TÀI LIỆU ĐẠI HỌC - godautre PPLT-Chuong 3

TÀI LIỆU ĐẠI HỌC - godautre PPLT-Chuong 3 tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả...

Chương 3

Lập trình hướng đối tượng

• Là phương pháp lập trình hỗ trợ công nghệ đối tượng

• OOP được xem là giúp tăng năng suất, đơn giản hóa độ phức tạp khi bảo trì cũng như mở rộng phần mềm bằng cách cho phép lập trình viên tập trung vào các đối tượng phần mềm ở bậc cao hơn

• Những đối tượng trong một ngôn ngữ OOP là các kết hợp giữa mã

và dữ liệu mà chúng được nhìn nhận như là một đơn vị duy nhất.

• Mỗi đối tượng có một tên riêng biệt và tất cả các tham chiếu đến đối tượng đó được tiến hành qua tên của nó Như vậy, mỗi đối tượng

có khả năng nhận vào các thông báo, xử lý dữ liệu (bên trong của nó), và gửi ra hay trả lời đến các đối tượng khác hay đến môi

trường.

Lập trình hướng đối tượng

(OOP - object-oriented programming)

Đối tượng (Object)

• Đối tượng: Các dữ liệu và chỉ thị được kết hợp vào một đơn vị đầy đủ tạo nên

một đối tượng Đơn vị này tương đương với một chương trình con và vì thế các

đối tượng sẽ được chia thành hai bộ phận chính: phần các phương thức

(method) và phần các thuộc tính (property)

• Trong thực tế, các phương thức của đối tượng là các hàm và các thuộc tính

của nó là các biến, các tham số hay hằng nội tại của một đối tượng (hay nói cách khác tập hợp các dữ liệu nội tại tạo thành thuộc tính của đối tượng)

• Các phương thức là phương tiện để sử dụng một đối tượng trong khi các

thuộc tính sẽ mô tả đối tượng có những tính chất gì.

•

Các phương thức và các thuộc tính thường gắn chặt với thực tế các đặc tính và

sử dụng của một đối tượng

• Mỗi phương thức hay mỗi dữ liệu nội tại cùng với các tính chất được định

nghĩa (bởi người lập trình) được xem là một đặc tính riêng của đối tượng

3.1 Các tính chất cơ bản

Tính trừu tượng (abstraction):

Là khả năng của chương trình bỏ qua hay không chú ý đến một số khía cạnh của thông tin mà nó đang trực tiếp thực hiện, nghĩa là nó có khả năng tập trung vào những cốt lõi cần thiết

Mỗi đối tượng có thể hoàn tất các công việc một cách nội bộ, liên lạc với các đối tượng khác mà không cần cho biết làm cách nào đối tượng tiến hành

được các thao tác Tính chất này thường được gọi là sự trừu tượng của dữ

liệu.

Tính trừu tượng còn thể hiện qua việc một đối tượng ban đầu có thể có một

số đặc điểm chung cho nhiều đối tượng khác như là sự mở rộng của nó

Tính trừu tượng này thường được xác định trong khái niệm gọi là lớp trừu

tượng hay lớp cơ sở trừu tượng.

Tính đóng gói (encapsulation) và che dấu thông tin (information hiding):

Tính chất này không cho phép người sử dụng các đối tượng thay đổi

trạng thái nội tại của một đối tượng

Chỉ có các phương thức nội tại của đối tượng cho phép thay đổi trạng thái của nó

Việc cho phép môi trường bên ngoài tác động lên các dữ liệu nội tại của một đối tượng theo cách nào đó là hoàn toàn tùy thuộc vào người viết mã Đây là tính chất đảm bảo sự toàn vẹn của đối tượng

Tính đa hình (polymorphism):

Thể hiện thông qua việc gửi các thông điệp (message) Việc gửi các thông

điệp này có thể so sánh như việc gọi các hàm bên trong của một đối tượng

Các phương thức dùng trả lời cho một thông điệp sẽ tùy theo đối tượng mà thông điệp đó được gửi tới sẽ có phản ứng khác nhau

Người lập trình có thể định nghĩa một đặc tính (chẳng hạn thông qua tên của các phương thức) cho một loạt các đối tượng gần nhau nhưng khi thi hành thì dùng cùng một tên gọi mà sự thi hành của mỗi đối tượng sẽ tự

động xảy ra tương ứng theo đặc tính của từng đối tượng mà không bị nhầm lẫn

Thí dụ khi định nghĩa hai đối tượng "hinh_vuong" và "hinh_tron" thì có một phương thức chung là "chu_vi" Khi gọi phương thức này thì nếu đối tượng

là "hinh_vuong" nó sẽ tính theo công thức khác với khi đối tượng là

"hinh_tron".

Tính kế thừa (inheritance):

Đặc tính này cho phép một đối tượng có thể có sẵn các đặc tính mà đối tượng khác đã có thông qua kế thừa

Điều này cho phép các đối tượng chia sẻ hay mở rộng các đặc tính sẵn có

mà không phải tiến hành định nghĩa lại

3.2 Một số khái niệm

Lớp (class)

• Một lớp có thể được hiểu là khuôn mẫu để tạo ra các đối tượng

Trong một lớp, người ta thường dùng các biến để mô tả các thuộc tính và các hàm để mô tả các phương thức của đối tượng

• Khi đã định nghĩa được lớp, ta có thể tạo ra các đối tượng từ lớp này Để việc sử dụng được dễ dàng, thông qua hệ thống hàm tạo (constructor), người ta dùng lớp như một kiểu dữ liệu để tạo ra các đối tượng.

Lớp trừu tượng hay lớp cơ sở trừu tượng (abstract class)

• Lớp trừu tượng là một lớp mà nó không thể thực thể hóa thành một đối

tượng thực dụng được Lớp này được thiết kế nhằm tạo ra một lớp có các đặc tính tổng quát nhưng bản thân lớp đó chưa có ý nghĩa (hay không đủ ý nghĩa) để có thể tiến hành viết mã cho việc thực thể hóa

• Thí dụ: Lớp "hinh_thang" được định nghĩa không có dữ liệu nội tại và chỉ có các phương thức (hàm nội tại) "tinh_chu_vi", "tinh_dien_tich" Nhưng vì lớp hinh_thang này chưa xác định được đầy đủ các đặc tính của nó (cụ thể các biến nội tại là tọa độ các đỉnh nếu là đa giác, là đường bán kính và toạ độ tâm nếu là hình tròn, ) nên nó chỉ có thể được viết thành một lớp trừu

tượng Sau đó, người lập trình có thể tạo ra các lớp con chẳng hạn như là lớp "tam_giac", lớp "hinh_tron", lớp "tu_giac", Và trong các lớp con này người viết mã sẽ cung cấp các dữ liệu nội tại (như là biến nội tại r làm bán kính và hằng số nội tại Pi cho lớp "hinh_tron" và sau đó viết mã cụ thể cho các phương thức "tinh_chu_vi" và "tinh_dien_tich")

• Mỗi phương thức thường được định nghĩa là một hàm, các thao tác

để thực hiện hành vi đó được viết tại nội dung của hàm

• Một số loại phương thức đặc biệt:

Hàm tạo (constructor) là hàm được dùng để tạo ra một đối tượng,

cài đặt các giá trị ban đầu cho các thuộc tính của đối tượng đó

Hàm hủy (destructor) là hàm dùng vào việc làm sạch bộ nhớ đã

dùng để lưu đối tượng và hủy bỏ tên của một đối tượng sau khi đã

• Các thuộc tính có thể được xác định kiểu và kiểu của chúng có thể

là các kiểu dữ liệu cổ điển hay đó là một lớp đã định nghĩa từ

trước

Quan hệ giữa lớp và đối tượng

• Lớp trong là cách phân loại các thực thể dựa trên những đặc điểm chung của các thực thể đó Do đó lớp là khái niệm mang tính trừu tượng hóa rất cao

• Một đối tượng là thực thể hóa (instantiate) của một lớp đã được định nghĩa.

• Công cộng (public)

Là một tính chất được dùng để gán cho các phương thức, các biến nội tại,

hay các lớp mà khi khai báo thì người lập trình đã cho phép các câu lệnh bên ngoài cũng như các đối tượng khác được phép dùng đến nó

• Riêng tư (private)

Là sự thể hiện tính chất đóng mạnh nhất (của một đặc tính hay một lớp) Khi dùng tính chất này gán cho một biến, một phương pháp thì biến hay phương pháp đó chỉ có thể được sử dụng bên trong của lớp mà chúng được định nghĩa

• Bảo vệ (protected)

Chỉ có trong nội bộ của lớp đó hay các lớp có quan hệ đặc biệt mới được phép gọi đến hay dùng đến các thành phần được bảo vệ Có sự khác nhau trong các ngôn ngữ lập trình

• Đa kế thừa (multiple inheritance)

Một lớp con có khả năng kế thừa trực tiếp cùng lúc nhiều lớp khác.

3.3 Các nguyên lý thiết kế

hướng đối tượng

1 Xác định lớp đối tượng

• Đặt câu hỏi "Ta đang nói về cái gì" chứ chưa đặt vấn đề "Ta muốn làm

gì", nghĩa là hướng đến đối tuợng trước Để xác định đối tượng cần phải xác dịnh lớp các đối tượng

• Việc xem xét lớp đối tượng đáng quan tâm có thể dựa trên nguyên lý

sau:

Nếu ta nói về vấn đề nào đó bằng cách quy cho nó các tính chất hay

nếu phải thao tác trên các vấn đề này thì cần phải xác định lớp đối tượng cho nó.

trong phần mềm đang tạo ra.

4 Các bước trong thiết kế hướng đối tượng:

(1) Xác định thực thể trong miền:

Làm thế nào để xác định chính xác lớp đối tượng Có các cánh sau:

C1: Xem xét một lõi nhỏ các lớp ban đầu được coi là "hiễn nhiên", rồi trong quá trình thực hiện, có thể thêm vào các lớp mới bằng cách gộp nhón các lớp hiện có

C2: Vét cạn tất cả, trong quá trinh thực hiện sẽ lọai bỏ dần

C3: Gộp nhóm các tính chất và các quan hệ mà chưa rút ra ngay các lớp Sau đó phân lọai các tính chất và từ đó xác định đối tượng

(2) Cấu trúc miền thông qua việc phân tích các tính chất và quan hệ:

Khi đã định xong các lớp, cần phải biết cách tổ chức và liên kết chúng lại

(3) Xác định các thao tác:

Đầu tiên các định các thao tác mà các dối tượng cần thíết phải có sau đó mới nâng dần lên ở dạng trừu tượng hơn Chẳng hạn có thể có thể năng thao tác của một đối tượng X lên cho lớp cơ sở được nó kế thừa và có thể lớp cơ sở thao tác này là "không làm gì cả"

(4) Mô tả chính xác các thao tác:

(5) Cho phép thực hiện

3.4 Hạn chế của phương pháp

lập trình OOP

• OOP mô phỏng đối tượng trong thế giới thực (sinh - họat động - tử ) nhưng không thể làm cho đối tượng tiến hóa Nếu OOP đưa vào các dự đoán

trước cho yêu cầu tiến triển thì phần mềm sẽ nặng nề

• Thực tế, một hệ thống là sự đan xen nhau giữa các yêu cầu Giả sử cần phải thêm một yêu cầu mới cho một object, OOP buộc phải bổ sung thêm code cho object đó Điều này dẫn đến sự chồng chéo giữa các yêu cầu và làm cho hệ thống trở nên lộn xộn, khó bảo trì, phát triển Khi bổ sung thêm một yêu cầu, OOP buộc phải thay đổi các yêu cầu về nghiệp vụ liên quan

3.6 Nhìn qua về OOP trong C++

• public: các thành phần được truy

xuất từ bất kỳ ở đâu đối tượng hiển diện

Lưu ý: Khia báo private có thể không cần

Ví dụ: #include <iostream>

using namespace std;

class CRectangle { int x, y;

public:

void set_values (int,int);

int area () {return (x*y);}

rect.set_values (3,4);

rectb.set_values (5,6);

cout << "rect area: " << rect.area() << endl;

CRectangle rectb (5,6);

cout << "rect area: " << rect.area() << endl; cout << "rectb area: " << rectb.area() << endl; return 0;

}

CRectangle rectb;

cout << "rect area: " << rect.area() << endl; cout << "rectb area: " << rectb.area() << endl; return 0;

}

Lưu ý:

CRectangle rectb; // đúng CRectangle rectb(); // sai

Khi đó, có thể khai báo: CExample ex;

• Nếu có khai báo cấu tử:

class CExample {

public: int a,b,c;

CExample (int n, int m) { a=n; b=m; };

void multiply () { c=a*b; };

• Cấu tử copy:

Nếu khai báo một cấu tử là:

CExample::CExample (const CExample& rv)

CRectangle::CRectangle (int a, int b) {

width = new int;

height = new int;

*width = a;

*height = b;

}

CRectangle::~CRectangle () { delete width;

delete height;

}

int main () { CRectangle rect (3,4), rectb (5,6);

cout << "rect area: " << rect.area() << endl; cout << "rectb area: " << rectb.area() << endl; return 0;

}

void set_values (int, int);

int area (void) {return (width * height);}

};

void CRectangle::set_values (int a, int b) {

width = a;

int main () { CRectangle a, *b, *c;

CRectangle * d = new CRectangle[2];

cout << "a area: " << a.area() << endl;

cout << "*b area: " << b->area() << endl; cout << "*c area: " << c->area() << endl; cout << "d[0] area: " << d[0].area() << endl; cout << "d[1] area: " << d[1].area() << endl; delete[] d;

• Lưu ý cách viết:

Biểu thức Có thể hiểu

&x Điạ chỉ của x

x->y Thành phần y của đối tượng được trỏ bởi x

(*x).y Thành phần y của đối tượng được trỏ bở x (như trên)

x[0] Đối tượng đầu tiên được trỏ bởi x

x[1] Đối tượng thứ hai được trỏ bởi x

x[n] Đối tượng thứ (n+1) được trỏ bởi x

Các toán tử overloading

Có thể sử dụng cú pháp sau để tạo ra các toán tử overloading:

type operator sign (parameters)

int isitme (CDummy& param);

};

int CDummy::isitme (CDummy& param) {

if (&param == this) return true;

else return false;

}

int main () { CDummy a;

CDummy* b = &a;

if ( b->isitme(a) ) cout << "yes, &a is b";

return 0;

}

CDummy * c = new CDummy;

cout << a.n << endl;

void set_values (int, int);

int area () {return (width * height);}

friend CRectangle duplicate (CRectangle);

rectres width = rectparam width *2;

rectres height = rectparam height *2;

return (rectres);

}

int main () { CRectangle rect, rectb;

rect.set_values (2,3);

rectb = duplicate (rect);

cout << rectb.area();

return 0;

{return (width * height);}

void convert (CSquare a);

void set_side (int a)

void CRectangle::convert (CSquare a) {

width = a.side; height = a.side;}

int main () { CSquare sqr;

Kế thừa (Inheritance) giữa các lớp

Cú pháp khai báo lớp kế thừa:

class derived_class_name: public base_class_name

Các thành phần cùng lớp Được Được Được

Các thành phần của lớp dẫn xuất Được Được Không

Không phải là thành phần thuộc lớp

Nhắc lại tính chất của các thành phần trong class:

public: Các thành phần kế thừa được “đưa vào” vùng public của lớp dẫn xuất

protected: Các thành phần kế thừa được “đưa vào” vùng protected của lớp dẫn xuất

private: Các thành phần kế thừa được “đưa vào” vùng private của lớp dẫn xuất

Những gì được kế thừa từ lớp cơ sở?

• Một lớp dẫn xuất kế thừa các thành phần của lớp cơ sở, trừ các thành phần sau:

– Các cấu tử và huỹ tử của nó

– Toán tử operator=()

– Các friend

• Mặc dù các cấu tử và hũy tử của lớp cơ sở không được kế thừa nhưng cấu

tử mặc định (tức cấu tử không tham số), hũy tử mặc định sẽ luôn luôn được gọi khi một đối tượng của lớp dẫn xuất được tạo hoặc bị hũy bỏ

• Nếu lớp cơ sở không định nghĩa cấu tử mặc định hoặc muốn một cấu tử overload được gọi khi một đối tượng của lớp dẫn xuất được tạo thì có thể chỉ ra nó trong mỗi cấu tử của lớp dẫn xuất theo cú pháp:

derived_constr_name ( parameters ) : base_constr_name ( parameters )

{

.

}

contrai (int a) : me (a)

{ cout << “contrai: có tham số\n\n"; }

};

int main () { congai g (0);

Kế thừa bội (Multiple inheritance)

• Một lớp dẫn xuất có thể được kế thừa từ nhiều lớp cơ sở

• Các cấu tử và hũy tử của lớp dẫn xuất cũng có thể thiết lập tương tự như trên

class CTriangle: public CPolygon, public COutput { public:

int area () { return (width * height / 2); } };

int main () { CRectangle rect;

Đa hình (Polymorphism)

• Chúng ta nhớ rằng

int a::b(int c) { } Các lớp

class a: public b { }; Friend và inheritance

cout << r.area() << endl;

cout << t.area() << endl;

Các thành phần ảo (Virtual members)

Một thành phần mà nó có thể phải được định nghĩa lại trong lớp dẫn xuất được hiểu

như là thành phần ảo Để tạo ra thành phần ảo như vậy, ta sử dụng từ khoá virtual.

cout << p1->area() << endl;

cout << p2->area() << endl;

cout << p3->area() << endl;

return 0;

}

20100

Nhận xét: Các tham chiếu của p1,p2,p3 đến CRectangle::area(),

CTriangle::area() và CPolygon::area()