Giáo trình Lập trình hướng đối tượng với C++ - Chương 1: Lập trình hướng đối tượng, phương pháp giải quyết bài toán mới

Ch-¬ng 1

LËp tr×nh h-íng ®èi t-îng

ph-¬ng ph¸p gi¶i quyÕt bµi to¸n míi

Ph-¬ng ph¸p lËp tr×nh

1.

Tõ nhiÒu n¨m nay chóng ta ®· nghe nhiÒu ®Õn thuËt ng÷ “LËp tr×nh h-íng ®èi

t-îng” (OOP - Object Oriented Programming). VËy thùc chÊt nã lµ g×? §Ó hiÓu

®-îc vÊn ®Ò nµy chóng ta b¾t ®Çu nh×n l¹i mét chót lÞch sö ph¸t triÓn c¸c ph-¬ng

ph¸p lËp tr×nh. Vµo nh÷ng ngµy ®Çu ph¸t triÓn cña m¸y tÝnh, khi c¸c phÇn mÒm cßn

rÊt ®¬n gi¶n chØ cì vµi chôc dßng lÖnh, ch-¬ng tr×nh ®-îc viÕt tuÇn tù víi c¸c c©u

lÖnh thùc hiÖn tõ ®Çu ®Õn cuèi. C¸ch viÕt ch-¬ng tr×nh nh- thÕ nµy gäi lµ ph-¬ng

ph¸p lËp tr×nh tuyÕn tÝnh. Khoa häc m¸y tÝnh ngµy cµng ph¸t triÓn, c¸c phÇn mÒm

®ßi hái ngµy cµng phøc t¹p vµ lín h¬n rÊt nhiÒu. §Õn lóc nµy ph-¬ng ph¸p lËp tr×nh

tuyÕn tÝnh tá ra kÐm hiÖu qu¶ vµ cã nh÷ng tr-êng hîp ng-êi lËp tr×nh kh«ng thÓ

kiÓm so¸t ®-îc ch-¬ng tr×nh. ThÕ lµ ph-¬ng ph¸p lËp tr×nh cÊu tróc (LTCT) ra ®êi.

Theo c¸ch tiÕp cËn nµy, ch-¬ng tr×nh ®-îc tæ chøc thµnh c¸c ch-¬ng tr×nh con.

Mçi ch-¬ng tr×nh con ®¶m nhËn xö lý mét c«ng viÖc nhá trong toµn bé hÖ thèng.

Mçi ch-¬ng tr×nh con nµy l¹i cã thÓ chia nhá thµnh c¸c ch-¬ng tr×nh con nhá h¬n.

Qu¸ tr×nh ph©n chia nh- vËy tiÕp tôc diÔn ra cho ®Õn c¸c ch-¬ng tr×nh con nhá nhËn

®-îc ®ñ ®¬n gi¶n. Ng-êi ta gäi ®ã lµ qu¸ tr×nh lµm mÞn dÇn. C¸c ch-¬ng tr×nh con

t-¬ng ®èi ®éc lËp víi nhau, do ®ã cã thÓ ph©n c«ng cho tõng nhãm ®¶m nhËn viÕt

c¸c ch-¬ng tr×nh con kh¸c nhau. Ng«n ng÷ lËp tr×nh thÓ hiÖn râ nÐt nhÊt ph-¬ng

ph¸p lËp tr×nh cÊu tróc chÝnh lµ Pascal. Tuy nhiªn, khi sö dông ph-¬ng ph¸p lËp

tr×nh nµy vÉn cßn gÆp mét khã kh¨n lín lµ tæ chøc d÷ liÖu cña hÖ thèng nh- thÕ nµo

trong m¸y tÝnh. Bëi v× theo quan ®iÓm cña LTCT th× Ch-¬ng tr×nh = CÊu tróc d÷

liÖu + Gi¶i thuËt. §Ó lµm ®-îc viÖc nµy ®ßi hái ng-êi lËp tr×nh ph¶i cã kiÕn rÊt

v÷ng vÒ cÊu tróc d÷ liÖu. Mét khã kh¨n n÷a gÆp ph¶i lµ gi¶i thuËt cña ch-¬ng tr×nh

phô thuéc rÊt chÆt chÏ vµo cÊu tróc d÷ liÖu, do vËy chØ cÇn mét sù thay ®æi nhá ë

cÊu tróc d÷ liÖu còng cã thÓ lµm thay ®æi gi¶i thuËt vµ nh- vËy ph¶i viÕt l¹i ch-¬ng

tr×nh. §iÒu nµy râ rµng kh«ng thÓ thÝch hîp khi ph¶i x©y dùng mét dù ¸n phÇn mÒm

rÊt lín. Mét ph-¬ng ph¸p lËp tr×nh míi ra ®êi ®Ó kh¾c phôc nh-îc ®iÓm nµy vµ ®ã

chÝnh lµ ph-¬ng ph¸p lËp tr×nh h-íng ®èi t-îng (LTH§T). §iÓm c¨n b¶n cña

ph-¬ng ph¸p nµy lµ thiÕt kÕ ch-¬ng tr×nh xoay quanh d÷ liÖu cña hÖ thèng. NghÜa

lµ lóc nµy c¸c thao t¸c xö lý cña hÖ thèng ®-îc g¾n liÒn víi d÷ liÖu vµ nh- vËy mét

sù thay ®æi nhá cña d÷ liÖu chØ ¶nh h-ëng ®Õn c¸c mét sè nhá c¸c hµm xö lý liªn

quan. Sù g¾n kÕt gi÷a d÷ liÖu vµ c¸c hµm xö lý trªn chóng t¹o ra ®èi t-îng. Mét -u

®iÓm n÷a cã ë ph-¬ng ph¸p LTH§T lµ c¸ch tiÕp cËn bµi to¸n trë nªn gÇn gòi víi

thùc tÕ h¬n. §Ó hiÓu râ h¬n vÒ ph-¬ng ph¸p lËp tr×nh nµy, kh«ng g× tèt h¬n lµ

chóng ta ®i vµo mét bµi to¸n cô thÓ, ch¼ng h¹n bµi to¸n quan hÖ gia ®×nh. ë ®©y yªu

-1-

Ng«n ng÷ C++

cÇu lµm thÕ nµo ®Ó thÓ hiÖn ®-îc c¸c mèi quan hÖ gi÷a c¸c thµnh viªn trong mét

gia ®×nh trªn m¸y tÝnh vµ cã thÓ tr¶ lêi ®-îc c©u hái d¹ng kh¸ tæng qu¸t: “A vµ B cã

quan hÖ nh- thÕ nµo trong gia ®×nh ?” víi A vµ B lµ hai c¸ thÓ bÊt kú. Chóng ta sÏ

ph©n tÝch xem c¸ch gi¶i quyÕt bµi to¸n nµy nh- thÕ nµo.

2. Bµi to¸n quan hÖ gia ®×nh

Trong x· héi, mçi ng-êi ®Òu cã mét gia ®×nh, trong ®ã tån t¹i nhiÒu mèi quan

hÖ gia ®×nh kh¸ phøc t¹p nh- «ng, bµ, cha, mÑ, c«, chó, b¸c, v.v. Th«ng th-êng, ®Ó

thÓ hiÖn c¸c mèi quan hÖ nµy ng-êi ta biÓu diÔn b»ng mét s¬ ®å c©y quan hÖ. D-íi

®©y lµ mét vÝ dô biÓu diÔn mét gia ®×nh ba thÕ hÖ b»ng h×nh 1.1.

Mr. Th¾ng

Ms. Nga

Mr. Quang

Mr. H-ng

Ms. V©n

Mr. TuÊn

Ms. H»ng

Miss. Trang

Miss. Mai

H×nh 1.1 C©y quan hÖ trong mét gia ®×nh

§Ó gi¶i quyÕt bµi to¸n nµy theo ph-¬ng ph¸p LTCT, c«ng viÖc ®Çu tiªn lµ ph¶i

x©y dùng mét cÊu tróc d÷ liÖu thÓ hiÖn ®-îc c©y quan hÖ trªn. Tr«ng qua cã vÎ lµ

®¬n gi¶n nh-ng nÕu thö lµm xem sÏ thÊy kh«ng ®¬n gi¶n chót nµo, thËm chÝ cßn

khã. Bëi v× nã ®ßi hái ng-êi lËp tr×nh ph¶i rÊt thµnh th¹o sö dông con trá, ph¶i x©y

dùng ®-îc gi¶i thuËt cËp nhËt th«ng tin trªn c©y quan hÖ. C¸c gi¶i thuËt nµy t-¬ng

®èi phøc t¹p ®èi víi mét cÊu tróc d÷ liÖu nh- trong bµi to¸n. Yªu cÇu cña bµi to¸n

lµ tr¶ lêi ®-îc c©u hái d¹ng nh- “H-ng vµ Mai cã quan hÖ nh- thÕ nµo ?”. C©u tr¶

lêi cña ch-¬ng tr×nh ph¶i lµ “H-ng lµ anh hä cña Mai”. §Ó cã thÓ thùc hiÖn ®-îc

nh- vËy, râ rµng chóng ta ph¶i x©y dùng ®-îc gi¶i thuËt t×m ®-îc mèi quan hÖ gi÷a

hai nót trªn c©y quan hÖ. Mét vÊn ®Ò phøc t¹p vµ tÕ nhÞ h¬n lµ tªn gäi cho c¸c mèi

quan hÖ gia ®×nh ë ViÖt nam rÊt phong phó! Mét khã kh¨n lµ ph¶i vÐt c¹n hÕt c¸c

mèi quan hÖ cã thÓ cã trªn mét c©y quan hÖ. Mét khã kh¨n n÷a gÆp ph¶i lµ khi cÇn

ph¸t triÓn, ch-¬ng tr×nh ph¶i qu¶n lý ®-îc nhiÒu gia ®×nh cïng mét lóc vµ c¸c gia

®×nh nµy cã mèi quan hÖ th«ng gia víi nhau. H×nh 1.2 lµ s¬ ®å quan hÖ ®-îc ph¸t

triÓn tõ s¬ ®å vÝ dô trªn minh ho¹ cho vÊn ®Ò nµy.

-2-

LËp tr×nh h-íng ®èi t-îng

Mr. Th¾ng

Ms. Nga

Mr. Thµnh

Ms. Lan

-

Mr. Quang

Ms. V©n

Mr. TuÊn

Ms. H»ng

-

- - -

Mr. H-ng

Miss. Trang

Miss. Mai

H×nh 1.2 Më réng quan hÖ gi÷a c¸c gia ®×nh

Mét c©u hái ®Æt ra: “LiÖu víi cÊu tróc d÷ liÖu cò cã ®¶m b¶o gi¶i quyÕt ®-îc

vÊn ®Ò nµy kh«ng ?”. Râ rµng c©u tr¶ lêi lµ kh«ng. S¬ ®å quan hÖ trªn h×nh vÏ sÏ

ph¶i m« t¶ quan hÖ cña mét gia ®×nh. ChØ víi chót Ýt sù thay ®æi vÒ cÊu tróc d÷ liÖu

còng dÉn ®Õn mét lo¹t vÊn ®Ò ®ßi hái ph¶i viÕt l¹i c¸c gi¶i thuËt cña ch-¬ng tr×nh.

Ph-¬ng ph¸p lËp tr×nh míi h-íng ®èi t-îng cho phÐp chóng ta kh¾c phôc ®-îc c¸c

vÊn ®Ò ®· nªu ra. Trong suèt c¸c tr×nh bµy cña cuèn s¸ch nµy sÏ cè g¾ng nªu bËt

®-îc c¸ch gi¶i quyÕt vÊn ®Ò nhê LTH§T.

Theo c¸ch tiÕp cËn LTH§T, bµi to¸n quan hÖ gia ®×nh ®-îc xem xÐt d-íi gãc

®é qu¶n lý tËp c¸c ®èi t-îng Con ng-êi. §Ó biÕt mèi quan hÖ gia ®×nh cña mçi c¸

thÓ, cÇn thÓ hiÖn mét sè quan hÖ c¬ b¶n nh- cha, mÑ, anh em, con c¸i, vî chång cña

c¸ thÓ ®ã. Nh- vËy, mçi ®èi t-îng con ng-êi cña bµi to¸n cã c¸c thuéc tÝnh riªng,

nãi lªn r»ng cha mÑ, anh em, v.v.. cña hä lµ ai. Ngoµi ra còng cÇn cã mét thuéc tÝnh

n÷a cho biÕt tªn c¸ thÓ lµ g×. Cã thÓ m« t¶ mét líp c¸c ®èi t-îng con ng-êi nh-

h×nh 1.3.

Con ng-êi

Tªn

?

Cha ?

MÑ ?

Anh em ?

Con c¸i ?

Vî / Chång ?

H×nh 1.3 M« t¶ mét líp c¸c ®èi t-îng con ng-êi

NÕu chØ cã nh- vËy th× ch¼ng kh¸c g× mét cÊu tróc hay b¶n ghi trong cÊu tróc

d÷ diÖu ®-îc sö dông ë ph-¬ng ph¸p LTCT. VÊn ®Ò ë ®©y lµ ph-¬ng ph¸p LTH§T

xem c¸c mèi quan hÖ trong gia ®×nh ®-îc h×nh thµnh mét c¸ch tù nhiªn do c¸c sù

kiÖn cô thÓ trong cuéc sèng t¹o nªn. VÝ dô, khi ng-êi phô n÷ sinh con, ®øa con c«

-3-

Ng«n ng÷ C++

ta sinh ra sÏ cã mÑ lµ c« ta vµ cha lµ chång c« ta, ®ång thêi anh chång ph¶i ®-îc

cËp nhËt ®Ó cã thªm ®øa con nµy. Nh÷ng ®øa con tr-íc cña c« ta sÏ cã thªm ®øa em

nµy vµ ®øa bÐ cã thªm nh÷ng ng-êi anh hoÆc ng-êi chÞ ®ã. DÔ dµng thÊy r»ng cã

hai sù kiÖn chÝnh t¸c ®éng ®Õn mèi quan hÖ gia ®×nh lµ sù sinh con cña ng-êi phô

n÷ vµ h«n nh©n gi÷a hai c¸ thÓ kh¸c giíi trong x· héi. C¸c sù kiÖn nµy g¾n liÒn víi

tõng con ng-êi trong bµi to¸n. §iÒu nµy cã nghÜa lµ khi nãi ®Õn mét sù kiÖn nµo th×

ph¶i chØ ra nã ®-îc ph¸t sinh bëi ng-êi nµo. VÝ dô, khi nãi sù kiÖn sinh con th× ph¶i

biÕt ng-êi nµo sinh. Khi mét sù kiÖn cña mét con ng-êi nµo ®ã x¶y ra (vÝ dô nh-

sinh con) th× c¸c thuéc tÝnh cña chÝnh anh ta sÏ bÞ thay ®æi, ®ång thêi thuéc tÝnh cña

mét sè ®èi t-îng liªn quan còng cã thÓ thay ®æi theo. Qu¸ tr×nh ®ãng gãi gi÷a c¸c

sù kiÖn vµ thuéc tÝnh sÏ t¹o ra §èi t-îng, kh¸i niÖm c¬ b¶n cña ph-¬ng ph¸p

LTH§T. Mét m« t¶ chung cho c¸c ®èi t-îng con ng-êi cña bµi to¸n ®-îc gäi lµ

mét Líp. H×nh 1.4 minh ho¹ mét líp Con ng-êi cã thªm c¸c sù kiÖn cña bµi to¸n.

Con ng-êi

Tªn

?

Cha ?

MÑ ?

Anh em ?

Con c¸i ?

Vî / Chång ?

Sinh con

C-íi

H×nh 1.4 C¸c sù kiÖn bæ sung g¾n víi con ng-êi.

Sau khi ®· g¾n kÕt c¸c sù kiÖn vµo ®èi t-îng nh- trªn, vÊn ®Ò lµ t¹o mét s¬ ®å

quan hÖ gia ®×nh nh- thÕ nµo. D-íi ®©y lµ mét vÝ dô minh ho¹ viÖc t¹o ra mét quan

hÖ gia ®×nh dùa trªn c¸c sù kiÖn cuéc sèng. Gi¶ thiÕt lµ ®· cã hai ®èi t-îng lµ «ng

Th¾ng vµ bµ Mai.

Mr. Th¾ng

Ms. Mai

Miss. Nga

Mr. TuÊn

-4-

LËp tr×nh h-íng ®èi t-îng

C¸c sù kiÖn ®Ó t¹o ra c©y quan hÖ trªn cã thÓ viÕt theo trËt tù nh- sau:

Th¾ng.C-íi (Mai)

Mai.Sinh con (g¸i, Nga)

Mai.Sinh con (trai,TuÊn)

§èi t-îng t¹o sù kiÖn . Sù kiÖn ( th«ng sè kÌm theo sù kiÖn )

C¸c sù kiÖn viÕt theo có ph¸p:

Nh- vËy c¸c b¹n ®· thÊy r»ng chóng ta kh«ng cÇn ph¶i quan t©m ®Õn c¸ch t¹o

mét cÊu tróc c©y quan hÖ nh- thÕ nµo bªn trong d÷ liÖu cña ch-¬ng tr×nh mµ vÉn cã

thÓ cung cÊp d÷ liÖu bµi to¸n cho ch-¬ng tr×nh th«ng qua c¸c sù kiÖn nh- trªn.

Chóng ta quay l¹i vÊn ®Ò chÝnh cña bµi to¸n lµ tr¶ lêi c¸c c©u hái vÒ mèi quan hÖ

gia ®×nh nh- thÕ nµo khi tiÕp cËn bµi to¸n theo ph-¬ng ph¸p nµy. §Ó tr¶ lêi ®-îc

c©u hái tæng qu¸t “X vµ Y cã quan hÖ gia ®×nh nh- thÕ nµo ?” ta cÇn ph¶i tr¶ lêi c¸c

c©u hái nhá nh- “X cã ph¶i lµ anh cña Y kh«ng ?”, “X cã ph¶i lµ «ng néi cña Y

kh«ng ?”, v.v.. C©u hái cã thÓ nh×n tõ gãc ®é ®èi t-îng X nh- : “§èi t-îng cã ph¶i

lµ anh cña Y kh«ng ?”, “cã ph¶i lµ «ng néi cña Y kh«ng ?”, v.v.. Nh- vËy c©u hái

lóc nµy ®· giao vÒ cho ®èi t-îng ®Ó tr¶ lêi. C¸c ®èi t-îng lóc nµy cÇn ph¶i cã c¸c

ph-¬ng thøc ®Ó tr¶ lêi c¸c c©u hái nh- vËy. Vµ b©y giê mét líp ®èi t-îng Con

ng-êi ®-îc minh ho¹ nh- h×nh 1.5.

Con ng-êi

Tªn ?

Cha ?

MÑ ?

Anh em ?

Con c¸i ?

Vî / Chång ?

Sinh con

C-íi

Lµ anh

Lµ «ng néi

.......

H×nh 1.5 Thªm c¸c ph-¬ng thøc tr¶ lêi c©u hái

Ta xem xÐt c¸c ®èi t-îng tr¶ lêi c¸c c©u hái nh- thÕ nµo? Ch¼ng h¹n X tr¶ lêi

c©u hái “§èi t-îng cã ph¶i lµ anh cña Y kh«ng ?” hoµn toµn ®¬n gi¶n. Nã chØ cÇn

kiÓm tra xem Y cã ph¶i lµ anh em mµ trong thuéc tÝnh cña nã l-u gi÷ kh«ng. Hoµn

-5-

Ng«n ng÷ C++

toµn t-¬ng tù ®èi víi c¸c c©u hái quan hÖ gÇn nh- lµ em, lµ chÞ, lµ bè, lµ mÑ,... Cßn

c©u hái nh- “§èi t-îng cã ph¶i lµ «ng néi cña Y kh«ng ?” phøc t¹p h¬n chót Ýt. §Ó

tr¶ lêi ®-îc c¸c c©u hái cã quan hÖ xa nh- thÕ ta ph¶i dùa vµo kÕt qu¶ tr¶ lêi cña

c¸c c©u hái vÒ c¸c quan hÖ gÇn gòi h¬n. §Ó biÕt ®-îc X ®óng lµ «ng néi cña Y th×

ph¶i chØ ra mét ng-êi Z nµo ®ã mµ X lµ bè cña Z vµ Z lµ bè cña Y. NÕu kh«ng chØ

ra ®-îc Z th× X kh«ng ph¶i lµ «ng néi cña Y. ViÖc t×m kiÕm Z hoµn toµn ®¬n gi¶n

bëi v× ch-¬ng tr×nh qu¶n lý tËp c¸c ®èi t-îng con ng-êi. H·y t×m Z trong tËp ®èi

t-îng Con ng-êi. Cã thÓ thÊy c©u hái ban ®Çu ®· ®-îc ph©n chia thµnh hai c©u hái

®¬n gi¶n víi chóng mµ ®· cã c¸ch tr¶ lêi. Tãm l¹i, c¸c vÊn ®Ò cña bµi to¸n ®· ®-îc

gi¶i quyÕt khi tiÕp cËn theo ph-¬ng ph¸p LTH§T. Mét lîi ®iÓm cã thÓ thÊy ngay lµ

bµi to¸n ®-îc ph©n tÝch rÊt gÇn víi thùc tÕ vµ tù nhiªn.

Trªn ®©y míi chØ lµ sù ph©n tÝch s¬ khai bµi to¸n dùa theo ph-¬ng ph¸p

LTH§T. §Ó lµm hoµn chØnh ®-îc bµi to¸n cßn cÇn mét sè kÜ thuËt cña LTH§T nh-

tÝnh kÕ thõa, tÝnh ®a h×nh, ... Chóng t«i hy väng r»ng qua sù ph©n tÝch mét bµi to¸n

nhá trªn ®· chøng tá ®-îc lîi Ých cña ph-¬ng ph¸p LTH§T. Trong môc tiÕp theo

chóng t«i sÏ tãm t¾t vµ ®-a ra tæng quan s¬ bé vÒ LTH§T.

3. LËp tr×nh h-íng ®èi t-îng

LËp tr×nh h-íng ®èi t-îng ®Æt träng t©m vµo ®èi t-îng, yÕu tè quan träng

trong qu¸ tr×nh ph¸t triÓn ch-¬ng tr×nh vµ kh«ng cho phÐp d÷ liÖu biÕn ®éng tù do

trong hÖ thèng. D÷ liÖu ®-îc g¾n chÆt víi c¸c hµm thµnh c¸c vïng riªng mµ chØ cã

c¸c hµm ®ã t¸c ®éng lªn vµ cÊm c¸c hµm bªn ngoµi truy nhËp tíi mét c¸ch tuú tiÖn.

LTH§T cho phÐp chóng ta ph©n tÝch bµi to¸n thµnh c¸c thùc thÓ ®-îc gäi lµ c¸c ®èi

t-îng vµ sau ®ã x©y dùng c¸c d÷ liÖu cïng c¸c hµm xung quanh c¸c ®èi t-îng ®ã.

C¸c ®èi t-îng cã thÓ t¸c ®éng, trao ®æi th«ng tin víi nhau th«ng qua c¬ chÕ th«ng

b¸o (message). Tæ chøc mét ch-¬ng tr×nh h-íng ®èi t-îng cã thÓ m« t¶ nh- trong

h×nh 1.6.

§èi t-îng A

§èi t-îng B

message

D÷ liÖu

§èi t-îng C

D÷ liÖu

H×nh 1.6 C¸c ®èi t-îng trao ®æi qua th«ng b¸o

LTH§T cã c¸c ®Æc tÝnh chñ yÕu sau:

1. TËp trung vµo d÷ liÖu thay cho c¸c hµm

-6-

LËp tr×nh h-íng ®èi t-îng

2. Ch-¬ng tr×nh ®-îc chia thµnh c¸c ®èi t-îng.

3. C¸c cÊu tróc d÷ liÖu ®-îc thiÕt kÕ sao cho ®Æc t¶ ®-îc ®èi t-îng.

4. C¸c hµm thao t¸c trªn c¸c vïng d÷ liÖu cña ®èi t-îng ®-îc g¾n víi cÊu

tróc d÷ liÖu ®ã.

D÷ liÖu ®-îc ®ãng gãi l¹i, ®-îc che giÊu vµ kh«ng cho phÐp c¸c hµm

ngo¹i lai truy nhËp tù do.

5.

6. C¸c ®èi t-îng t¸c ®éng vµ trao ®æi th«ng tin víi nhau qua c¸c hµm

7. Cã thÓ dÔ dµng bæ sung d÷ liÖu vµ c¸c hµm míi vµo ®èi t-îng nµo ®ã

khi cÇn thiÕt

8. Ch-¬ng tr×nh ®-îc thiÕt kÕ theo c¸ch tiÕp cËn tõ d-íi lªn (bottom-up).

Sau ®©y lµ mét sè kh¸i niÖm ®-îc sö dông trong LTH§T.

3.1 Mét sè kh¸i niÖm

§èi t-îng (object)

§èi t-îng lµ sù kÕt hîp gi÷a d÷ liÖu vµ thñ tôc (hay cßn gäi lµ c¸c ph-¬ng thøc

- method) thao t¸c trªn d÷ liÖu ®ã. Cã thÓ ®-a ra c«ng thøc ph¶n ¸nh b¶n chÊt kü

thuËt cña LTH§T nh- sau:

§èi t-îng = D÷ liÖu + Ph-¬ng thøc

Líp (class)

Líp lµ mét kh¸i niÖm míi trong LTH§T so víi c¸c kü thuËt lËp tr×nh kh¸c. §ã

lµ mét tËp c¸c ®èi t-îng cã cÊu tróc d÷ liÖu vµ c¸c ph-¬ng thøc gièng nhau (hay nãi

c¸ch kh¸c lµ mét tËp c¸c ®èi t-îng cïng lo¹i). Nh- vËy khi cã mét líp th× chóng ta

sÏ biÕt ®-îc mét m« t¶ cÊu tróc d÷ liÖu vµ ph-¬ng thøc cña c¸c ®èi t-îng thuéc líp

®ã. Mçi ®èi t-îng sÏ lµ mét thÓ hiÖn cô thÓ (instance) cña líp ®ã. Trong lËp tr×nh,

chóng ta cã thÓ coi mét líp nh- lµ mét kiÓu, cßn c¸c ®èi t-îng sÏ lµ c¸c biÕn cã

kiÓu cña líp.

Nguyªn t¾c ®ãng gãi d÷ liÖu

Trong LTCT ta ®· thÊy lµ c¸c hµm hay thñ tôc ®-îc sö dông mµ kh«ng cÇn

biÕt ®Õn néi dung cô thÓ cña nã. Ng-êi sö dông chØ cÇn biÕt chøc n¨ng cña hµm

còng nh- c¸c tham sè cÇn truyÒn vµo ®Ó gäi hµm ch¹y mµ kh«ng cÇn quan t©m ®Õn

nh÷ng lÖnh cô thÓ bªn trong nã. Ng-êi ta gäi ®ã lµ sù ®ãng gãi vÒ chøc n¨ng.

Trong LTH§T, kh«ng nh÷ng c¸c chøc n¨ng ®-îc ®ãng gãi mµ c¶ d÷ liÖu còng

nh- vËy. Víi mçi ®èi t-îng ng-êi ta kh«ng thÓ truy nhËp trùc tiÕp vµo c¸c thµnh

phÇn d÷ liÖu c¶u nã mµ ph¶i th«ng qua c¸c thµnh phÇn chøc n¨ng (c¸c ph-¬ng thøc)

®Ó lµm viÖc ®ã.

Chóng ta sÏ thÊy sù ®ãng gãi thùc sù vÒ d÷ liÖu chØ cã trong mét ng«n ng÷

LTH§T “thuÇn khiÕt” (pure) theo nghÜa c¸c ng«n ng÷ ®-îc thiÕt kÕ ngay tõ ®Çu chØ

-7-

Ng«n ng÷ C++

cho LTH§T. Cßn ®èi víi c¸c ng«n ng÷ “lai” (hybrid) ®-îc x©y dùng trªn c¸c ng«n

ng÷ kh¸c ban ®Çu ch-a ph¶i lµ H§T nh- C++ ®-îc nãi ®Õn trong cuèn s¸ch nµy,

vÉn cã nh÷ng ngo¹i lÖ nhÊt ®Þnh vi ph¹m nguyªn t¾c ®ãng gãi d÷ liÖu.

TÝnh kÕ thõa (inheritance)

Mét kh¸i niÖm quan träng cña LTH§T lµ sù kÕ thõa. Sù kÕ thõa cho phÐp

chóng ta ®Þnh nghÜa mét líp míi trªn c¬ së c¸c líp ®· tån t¹i, tÊt nhiªn cã bæ sung

nh÷ng ph-¬ng thøc hay c¸c thµnh phÇn d÷ liÖu míi. Kh¶ n¨ng kÕ thõa cho phÐp

chóng ta sö dông l¹i mét c¸ch dÔ dµng c¸c module ch-¬ng tr×nh mµ kh«ng cÇn mét

thay ®æi c¸c module ®ã. Râ rµng ®©y lµ mét ®iÓm m¹nh cña LTH§T so víi LTCT.

TÝnh ®a h×nh (polymorphime)

TÝnh ®a h×nh xuÊt hiÖn khi cã kh¸i niÖm kÕ thõa. Gi¶ sö chóng ta cã mét kÕ

thõa líp h×nh tø gi¸c vµ líp h×nh tam gi¸c kÕ thõa tõ líp h×nh ®a gi¸c (h×nh tam gi¸c

vµ tø gi¸c sÏ cã ®Çy ®ñ c¸c thuéc tÝnh vµ tÝnh chÊt cña mét h×nh ®a gi¸c). Lóc nµy

mét ®èi t-îng thuéc líp h×nh tam gi¸c hay tø gi¸c ®Òu cã thÓ hiÓu r»ng nã lµ mét

h×nh ®a gi¸c. MÆt kh¸c víi mçi ®a gi¸c ta cã thÓ tÝnh diÖn tÝch cña nã. Nh- vËy lµm

thÕ nµo mµ mét ®a gi¸c cã thÓ sö dông ®óng c«ng thøc ®Ó tÝnh diÖn tÝch phï hîp víi

nã lµ h×nh tam gi¸c hay tø gi¸c. Ta gäi ®ã lµ tÝnh ®a h×nh.

3.2 C¸c -u ®iÓm cña LTH§T

LTH§T ®em l¹i mét sè lîi thÕ cho ng-êi thiÕt kÕ lÉn ng-êi lËp tr×nh. C¸ch tiÕp

cËn h-íng ®èi t-îng gi¶i quyÕt ®-îc nhiÒu vÊn ®Ò tån t¹i trong qu¸ tr×nh ph¸t triÓn

phÇn mÒm vµ t¹o ra ®-îc nh÷ng phÇn mÒm cã ®é phøc t¹p vµ chÊt l-îng cao.

Ph-¬ng ph¸p nµy më ra mét triÓn väng to lín cho ng-êi lËp tr×nh. Nh÷ng -u ®iÓm

chÝnh cña LTH§T lµ:

1. Th«ng qua nguyªn lý kÕ thõa, chóng ta cã thÓ lo¹i bá ®-îc nh÷ng ®o¹n

ch-¬ng tr×nh lÆp l¹i trong qu¸ tr×nh m« t¶ c¸c líp vµ cã thÓ më réng kh¶

n¨ng sö dông cña c¸c líp ®· x©y dùng mµ kh«ng cÇn ph¶i viÕt l¹i.

2. Ch-¬ng tr×nh ®-îc x©y dùng tõ nh÷ng ®¬n thÓ (®èi t-îng) trao ®æi víi

nhau nªn viÖc thiÕt kÕ vµ lËp tr×nh sÏ ®-îc thùc hiÖn theo quy tr×nh nhÊt

®Þnh chø kh«ng ph¶i dùa vµo kinh nghiÖm vµ kü thuËt nh- tr-íc n÷a. §iÒu

nµy ®¶m b¶o rót ng¾n ®-îc thêi gian x©y dùng hÖ thèng vµ t¨ng n¨ng suÊt

lao ®éng.

3. Nguyªn lý ®ãng gãi hay che giÊu th«ng tin gióp ng-êi lËp tr×nh t¹o ra ®-îc

nh÷ng ch-¬ng tr×nh an toµn kh«ng bÞ thay ®æi bëi nh÷ng ®o¹n ch-¬ng

tr×nh kh¸c.

4. Cã thÓ x©y dùng ®-îc ¸nh x¹ c¸c ®èi t-îng cña bµi to¸n vµo ®èi t-îng

ch-¬ng tr×nh.

5. C¸ch tiÕp cËn thiÕt kÕ ®Æt träng t©m vµo d÷ liÖu, gióp chóng ta x©y dùng

®-îc m« h×nh chi tiÕt vµ dÔ dµng cµi ®Æt h¬n.

-8-

LËp tr×nh h-íng ®èi t-îng

6. C¸c hÖ thèng h-íng ®èi t-îng dÔ më réng, n©ng cÊp thµnh nh÷ng hÖ lín

h¬n.

7. Kü thuËt truyÒn th«ng b¸o trong viÖc trao ®æi th«ng tin gi÷a c¸c ®èi t-îng

lµm cho viÖc m« t¶ giao diÖn víi c¸c hÖ thèng bªn ngoµi trë nªn ®¬n gi¶n

h¬n.

8. Cã thÓ qu¶n lý ®-îc ®é phøc t¹p cña nh÷ng s¶n phÈm phÇn mÒm.

3.3 Nh÷ng øng dông cña LTH§T

LTH§T lµ mét trong nh÷ng thuËt ng÷ ®-îc nh¾c ®Õn nhiÒu nhÊt hiÖn nay

trong c«ng nghÖ phÇn mÒm vµ nã ®-îc øng dông ®Ó ph¸t triÓn phÇn mÒm trong

nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau. Trong sè ®ã, øng dông quan träng vµ næi tiÕng nhÊt hiÖn

nay lµ thiÕt kÕ giao diÖn víi ng-êi sö dông, kiÓu nh- Windows. C¸c hÖ th«ng tin

qu¶n lý trong thùc tÕ th-êng rÊt phøc t¹p, chøa nhiÒu ®èi t-îng víi c¸c thuéc tÝnh

vµ hµm phøc t¹p. §Ó gi¶i quyÕt nh÷ng hÖ th«ng tin phøc t¹p nh- thÕ, LTH§T tá ra

rÊt hiÖu qu¶. C¸c lÜnh vùc øng dông phï hîp víi kü thuËt LTH§T cã thÓ liÖt kª nh-

d-íi ®©y:

C¸c hÖ thèng lµm viÖc theo thêi gian thùc.

*

*C¸c hÖ m« h×nh ho¸ hoÆc m« pháng c¸c qu¸ tr×nh.

*C¸c hÖ c¬ së d÷ liÖu h-íng ®èi t-îng.

C¸c hÖ siªu v¨n b¶n (hypertext), ®a ph-¬ng tiÖn (multimedia).

C¸c hÖ thèng song song vµ m¹ng n¬-ron.

*

C¸c hÖ tù ®éng ho¸ v¨n phßng hoÆc trî gióp quyÕt ®Þnh.

*C¸c hÖ CAD/CAM.

tÝch thiÕt kÕ vµ ph¸t triÓn h-íng ®èi t-îng nãi chung chóng ta hy väng c«ng nghiÖp

phÇn mÒm sÏ cã nh÷ng c¶i tiÕn nh¶y vät kh«ng nh÷ng vÒ chÊt l-îng, mµ cßn gia

t¨ng nhanh vÒ sè l-îng trong t-¬ng lai.

C¸c ng«n ng÷ lËp tr×nh h-íng ®èi t-îng

4.

LTH§T kh«ng ph¶i lµ ®Æc quyÒn cña mét ng«n ng÷ ®Æc biÖt nµo. Còng gièng

nh- kü thuËt lËp tr×nh cã cÊu tróc, c¸c kh¸i niÖm trong LTH§T ®-îc thÓ hiÖn trong

nhiÒu ng«n ng÷ lËp tr×nh kh¸c nhau. Nh÷ng ng«n ng÷ cung cÊp ®-îc nh÷ng kh¶

n¨ng LTH§T ®-îc gäi lµ ng«n ng÷ lËp tr×nh h-íng ®èi t-îng. Tuy vÉn cã nh÷ng

ng«n ng÷ chØ cung cÊp kh¶ n¨ng t¹o líp vµ ®èi t-îng mµ kh«ng cho phÐp kÕ thõa,

do ®ã h¹n chÕ kh¶ n¨ng LTH§T. H×nh 1.7 cho chóng ta mét c¸i nh×n tæng quan vÒ

sù ph¸t triÓn c¸c ng«n ng÷ LTH§T.

-9-

Ng«n ng÷ C++

SIMULA (66)

SMALLTALK (71)

SMALLTALK (80)

ADA (83)

C++ (86)

EIFFEL (90)

ADA (95)

JAVA (95)

H×nh 1.7 Sù ph¸t triÓn cña c¸c ng«n ng÷ LTH§T

C¸c ng«n ng÷ SIMULA, SMALLTALK, JAVA thuéc hä ng«n ng÷ LTH§T

thuÇn khiÕt, nghÜa lµ nã kh«ng cho phÐp ph¸t triÓn c¸c ch-¬ng tr×nh cÊu tróc trªn

c¸c ng«n ng÷ lo¹i nµy. Cßn ng«n ng÷ C++ thuéc lo¹i ng«n ng÷ “lai” bëi v× nã ®-îc

ph¸t triÓn tõ ng«n ng÷ C. Do ®ã trªn C++ vÉn cã thÓ sö dông tÝnh cÊu tróc vµ ®èi

t-îng cña ch-¬ng tr×nh. §iÒu nµy tá ra rÊt phï hîp khi chóng ta míi b¾t ®Çu häc

mét ng«n ng÷ lËp tr×nh. §ã chÝnh lµ lý do mµ chóng t«i sö dông ng«n ng÷ C++ ®Ó

giíi thiÖu ph-¬ng ph¸p LTH§T trong cuèn s¸ch nµy. Mét lý do kh¸c n÷a lµ C++ sö

dông có ph¸p cña ng«n ng÷ C lµ ng«n ng÷ rÊt th«ng dông trong lËp tr×nh chuyªn

nghiÖp.

Ng«n ng÷ lËp tr×nh C++

5.

Vµo n¨m 1983, gi¸o s- Bjarne Stroustrap b¾t ®Çu nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn viÖc

cµi ®Æt kh¶ n¨ng LTH§T vµo ng«n ng÷ C t¹o ra mét ng«n ng÷ míi gäi lµ C++. Tªn

t-¬ng øng víi hai dÊu céng. §Æc ®iÓm thø nhÊt lµ mét sè kh¶ n¨ng më réng so víi

C nh- tham chiÕu, chång hµm, tham sè mÆc ®Þnh... §Æc ®iÓm thø hai chÝnh lµ kh¶

n¨ng LTH§T. HiÖn nay C++ ch-a ph¶i lµ mét ng«n ng÷ hoµn toµn æn ®Þnh. KÓ tõ

khi phiªn b¶n ®Çu tiªn ra ®êi vµo n¨m 1986 ®· cã rÊt nhiÒu thay ®æi trong c¸c phiªn

b¶n C++ kh¸c nhau: b¶n 1.1 ra ®êi vµo n¨m 1986, 2.0 vµo n¨m 1989 vµ 3.0 vµo

n¨m 1991. Phiªn b¶n 3.0 nµy ®-îc sö dông ®Ó lµm c¬ së cho viÖc ®Þnh nghÜa mét

ng«n ng÷ C++ chuÈn (kiÓu nh- Ansi C).

-10-

LËp tr×nh h-íng ®èi t-îng

Trªn thùc tÕ hiÖn nay tÊt c¶ c¸c ch-¬ng tr×nh dÞch C++ ®Òu t-¬ng thÝch víi

®æi tõ mét m«i tr-êng nµy sang m«i tr-êng kh¸c, nh- chóng ta ®· biÕt C++ nh- lµ

mét sù bæ sung kh¶ n¨ng LTH§T vµo ng«n ng÷ C. SÏ cã nhiÒu ng-êi nghÜ r»ng

Tªn thùc tÕ vÉn tån t¹i mét vµi ®iÓm kh«ng t-¬ng thÝch gi÷a ANSI C vµ C++.

MÆt kh¸c còng cÇn thÊy r»ng nh÷ng më réng cã trong C++ so víi Ansi C

kh«ng chØ lµ ®Ó phôc vô cho môc ®Ých t¹o cho ng«n ng÷ kh¶ n¨ng LTH§T. Cã

nh÷ng thay ®æi chØ víi môc ®Ých ®¬n thuÇn lµ t¨ng søc m¹nh cho ng«n ng÷ C hiÖn

thêi.

Ngoµi ra cã mét vµi thay ®æi nhá ë C++ so víi ANSI C nh- sau:

§Þnh nghÜa c¸c hµm: khai b¸o, truyÒn tham sè vµ gi¸ trÞ

*

tr¶ l¹i.

*

Sù t-¬ng thÝch gi÷a c¸c con trá.

TÝnh linh ho¹t cña c¸c h»ng (const).

C¸c ®Æc ®iÓm më réng trong C++

Nh- ®· ®Ò cËp ë trªn C++ chøa c¶ nh÷ng më réng so víi C mµ kh«ng liªn

quan ®Õn kü thuËt h-íng ®èi t-îng. Nh÷ng më réng nµy sÏ ®-îc m« t¶ cô thÓ trong

*

Kh¶ n¨ng viÕt c¸c dßng chó thÝch míi.

Kh¶ n¨ng khai b¸o linh ho¹t h¬n.

Kh¶ n¨ng ®Þnh nghÜa l¹i c¸c hµm: c¸c hµm cïng tªn cã thÓ

thùc hiÖn theo nh÷ng thao t¸c kh¸c nhau. C¸c lêi gäi hµm sÏ dïng kiÓu

vµ sè tham sè ®Ó x¸c ®Þnh ®óng hµm nµo cÇn thùc hiÖn.

Cã thªm c¸c to¸n tö ®Þnh nghÜa bé nhí ®éng míi: new vµ

*

delete.

Kh¶ n¨ng ®Þnh nghÜa c¸c hµm inline ®Ó t¨ng tèc ®é thùc

*

hiÖn ch-¬ng tr×nh.

T¹o c¸c biÕn tham chiÕu ®Õn c¸c biÕn kh¸c.

*

LTH§T trong C++

C++ chøa ®ùng kh¸i niÖm líp. Mét líp bao gåm c¸c thµnh phÇn d÷ liÖu hay lµ

thuéc tÝnh vµ c¸c ph-¬ng thøc hay lµ hµm thµnh phÇn. Tõ mét líp ta cã thÓ t¹o ra

c¸c ®èi t-îng hoÆc b»ng c¸ch khai b¸o th«ng th-êng mét biÕn cã kiÓu lµ líp ®ã

hoÆc b»ng c¸ch cÊp ph¸t bé nhí ®éng nhê sö dông to¸n tö new. C++ cho phÐp

chóng ta ®ãng gãi d÷ liÖu nh-ng nã kh«ng b¾t buéc chóng ta thùc hiÖn ®iÒu ®ã.

lµ sù më réng cña C nªn nã kh«ng thÓ lµ mét ng«n ng÷ LTH§T thuÇn khiÕt ®-îc.

-11-

Ng«n ng÷ C++

C++ cho phÐp ta ®Þnh nghÜa c¸c hµm thiÕt lËp (constructor) cho mét líp. Hµm

thiÕt lËp lµ mét ph-¬ng thøc ®Æc biÖt ®-îc gäi ®Õn t¹i thêi ®iÓm mét ®èi t-îng cña

líp ®-îc t¹o ra. hµm thiÕt lËp cã nhiÖm vô khëi t¹o mét ®èi t-îng: cÊp ph¸t bé nhí,

g¸n c¸c gi¸ trÞ cho c¸c thµnh phÇn d÷ liÖu còng nh- viÖc chuÈn bÞ chç cho c¸c ®èi

t-îng míi. Mét líp cã thÓ cã mét hay nhiÒu hµm thiÕt lËp. §Ó x¸c ®Þnh hµm thiÕt

lËp nµo cÇn gäi ®Õn, ch-¬ng tr×nh biªn dÞch sÏ so s¸nh c¸c ®èi sè víi c¸c tham sè

truyÒn vµo. T-¬ng tù nh- hµm thiÕt lËp, mét líp cã thÓ cã mét hµm huû bá

(destructor), mét ph-¬ng thøc ®Æc biÖt ®-îc gäi ®Õn khi ®èi t-îng ®-îc gi¶i phãng

khái bé nhí.

Líp trong C++ thùc chÊt lµ mét kiÓu d÷ liÖu do ng-êi sö dông ®Þnh nghÜa.

Kh¸i niÖm ®Þnh nghÜa chång to¸n tö cho phÐp ®Þnh nghÜa c¸c phÐp to¸n trªn mét

líp gièng nh- c¸c kiÓu d÷ liÖu chuÈn cña C. VÝ dô ta cã thÓ ®Þnh nghÜa mét líp sè

Còng gièng nh- C, C++ cã kh¶ n¨ng chuyÓn ®æi kiÓu. Kh«ng nh÷ng thÕ, C++

cßn cho phÐp më réng sù chuyÓn ®æi nµy sang c¸c kiÓu do ng-êi sö dông tù ®Þnh

nghÜa (c¸c líp). VÝ dô, ta cã thÓ chuyÓn ®æi tõ kiÓu chuÈn int cña C sang kiÓu sè

phøc mµ ta ®Þnh nghÜa ch¼ng h¹n.

C++ cßn cho phÐp mét líp kÕ thõa cïng mét lóc tõ nhiÒu nhiÒu líp kh¸c nhau (gäi

lµ sù ®a kÕ thõa).

Cuèi cïng C++ cung cÊp nh÷ng thao t¸c vµo ra míi dùa trªn c¬ së kh¸i niÖm

luång d÷ liÖu (flow). Sù -u viÖt cña c¸c thao t¸c nµy ë chç:

Sö dông ®¬n gi¶n.

*

KÝch th-íc bé nhí ®-îc rót gän.

Kh¶ n¨ng ¸p dông trªn c¸c kiÓu do ng-êi sö dông ®Þnh

nghÜa b»ng c¸ch sö dông c¬ chÕ ®Þnh nghÜa chång to¸n tö.

-12-

LËp tr×nh h-íng ®èi t-îng

1.Ph-¬ng ph¸p lËp tr×nh..................................................................................... 1

2.Bµi to¸n quan hÖ gia ®×nh................................................................................2

3.LËp tr×nh h-íng ®èi t-îng...............................................................................6

3.1Mét sè kh¸i niÖm......................................................................................7

3.2C¸c -u ®iÓm cña LTH§T......................................................................... 8

3.3Nh÷ng øng dông cña LTH§T...................................................................9

4.C¸c ng«n ng÷ lËp tr×nh h-íng ®èi t-îng.........................................................9

5.Ng«n ng÷ lËp tr×nh C++

................................................................................

10

-13-