Bài giảng Kỹ Thuật lập trình - Chương 3: Vài kiến thức nâng cao về C, C++ - Vũ Đức Vượng

Ch ươ ng III Vài kiến thức nâng cao về C, C++ 3.1 Mảng Là một dãy hữu hạn các phần tử liên tiếp có cùng kiểu và tên Có thể là 1 hay nhiều chiều , C không giới hạn số chiều của mảng Khai báo theo syntax sau : DataType ArrayName [size]; Or DataType ArrayName [Size1][Size2]...[ Sizen ]; Khởi tạo giá trị cho mảng theo 2 cách C1.Khi khai báo : float y[5]={3.2,1.2,4.5,6.0,3.6} int m[6][2] = {{1,1},{1,2},{2,1},{2,2},{3,1},{3,2}}; char s1[6] ={‘H’,’a’,’n’,’o’,’i’,’\0’}; hoac char s1[6] = “Hanoi”; char s1[] =“Dai hoc Bach Khoa Hanoi”; L=24 int 　　ｍ [][] ={{1,2,3},{4,5,6}}; C2. Khai báo rồi gán giá trị cho từng phần tử của mảng . Ví dụ : int m[4]; m[0] = 1; m[1] = 2; m[2] = 3; m[3] = 4; 3.2 Con trỏ Khái niệm : Giá trị các biến được lưu trữ trong bộ nhớ MT, có thể truy cập tới các giá trị đó qua tên biến , đồng thời cũng có thể qua địa chỉ của chúng trong bộ nhớ . Con trỏ thực chất là 1 biến mà nội dung của nó là địa chỉ của 1 đối tượng khác ( Biến , hàm , nhưng không phải 1 hằng số ). Có nhiều kiểu biến với các kích thước khác nhau , nên có nhiều kiểu con trỏ . Con trỏ int để trỏ tới biến hay hàm kiểu int. Việc sử dụng con trỏ cho phép ta truy nhập tới 1 đối tượng gián tiếp qua địa chỉ của nó . Trong C, con trỏ là một công cụ rất mạnh , linh hoạt Khai báo con trỏ : Syntax : dataType * PointerName ; Chỉ rằng đây là con trỏ Sau khi khai báo , ta được con trỏ NULL, vì nó chưa trỏ tới 1 đối tượng nào . Để sử dụng con trỏ , ta dùng toán tử lấy địa chỉ & PointerName = & VarName Ví dụ : int a; int *p; a=10; p= &a; Để lấy nội dung biến do con trỏ trỏ tới , ta dùng toán tử lấy nội dung * * PointerName Ví dụ : int i,j , *p; i= 5; p= & i; j= *p; *p= j+2; 100 i 102 j 104 p Gán i=5 100 5 i 102 j 104 p 100 5 i 102 j 104 100 p gán p = & i gán J = *p 100 5 i 102 5 j 104 100 p *p = j+2 100 7 i 102 5 j 104 100 p Chú ý Một con trỏ chỉ có thể trỏ tới 1 đối tượng cùng kiểu Toán tử 1 ngôi * và & có độ ưu tiên cao hơn các toán tử số học Ta có thể viết *p cho moi nơi có đối tượng mà nó trỏ tới xuất hiện int x = 5, *p; p = & x; => x=x+10; ~ *p = *p+10; Ta cũng có thể gán nọi dung 2 con trỏ cho nhau : khi đó cả hai con trỏ cùng trỏ tới 1 đối tượng int x=10, *p, *q; p = &x; q = p; => p và q cùng trỏ tới x Các phép toán trên con trỏ Một biến trỏ có thể cộng hoặc trừ với 1 số nguyên n để cho kết quả là 1 con trỏ cùng kiểu , là địa chỉ mới trỏ tới 1 đối tượng khác nằm cách đối tượng đang bị trỏ n phần tử Phép trừ giữa 2 con trỏ cho ta khoảng cách ( số phần tử ) giữa 2 con trỏ Không có phép cộng , nhân , chia 2 con trỏ Có thể dùng các phép gán , so sánh các con trỏ , nhưng cần chú ý đến sự tương thích về kiểu . Ví dụ : char * pchar ; short * pshort ; long * plong ; sau khi xác lập địa chỉ cho các con trỏ , nếu : pchar ++; pshort ++; plong ++; và các địa chỉ ban đầu tương ứng của 3 con trỏ là 100, 200 và 300, thì kết quả ta có các giá trị tương ứng là : 101, 202 và 304 tương ứng Nếu viết tiếp : plong += 5; => plong = 324 pchar -=10; => pchar = 91 pshort +=5; => pshort = 212 Chú ý : ++ và – có độ ưu tiên cao hơn * => *p++ ~ *(p++) tức là tăng địa chỉ mà nó trỏ tới chứ không phải tăng giá trị mà nó chứa . *p++ = *q++ sẽ tương đương : *p = *q; p=p+1; q=q+1; => Cần dùng dấu () để tránh nhầm lẫn Vì cả 2 phép tăng đều diễn ra sau khiphép gán được thực hiện Con trỏ void* L à con trỏ không định kiểu ( void * ).N ó có thể trỏ tới bất kì một loại biến nào. Thực chất một con trỏ void chỉ chứa một địa chỉ bộ nhớ mà không biết rằng tại địa chỉ đó có đối tượng kiểu dữ liệu gì. => không thể truy cập nội dung của một đối tượng thông qua con trỏ void . Để truy cập được đối tượng thì trước hết phải ép kiểu con trỏ void về con trỏ có định kiểu của kiểu đối tượng float x; int y; void *p; // khai báo con trỏ void p = &x; // p chứa địa chỉ số thực x *p = 2.5; // báo lỗi vì p là con trỏ void /* cần phải ép kiểu con trỏ void trước khi truy cập đối tượng qua con trỏ */ *((float*)p) = 2.5; // x = 2.5 p = &y; // p chứa địa chỉ số nguyên y *((int*)p) = 2; // y = 2 Con trỏ và mảng Giả sử ta có : int a[30]; thì & a[0] là địa chỉ phần tử đầu tiên của mảng đó , đồng thời là địa chỉ của mảng . Trong C, tên của mảng chính là 1 hằng địa chỉ = địa chỉ của ftử đầu tiên của mảng a = &a[0]; a+i = & a[i ]; Tuy vậy cần chú ý rằng a là 1 hằng => khong thể dùng nó trong câu lệnh gán hay toán tử tăng , giảm như a++; Xét con trỏ : int *pa; pa = & a[0]; => pa trỏ vào ftử thứ nhất của mảng và : pa +1 sẽ trỏ vào phần tử thứ 2 của mảng *( pa+i ) sẽ là nội dung của a[i ] Con trỏ xâu Ta có : char tinhthanh[30] =“ Da lat”; Tương đương : char * tinhthanh ; tinhthanh =“ Da lat”; Hoặc : char * tinhthanh =“ Da lat”; Ngoài ra các thao tác trên xâu cũng tương tự như trên mảng *(tinhthanh+3) = “l” Chú ý : với xâu thường thì không thể gán trực tiếp như dòng thứ 3 Mảng các con trỏ Con trỏ cũng là một loại dữ liệu nên ta có thể tạo một mảng các phần tử là con trỏ theo dạng thức. * [ ] ;  vd : ch ar *ds[10]; ds là 1 mảng gồm 10 ftử , mỗi ftử là 1 con trỏ kiểu char, đcj dùng để lưu trữ đc của 10 xâu ký tự nào đó Cũng có thẻ khởi tạo trực tiếp các giá trị khi khai báo char * ma[10] = {“ mot”,”hai”,”ba ”...}; Chú ý : cần phân biệt mảng con trỏ và mảng nhiều chiều . Mảng nhiều chiều là mảng thực sự được khai báo và có đủ vùng nhớ dành sẵn cho các ftử . Mảng con trỏ chỉ dành không gian nhớ cho các biến trỏ ( chứa địa chỉ ). Khi khởi tạo hay gán giá trị : cần thêm bộ nhớ cho các ftử sử dụng => tốn nhiều hơn Một ưu điểm khác của mảng trỏ là ta có thể hoán chuyển các đối tượng ( mảng con, cấu trúc ..) được trỏ bởi con trỏ này bằng cách hoán chuyển các con trỏ Ưu điểm tiếp theo là việc truyền tham số trong hàm Ví dụ : Vào ds lớp theo họ và tên , sau đó sắp xếp để in ra theo thứ tự ABC. #include #include #define MAXHS 50 #define MAXLEN 30 int main () { int i, j, count = 0; char ds[MAXHS][MAXLEN ]; char * ptr[MAXHS ], * tmp ; while ( count < MAXHS) { printf (“ Vao hoc sinh thu : %d “,count+1); gets(ds[count ]); if ( strlen(ds[count ] == 0) break; ptr[count ] = ds +count; ++count; } for ( i=0;i<count-1;i++) for ( j =i+1;j < count; j++) if ( strcmp(ptr[i],ptr[j ])>0) { tmp = ptr[i ]; ptr[i ] = ptr[j ]; ptr[j ] = tmp ; } for (i=0;i<count; i++) printf(“\n %d : %s”, i+1,ptr[i]); } Con trỏ trỏ tới con trỏ Bản thân con trỏ cũng là 1 biến , vì vậy nó cũng có địa chỉ và có thể dùng 1 con trỏ khác để trỏ tới địa chỉ đó . **; Ví dụ : int x = 12; int * ptr = &x; int ** ptr_to_ptr = & ptr ; Có thể mô tả 1 mảng 2 chiều qua con trỏ của con trỏ theo công thức : ArrName[i][k ] = *(*( ArrName+i)+k ) Với ArrName+i là địa chỉ của phần tử thứ i của mảng *( ArrName+i ) cho nội dung ftử trên *( ArrName+i)+k là địa chỉ phần tử [ i][k ] Ví dụ : in ra 1 ma tran vuông và công mỗi ftử của MT với 10 #include #define hang 3 #define cot 3 int main() { int mt[hang][cot ] = {{7,8,9},{10,13,15},{2,7,8}}; int i,j ; for (i= o;i < hang;i ++) { for (j=0;j< cot;j ++) printf (“ %d ”, mt[i][j ]); printf(“\n ”); } for (i=0; i< hang;i ++) { for (j=0;j< cot;j ++) { *(*( mt+i)+j )=*(*( mt+i)+j ) +10; printf (“ %d “, *(*( mt+i)+j ); } printf(“\n ”); } } 3.3 Bộ nhớ động – Dynamic memory Cho đến lúc này ta chỉ dùng bộ nhớ tĩnh : tức là khai báo mảng , biến và các đối tượng # 1 cách tường minh trước khi thực hiện ct. Trong thực tế nhiều khi ta không thể xđịnh trước được kích thước bộ nhớ cần thiết để làm việc , và phải trả giá bằng việc khai báo dự trữ quá lớn Nhiều đối tượng có kích thước thay đổi linh hoạt Việc dùng bộ nhớ động cho phép xác định bộ nhớ cần thiết trong quá trình thực hiện của CT, đồng thời giải phóng chúng khi không còn cần đến để dùng bộ nhớ cho việc khác Trong C ta dùng các hàm malloc , calloc , realloc và free để xin cấp phát , tái cấp phát và giải phóng bộ nhớ . Trong C++ ta chỉ dung new và delete Xin cấp phát bộ nhớ : new va delete Để xin cấp phát bộ nhớ ta dùng : = new ; 　　 hoặc = new [ Số ftử ]; dòng trên xin cấp phát một vùng nhớ cho một biến đơn , còn dòng dưới : cho một mảng các phần tử có cùng kiểu với kiểu dữ liệu . Bộ nhớ động được quản lý bởi hệ điều hành , và với môi trương đa nhiệm (multitask interface) thì bộ nhớ này sẽ được chia sẻ giữa hàng loạt các ứng dụng , vì vậy có thể không đủ bộ nhớ . Khi đó toán tử new sẽ trả về con trỏ NULL. ví dụ : int * pds ; pds = new int [200]; if ( pds == NULL) { // thông báo lỗi và xử lý Giải phóng bộ nhớ delete ptr ; // xóa 1 biến đơn delete [] ptr ; // xóa 1 biến mảng ví dụ : #include int main() { int i,n ; long total=100,x,*l; cout > n; l = new long [n]; if (l==NULL) exit(1); for (i=0;i< n;i ++){ cout > l[i ] } Cout << “ Danh sach cac so : \n” for (i=0;i< n;i ++) cout << l[i ] << “,”; delete []l; return 0; } Dùng bộ nhớ động cho mảng Ta có thể coi một mảng 2 chiều là 1 mảng 1 chiều như hình sau : Gọi X là mảng hai chiều có kích thước m dòng và n cột . A là mảng một chiều tương ứng , thì X[i][j ] = A[ i*n + j] Dùng bộ nhớ động cho mảng Với mảng số nguyên 2 chiều có kích thước là R * C ta khai báo như sau : int ** mt ; mt = new int *[R]; int temp = new int [R*C]; for (i=0; i< R; ++i) { mt[i ] = temp; temp += C; 　　　？？？ } / Khai bao xong . Su dung : mt[i][j ] như bình thường . cuối cùng để giải phóng : delete [] mt[0]; // xo á ? Tại sao ? delete [] mt ; CT cộng hai ma trận với mỗi ma trận được cấp phát động #include #include int main() { int M,N; int *A = NULL,*B = NULL,*C = NULL; clrscr (); cout >M; cout >N; // Cấp phát vùng nhớ cho ma trận A if (! AllocMatrix(&A,M,N )) { cout <<" Khong con du bo nho !"<< endl ; return 1; } // Cấp phát vùng nhớ cho ma trận B if (! AllocMatrix(&B,M,N )) { cout <<" Khong con du bo nho !"<< endl ; FreeMatrix(A);//Giải phóng vùng nhớ A return 1; } // Cấp phát vùng nhớ cho ma trận C if (! AllocMatrix(&C,M,N )) { cout <<" Khong con du bo nho !"<< endl ; FreeMatrix(A);//Giải phóng vùng nhớ A FreeMatrix(B);//Giải phóng vùng nhớ B return 1; } cout <<" Nhap ma tran thu 1"<< endl ; InputMatrix(A,M,N,'A '); cout <<" Nhap ma tran thu 2"<< endl ; InputMatrix(B,M,N,'B '); clrscr (); cout <<"Ma tran thu 1"<< endl ; DisplayMatrix(A,M,N ); cout <<"Ma tran thu 2"<< endl ; DisplayMatrix(B,M,N ); AddMatrix(A,B,C,M,N ); cout <<"Tong hai ma tran "<< endl ; DisplayMatrix(C,M,N ); FreeMatrix(A);//Giải phóng vùng nhớ A FreeMatrix(B);//Giải phóng vùng nhớ B FreeMatrix(C);//Giải phóng vùng nhớ C return 0; } // Cộng hai ma trận void AddMatrix(int * A,int * B,int * C,int M,int N) { for(int I=0;I<M*N;++I) C[I] = A[I] + B[I]; } // Cấp phát vùng nhớ cho ma trận int AllocMatrix(int ** A,int M,int N) { *A = new int [M*N]; if (*A == NULL) return 0; return 1; } // Giải phóng vùng nhớ void FreeMatrix(int *A) { if (A!=NULL) delete [] A; } // Nhập các giá trị của ma trận void InputMatrix(int * A,int M,int N,char Symbol) { for(int I=0;I<M;++I) for(int J=0;J<N;++J) { cout <<Symbol<<"["<<I<<"]["<<J<<"]="; cin >>A[I*N+J]; } } // Hiển thị ma trận void DisplayMatrix(int * A,int M,int N) { for(int I=0;I<M;++I) { for(int J=0;J<N;++J) { out.width(7);//canh le phai voi chieu dai 7 ky tu cout <<A[I*N+J]; } cout << endl ; } } Phép tham chiếu Trong C, hàm nhận tham số là con trỏ đòi hỏi chúng ta phải thận trọng khi gọi hàm . Chúng ta cần viết hàm hoán đổi giá trị giữa hai số như sau : void Swap(int *X, int *Y); { int Temp = *X; *X = *Y; *Y = *Temp; } Để hoán đổi giá trị hai biến A và B thì chúng ta gọi hàm như sau : Swap(&A , &B); Rõ ràng cách viết này không được thuận tiện lắm Dùng tham chiếu với c++ void Swap(int &X, int &Y); { int Temp = X; X = Y; Y = Temp ; } Chúng ta gọi hàm như sau : Swap(A , B); Với cách gọi hàm này , C++ tự gởi địa chỉ của A và B làm tham số cho hàm Swap() . Khi một hàm trả về một tham chiếu , chúng ta có thể gọi hàm ở phía bên trái của một phép gán . #include int X = 4; int & MyFunc () { return X; } int main() { cout <<"X="<<X<< endl ; cout <<"X="<< MyFunc ()<< endl ; MyFunc () = 20; // Nghĩa là X = 20 cout <<"X="<<X<< endl ; return 0; } Phép đa năng hóa (Overloading) Với ngôn ngữ C++, chúng ta có thể đa năng hóa các hàm và các toán tử (operator). Đa năng hóa là phương pháp cung cấp nhiều hơn một định nghĩa cho tên hàm đã cho trong cùng một phạm vi. Trình biên dịch sẽ lựa chọn phiên bản thích hợp của hàm hay toán tử dựa trên các tham số mà nó được gọi . Với C, tên hàm phải là duy nhất Đa năng hóa các hàm (Functions overloading) Trong c ta phai dùng 3 hàm để tính trị tuyệt đối : int abs(int i); long labs(long l); double fabs(double d); C++ cho phép chúng ta tạo ra các hàm khác nhau có cùng một tên . int abs(int i); long abs(long l); double abs(double d); #include #include int MyAbs(int X) { return abs(X ); } long MyAbs(long X) { return labs(X ); } double MyAbs(double X) { return fabs(X ); } int main() { int X = -7; long Y = 200000l; double Z = -35.678; cout <<"Tri tuyet doi cua so nguyen "<<X<<" la “ << MyAbs(X )<< endl ; cout <<"Tri tuyet doi cua so nguyen "<<Y<<" la " << MyAbs(Y )<< endl ; cout <<"Tri tuyet doi cua so thuc "<<Z<<" la " << MyAbs(Z )<< endl ; return 0; } Đ a n ă ng ho á to án t ử Trong ngôn ngữ C, khi chúng ta tự tạo ra một kiểu dữ liệu mới, chúng ta thực hiện các thao tác liên quan đến kiểu dữ liệu đó thường thông qua các hàm, điều này trở nên không thoải mái. Ví dụ : cài đặt các phép toán cộng và trừ số phức #include /* Dinh nghia so phuc */ struct SP { double THUC; double Image; } ; SP SetSP(double R,double I); SP AddSP(SP C1,SP C2); SP SubSP(SP C1,SP C2); void DisplaySP(SP C); int main(void) { SP C1,C2,C3,C4; C1 = SetSP(1.0,2.0); C2 = SetSP(-3.0,4.0); cout << "\nSo phuc thu nhat:"; DisplaySP(C1); cout << "\nSo phuc thu hai:"; DisplaySP(C2); C3 = AddSP(C1,C2); C4 = SubSP(C1,C2); cout << "\nTong hai so phuc nay:"; DisplaySP(C3); cout << "\nHieu hai so phuc nay:"; DisplaySP(C4); return 0; } SP SetSP(double R,double I) { SP Tmp; Tmp.THUC = R; Tmp.Image = I; return Tmp; } SP AddSP(SP C1,SP C2) { SP Tmp; Tmp.THUC = C1.THUC+C2.THUC; Tmp.Image = C1.Image+C2.Image; return Tmp; } SP SubSP(SP C1,SP C2) { SP Tmp; Tmp.THUC = C1.THUC-C2.THUC; Tmp.Image = C1.Image-C2.Image; return Tmp; } void DisplaySP(SP C) { cout << C.THUC <<‘ i ’ << C.Image; } C++ Trong ví dụ tr ê n , ta d ùng hàm để cài đặt c ác ph ép to án cộng và trừ hai số phức ; => ph ức t ạp , không thoải mái khi sử dụng , vì thực chất thao tác cộng và trừ là các toán tử chứ không phải là hàm. C++ cho phép chúng ta có thể định nghĩa lại chức năng của các toán tử đã có sẵn một cách tiện lợi và tự nhiên hơn rất nhiều. Điều này gọi là đa năng hóa toán tử . Một hàm định nghĩa một toán tử có cú pháp sau: data_type operator operator_symbol ( parameters ) { } Trong đó: data_type: Kiểu trả về. operator_symbol: Ký hiệu của toán tử. parameters: Các tham số (nếu có). #include //Dinh nghia so phuc struct { double THUC; double AO; }SP; SP SetSP(double R,double I); void DisplaySP(SP C); SP operator + (SP C1,SP C2); SP operator - (SP C1,SP C2); int main() { SP C1,C2,C3,C4; C1 = SetSP(1.1,2.0); C2 = SetSP(-3.0,4.0); cout<<"\nSo phuc thu nhat:"; DisplaySP(C1); cout<<"\nSo phuc thu hai:"; DisplaySP(C2); C3 = C1 + C2; C4 = C1 - C2; cout<<"\nTong hai so phuc nay:"; DisplaySP(C3); cout<<"\nHieu hai so phuc nay:"; DisplaySP(C4); return 0; } SetSP(double R,double I) { SP Tmp; Tmp.THUC = R; Tmp.AO = I; return Tmp; } //Cong hai so phuc SP operator + (SP C1,SP C2) { SP Tmp; Tmp.THUC = C1.THUC+C2.THUC; Tmp.AO = C1.AO+C2.AO; return Tmp; } //Tru hai so phuc SP operator - (SP C1,SP C2) { SP Tmp; Tmp.THUC = C1.THUC-C2.THUC; Tmp.AO = C1.AO-C2.AO; return Tmp; } //Hien thi so phuc void DisplaySP(SP C) { cout<<"("<<C.THUC<<","<<C.AO<<")"; } Các giới hạn của đa năng hóa toán tử: K hông thể định nghĩa các toán tử mới. Hầu hết các toán tử của C++ đều có thể được đa năng hóa. Các toán tử sau không được đa năng hóa là : :: Toán tử định phạm vi. .* Truy cập đến con trỏ là trường của struct hay class . . Truy cập đến trường của struct hay class . ?: Toán tử điều kiện sizeof   C ác ký hiệu tiền xử lý . K hông thể thay đổi thứ tự ưu tiên của một toán tử c ũng nh ư s ố các toán hạng của nó. K hông thể thay đổi ý nghĩa của các toán tử khi áp dụng cho các kiểu có sẵn. Đa năng hóa các toán tử không thể có các tham số có giá trị mặc định.