùng của một Lớp chỉ có thể sử dụng Giao diện mà không có quyền truy cập vào phần Thực thi. Một Lớp đối tượng được áp dụng đặc tính Trừu tượng hóa dữ liệu và Đóng gói sẽ tạo thành một kiểu dữ liệu trừu tượng mô phỏng lại một khái niệm bên ngoài thế giới thực.
Những lập trình viên sử dụng Lớp chỉ cần biết một cách trừu tượng rằng đối tượng của Lớp có thể thực hiện các hoạt động gì mà không cần hiểu cách thức thực hiện bên trong. Phạm vi truy xuất Trong C++, chúng ta thực hiện việc đóng gói bằng cách chỉ định phạm vi truy xuất (access specifiers): • Những thành phần được khai báo sau từ khóa public có thể được truy cập ở tất cả các phần của chương trình. Các thành phần public tạo nên giao diện của một Lớp. • Những thành phần được khai báo sau từ khóa private chỉ có thể được truy cập bên trong phạm vi của lớp, bởi các hàm thành viên (phương thức) của một lớp và không thể được truy cập từ bên ngoài lớp.
Phần private ẩn đi (đóng gói) phần thực thi. Ngoài ra còn một loại phạm vi truy xuất nữa là protected sẽ được nói ở phần kế thừa.