Giáo trình Lập trình hướng đối tượng - Bài 3: Xây dựng lớp - Trịnh Thành Tùng

Bài 3 Xây dựng lớp Trịnh Thành Trung trungtt@soict.hust.edu.vn Nội dung 1. Trừu tượng hóa dữ liệu 2. Lớp và thành phần của lớp 3. Xây dựng lớp 4. Tạo và sử dụng đối tượng 5. Thành viên hằng & tĩnh 6. Biểu đồ lớp Trừu tượng hóa dữ liệu Data abstraction 1 4 Trừu tượng hóa • Abstraction − "a concept or idea not associated with any specific instance" • Giảm thiểu và tinh lọc các chi tiết nhằm tập trung vào một số khái niệm/vấn đề quan tâm tại một thời điểm. − Ví dụ: Các định nghĩa toán học: Ký hiệu x được dùng để thể hiện cho các phép nhân 5 Trừu tượng hóa • Trừu tượng hóa điều khiển: Sử dụng các chương trình con (subprogram) và các luồng điều khiển (control flow) − Ví dụ: a := (1 + 2) * 5 + Nếu không có trừu tượng hóa điều khiển, LTV phải chỉ ra tất cả các thanh ghi, các bước tính toán mức nhị phân • Trừu tượng hóa dữ liệu: Xử lý dữ liệu theo các cách khác nhau − Ví dụ: Kiểu dữ liệu + Sự tách biệt rõ ràng giữa các thuộc tính trừu tượng của kiểu dữ liệu và các chi tiết thực thi cụ thể của kiểu dữ liệu đó. 6 Trừu tượng hóa dữ liệu trong LTHĐT • Đối tượng trong thực tế phức tạp • Cần đơn giản hóa, bỏ qua những chi tiết không cần thiết • Chỉ “trích rút” lấy những thông tin liên quan, thông tin quan tâm, quan trọng với bài toán 7 Ví dụ: Điện thoại Nokia • Những thông tin gì có thể cảm nhận được khi nhìn các "đối tượng" này? − Tất cả là điện thoại Nokia − Các điện thoại này có loại nắp trượt, có loại nắp gập, có loại dạng bar −Một số điện thoại là dòng doanh nhân, một số dòng âm nhạc, 3G − Bàn phím loại tiêu chuẩn, QWERTY hoặc không có bàn phím −Màu sắc, chất liệu, kích cỡ khác nhau − v.v 8 Ví dụ: Điện thoại Nokia • Tổ chức là đối tượng điện thoại này vào các đặc tính chung − Vẫn còn rất khái quát 9 Ví dụ: Điện thoại Nokia • Chia thành các danh mục nhỏ hơn − Ví dụ: Theo chức năng • Xác định các đặc tính riêng Người nghe nhạc quan tâm đến điều gì Doanh nhân quan tâm đến điều gì 10 Ví dụ: Điện thoại Nokia • Quay lại khái quát 11 Ví dụ: Điện thoại Nokia • Trừu tượng hóa các đối tượng điện thoại Nokia 12 Ví dụ • Trừu tượng hóa các đối tượng Chưa phân loại Sinh vật – Động vật – Loài người Sinh vật – Động vật – Động vật nguy hiểm Lớp và thành phần của lớp Các khái niệm chung về lớp và các thành phần của lớp 2 14 Lớp • Lớp (Class) là cách phân loại (classify) các đối tượng dựa trên đặc điểm chung của các đối tượng đó. • Lớp có thể coi là khuôn mẫu để tạo các đối tượng − Ví dụ: Người, Sinh Vật, Màu sắc • Lớp chính là kết quả của quá trình trừu tượng hóa dữ liệu − Lớp định nghĩa một kiểu dữ liệu mới, trừu tượng hóa một tập các đối tượng −Một đối tượng gọi là một thể hiện của lớp 15 Các thành phần của lớp • Lớp đóng gói các phương thức và thuộc tính chung của các đối tượng cùng một loại Thuộc tính: các thông tin liên quan đến thuộc tính Phương thức: các hành vi đối tượng có thể thực hiện Class Object MyBook borrow countPages Vu Thi Huong Giang 250 pages Thể hiện: Một đối tượng cụ thể Thuộc tính thể hiện: Những giá trị gán cho các thuộc tính của một đối tượng cụ thể Human computer interaction g et A u th o rN am e 16 Thuộc tính • Thuộc tính −Một thuộc tính của một lớp là một trạng thái chung được đặt tên của tất cả các thể hiện của lớp đó có thể có − Ví dụ: Lớp Ô tô có các thuộc tính + Màu sắc + Vận tốc • Các thuộc tính của cũng là các giá trị trừu tượng. Mỗi đối tượng có bản sao các thuộc tính của riêng nó − Ví dụ: một chiếc Ô tô đang đi có thể có màu đen, vận tốc 60 km/h 17 Phương thức • Phương thức − Xác định các hoạt động chung mà tất cả các thể hiện của lớp có thể thực hiện được. − Xác định cách một đối tượng đáp ứng lại một thông điệp − Thông thường các phương thức sẽ hoạt động trên các thuộc tính và thường làm thay đổi các trạng thái của lớp. − Bất kỳ phương thức nào cũng phải thuộc về một lớp nào đó − Ví dụ: Lớp Ô tô có các phương thức + Tăng tốc + Giảm tốc 18 Phạm vi • Phạm vi nhìn thấy được xác định khả năng nhìn thấy được của một thành phần của chương trình với các thành phần khác của chương trình • Đối với lớp − Phạm vi nhìn thấy được có thể được áp dụng cho các thành phần của lớp + private: chỉ truy cập được bên trong lớp đó + public: có thể truy cập được tại mọi nơi Xây dựng lớp Xây dựng các lớp cùng các thuộc tính và phương thức của nó trong Java 3 20 Gói • Gói (package) giống như thư mục giúp: − Tổ chức và xác định vị trí lớp dễ dàng và sử dụng các lớp một cách phù hợp. − Tránh cho việc đặt tên lớp bị xung đột (trùng tên) + Các package khác nhau có thể chứa các lớp có cùng tên − Bảo vệ các lớp, dữ liệu và phương thức ở mức rộng hơn so với mối quan hệ giữa các lớp. • Một package cũng có thể chứa các package khác • Còn được gọi là không gian tên (namespace) trong một số ngôn ngữ lập trình (C/C++) 21 Gói trong Java • Java đã xây dựng sẵn một số package − java.lang − javax.swing − java.io − • Có thể tự tạo ra các gói để tổ chức các lớp − Cú pháp: package ; 22 Gói trong Java • Tên gói phải được viết trên cùng của file mã nguồn • Chỉ được phép có 1 câu khai báo gói trong mỗi file mã nguồn, và khai báo này sẽ được áp dụng cho tất cả các dữ liệu trong file đó. • Một gói có thể được đặt trong một gói khác − Phân cách bằng dấu . − Ví dụ package trungtt.oop.k59; 23 Quy ước đặt tên gói • Tên gói được viết toàn bộ bằng chữ thường để tránh xung đột với tên lớp hay giao diện • Đối với các công ty có tên miền Internet: Sử dụng tên miền đảo để đặt tên gói − Ví dụ: Một lập trình viên tại công ty example.com sẽ đặt tên gói là com.example.mypackage 24 Các package trong Java •java.applet •java.awt •java.beans •java.io •java.lang •java.math •java.net •java.nio •java.rmi •java.security •java.sql •java.text •java.util •javax.accessibility •javax.crypto •javax.imageio •javax.naming •javax.net •javax.print •javax.rmi •javax.security •javax.sound •javax.sql •javax.swing •javax.transaction •javax.xml •org.ietf.jgss •org.omg.CORBA •org.omg.CosNaming •org.omg.Dynamic •org.omg.IOP •org.omg.Messaging •org.omg.PortableInterceptor •org.omg.PortableServer •org.omg.SendingContext •org.omg.stub.java.rmi •org.w3c.dom •org.xml 25 Các package trong Java • Các package cơ bản trong Java − java.lang + Cung cấp các lớp cơ bản cho thiết kế ngôn ngữ lập trình Java + Bao gồm wrapper classes, String và StringBuffer, Object, ... + Import ngầm định vào tất cả các lớp − java.util + Bao gồm tập hợp framework, mô hình sự kiện, date time, và nhiều tiện ích khác. − java.io + Cung cấp khả năng vào/ra hệ thống với các luồng dữ liệu và hệ thống file. 26 Các package trong Java • Các package cơ bản trong Java − java.math + Cung cấp các lớp thực thi các phép toán với số nguyên và các phép toán thập phân − java.sql + Cung cấp các API cho phép truy nhập và xử lý dữ liệu được lưu trữ trong một nguồn dữ liệu (thường sử dụng cơ sở dữ liệu quan hệ) − javax.swing + Cung cấp các lớp và giao diện cho phép tạo ra các ứng dụng đồ họa. − 27 Không gian tên trong C++/C# − Cú pháp: namespace { // Khai báo các lớp ở đây } − Đối không gian tên nằm trong không gian tên khác namespace { namespace { // Khai báo các lớp ở đây } } 28 Khai báo lớp • Cú pháp: sử dụng từ khóa class class { // Nội dung lớp } Ví dụ class Dog { // Nội dung lớp } • Cú pháp khai báo lớp sử dụng chỉ định truy cập: accessmodifier class { // Nội dung lớp } 29 Khai báo lớp sử dụng chỉ định truy cập • Chỉ định truy cập: + public: Lớp có thể được truy cập từ bất cứ đâu, kể cả bên ngoài package chứa lớp đó. + private: Lớp chỉ có thể được truy cập trong phạm vi lớp đó + mặc định: Lớp có thể được truy cập từ bên trong package chứa lớp đó. public mặc định private Cùng lớp ✔ ✔ ✔ Cùng gói ✔ ✔ ✘ Khác gói ✔ ✘ ✘ inner class 30 Thuộc tính • Là các thông tin, trạng thái mà đối tượng của lớp đó có thể mang • Các thuộc tính phải được khai báo bên trong lớp • Mỗi đối tượng có bản sao các thuộc tính của riêng nó − Giá trị của một thuộc tính thuộc các đối tượng khác nhau là khác nhau. • Bản chất của các thuộc tính là các thành phần dữ liệu của đối tượng − Khai báo: tương tự như biến 31 Thuộc tính • Cú pháp khai báo thuộc tính accessmodifier kiểu tênThuộcTính; • Thuộc tính có thể được khởi tạo khi khai báo − Các giá trị mặc định sẽ được sử dụng nếu không được khởi tạo. 32 Phương thức • Xác định cách một đối tượng đáp ứng lại thông điệp − Khai báo: tương tự khai báo hàm • Phương thức xác định các hoạt động của lớp • Bất kỳ phương thức nào cũng phải thuộc về một lớp nào đó 33 Phương thức • Cú pháp accessmodifier kiểuTrảVề tênPhươngThức (ds tham số) { // Nội dung phương thức } 34 Chỉ định truy cập • Chỉ định truy cập cho thành viên của lớp: + public: Thuộc tính hoặc phương thức có thể được truy cập từ bất cứ đâu, kể cả bên ngoài package chứa lớp đó. + private: Thuộc tính hoặc phương thức chỉ có thể được truy cập trong phạm vi lớp đó + mặc định: Thuộc tính hoặc phương thức có thể được truy cập từ bên trong package chứa lớp đó. public mặc định private Cùng lớp ✔ ✔ ✔ Cùng gói ✔ ✔ ✘ Khác gói ✔ ✘ ✘ Ví dụ: Lớp BankAccount package com.megabank.models; public class BankAccount { String owner; double balance; boolean debit(double amount){ if (amount > balance) return false; else { balance -= amount; return true; } } void credit(double amount){ balance += amount; } } Tạo và sử dụng đối tượng Khai báo và khởi tạo đối tượng. Truy cập đến các phương thức và thuộc tính của đối tượng 4 37 Khai báo và khởi tạo dữ liệu • Trong Java, mọi dữ liệu cần phải được khai báo và khởi tạo trước khi sử dụng • Ví dụ − Khai báo int i; − Khởi tạo i = 3; − Hoặc kết hợp khai báo và khởi tạo int i = 3; 38 Khai báo và khởi tạo dữ liệu • Trong C++, dữ liệu có thể tự động được khởi tạo khi khai báo − Ví dụ: int i; − Dữ liệu sẽ được khởi tạo với giá trị mặc định của kiểu dữ liệu tương ứng • Trong Java, dữ liệu KHÔNG được tự động khởi tạo khi khai báo − Ví dụ: int i; System.out.println(i); //LỖI 39 Khai báo • Để khai báo dữ liệu, ta cần phải xác định kiểu của dữ liệu đó − Cú pháp: tên biến; − Ví dụ: int i; // Biến i là kiểu int • Trong OOP, lớp có thể coi là kiểu dữ liệu trừu tượng do người dùng định nghĩa và đối tượng chính là biến của kiểu dữ liệu đó • Khai báo: tương tự khai báo biến − Cú pháp: tên đối tượng; − Ví dụ: BankAccount acc; // Đối tượng acc là một BankAccount 40 Khởi tạo • Đối với kiểu dữ liệu nguyên thủy: Dùng toán tử = − Ví dụ: i = 3; • Đối với kiểu dữ liệu tham chiếu (1): Khởi tạo bằng toán tử new − Ví dụ: acc1 = new BankAccount(); • Nếu không được khởi tạo: đối tượng mang giá trị null (1) tương tự con trỏ trong C++ 41 Khởi tạo • Khi đối tượng được khởi tạo, các thành phần dữ liệu (thuộc tính) của đối tượng được khởi tạo với giá trị mặc định của kiểu dữ liệu tương ứng − number data type  0; − reference type  null − boolean  false 42 Kết hợp khai báo và khởi tạo dữ liệu • Có thể kết hợp khai báo và khởi tạo dữ liệu − Cú pháp: tên đối tượng = new (); − Ví dụ BankAccount acc = new BankAccount(); 43 Truy cập đến phương thức và thuộc tính của đối tượng • Sử dụng toán tử . • Không cần thiết nếu truy cập từ trong cùng một lớp 44 Tự tham chiếu • Sử dụng từ khóa this • Cho phép truy cập vào đối tượng hiện tại của lớp. • Quan trọng khi hàm/phương thức thành phần thao tác trên hai hay nhiều đối tượng. • Xóa đi sự nhập nhằng giữa một biến cục bộ, tham số với thành phần dữ liệu của lớp • Không dùng bên trong các khối lệnh static 45 Ví dụ: từ khóa this public class Account { // instance variable String owner; // Account name long balance; // Balance //... // value setting method void setAccountInfo(String owner, long balance) { this.owner = owner; this.balance = balance; } //... } 46 Ví dụ: Khởi tạo đối tượng Account object of Mrs. Giang Account object of Mr. Tuan owner: Vu Thi Huong Giang balance: 2.000.000 VND owner balance Variable declaration Class Account owner: Nguyen Manh Tuan balance: 1.000.000 VND 47 Ví dụ: Truy cập đến các thuộc tính Account object of Ms. Giang Account object of Mr. Tuan owner: Vu Thi Huong Giang balance: 2.000.000 VND owner: Nguyen Manh Tuan balance: 1.000.000 VND public class Account { String name; //Account name long balance; //Balance void display(){ System.out.println(); } void deposit (long money){ balance += money; } } Account acc1 = new Account(); acc1.name = “Vu T Huong Giang”; acc1.balance = “2000000”; Account acc2 = new Account(); acc2.name = “Nguyen Manh Tuan”; acc2.balance = “1000000”; 48 Ví dụ: Truy cập đến các phương thức public class Account { String name; //Account name long balance; //Balance void display(){ System.out.println(); } void deposit (long money){ balance += money; } } // Class that uses // methods of Account object Account obj = new Account() obj.display(); obj.deposit(1000000); obj (Caller) Account object owner: Vu Thi Huong Giang balance: 2.000.000 VND interest 0.05f 0.04f 0.03f 49 Ví dụ String result; result = javax.swing.JOptionPane.showInputDialog("Hay nhap ten ban:"); javax.swing.JOptionPane.showMessageDialog(null, "Xin chao " + result + "!"); import javax.swing.JOptionPane; JOptionPa e showInputDialog("Hay nh p ten ban:"); JOptionPa e showMess g Dialog(null, "Xin chao " + result + "!"); Tham chiếu đến lớp khác gói • Đối với lớp trong cùng một gói: chỉ cần tên lớp − Ví dụ: BankAccount • Đối với lớp khác gói: phải cung cấp đầy đủ tên lớp và tên gói − Ví dụ trong Java: oop.trungtt.k59.BankAccount • Sử dụng lệnh import để khai báo các package hoặc các lớp để khi sử dụng không cần nêu tên đầy đủ. hoặc import javax.swing.*; để import tất cả các lớp trong gói 50 Đối tượng trong C++ • Trong C++, có 2 cách sử dụng đối tượng − Khởi tạo đối tượng truyền thống BankAccount acc; acc.deposit(1000000); − Con trỏ đối tượng  tương tự đối tượng trong Java BankAccount *acc = new BankAccount(); acc->deposit(1000000); Thành viên hằng & thành viên tĩnh final, static 5 52 Thành viên tĩnh • Trong lập trình cấu trúc: Các biến địa phương khai báo cục bộ trong hàm: − Trong trường hợp các biến địa phương không khai báo là biến static thì mỗi lần gọi hàm chương trình dịch lại đăng ký tạo ra biến mới − Khi chúng ta khai báo các biến địa phương là các biến static thì chương trình dịch sẽ chỉ khởi tạo duy nhất một lần (ở lần gọi đầu tiên) biến địa phương này và thông qua con trỏ stack ở những lần gọi sau chi tham chiếu tới biến đã tạo ra này để sử dụng lại chúng mà không tạo ra biến mới − Tạo một lần/tham chiếu nhiều lần/lưu giá trị của lần tham chiếu trước 53 Biến địa phương static Biến địa phương static: void f() { static int x=0; x++; } Lần gọi 1: f() Lần gọi 2: f() Biến địa phương không static void f() { int x=0; x++; } Lần gọi 1: f() Lần gọi 2: f() 0 1 0 0 54 Thành viên tĩnh trong OOP • Trong lập trình hướng đối tượng − Các thành viên bình thường là thành viên thuộc về đối tượng − Các thành viên tĩnh (static) là các thành viên thuộc về lớp • Cú pháp khai báo thành viên static: static tên biến; 55 Thuộc tính static • Là thuộc tính mang thông tin chung của một lớp • Thay đổi giá trị của một thành viên static trong một đối tượng của lớp sẽ thay đổi giá trị của thành viên này của tất cả các đối tượng khác của lớp đó. Ví dụ class TestStatic{ public static int iStatic; public int iNonStatic; } public class TestS { public static void main(String[] args) { TestStatic obj1 = new TestStatic(); obj1.iStatic = 10; obj1.iNonStatic = 11; System.out.println(obj1.iStatic + ”,” +obj1.iNonStatic); TestStatic obj2 = new TestStatic(); System.out.println(obj2.iStatic + ”,” + obj2.iNonStatic); obj2.iStatic = 12; System.out.println(obj1.iStatic + ”,” + obj1.iNonStatic); } } 57 Phương thức static • Các phương thức không tương tác với các "thể hiện" của lớp • Các phương thức "tiện ích", không cần thiết phải khởi tạo đối tượng để sử dụng • Các phương thức static chỉ có thể truy cập vào các thuộc tính static và chỉ có thể gọi các phương thức static trong cùng lớp Ví dụ class MyUtils { public static double mean(int[] p) { int sum = 0; for (int i=0; i<p.length; i++) { sum += p[i]; } return ((double)sum) / p.length; } } // Gọi phương thức tĩnh bên trong lớp double avgAtt = mean(attendance); // Gọi phương thức tĩnh bên ngoài lớp double avgAtt = MyUtils.mean(attendance); Phương thức mean có thể không phải khai báo static tuy nhiên muốn gọi nó phải thông qua một đối tượng 59 Thành viên lớp và thành viên đối tượng Thành viên đối tượng • Thuộc tính/phương thức chỉ được truy cập thông qua đối tượng • Mỗi đối tượng có 1 bản sao riêng của 1 thuộc tính đối tượng • Giá trị của 1 thuộc tính đối tượng của các đối tượng khác nhau là khác nhau. Thành viên lớp (static) • Thuộc tính/phương thức có thể được truy cập thông qua lớp • Các đối tượng có chung 1 bản sao của 1 thuộc tính lớp • Giá trị của 1 thuộc tính lớp của các đối tượngkhác nhau là giống nhau. Ví dụ • Lớp JOptionPane trong javax.swing • Thuộc tính • Phương thức Ví dụ JOptionPane.showMessageDialog(null, "Ban da thao tac loi", "Thong bao loi", JOptionPane.ERROR_MESSAGE); JOptionPane.showConfirmDialog(null, "Ban co chac chan muon thoat?", "Hay lua chon", OptionPane.YES_NO_OPTION); Ví dụ Object[] options = { "OK", "CANCEL" }; JOptionPane.showOptionDialog(null, “Nhan OK de tiep tuc", "Canh bao", JOptionPane.DEFAULT_OPTION, JOptionPane.WARNING_MESSAGE, null,options,options[0]); 63 Thành viên hằng • Một thuộc tính/phương thức không thể thay đổi giá trị/nội dung trong quá trình sử dụng. • Cú pháp khai báo: Sử dụng từ khóa final final tên hằng = giá trị; • Ví dụ: final double PI = 3.141592653589793; public final int VAL_THREE = 39; private final int[] A = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 }; 64 Thành viên hằng & tĩnh Thông thường các hằng số liên quan đến lớp được khai báo là static final • Tương đương với const trong C++ Biểu đồ lớp Biểu diễn lớp trong UML 6 66 Biểu đồ lớp • Lớp (class) được biểu diễn bằng 1 hình chữ nhật với 3 thành phần: • Tên lớp • Cấu trúc (thuộc tính) • Hành vi (phương thức) Professor - name - employeeID : UniqueId - hireDate - status - discipline - maxLoad + submitFinalGrade() + acceptCourseOffering() + setMaxLoad() + takeSabbatical() + teachClass() 67 Chỉ định truy cập • Trong biểu đồ lớp, dấu – được sử dụng để thể hiện chỉ định truy cập private • Dấu + được sử dụng để thể hiện chỉ định truy cập public Professor - name - employeeID : UniqueId - hireDate - status - discipline - maxLoad + submitFinalGrade() + acceptCourseOffering() + setMaxLoad() + takeSabbatical() + teachClass() 68 Giá trị tĩnh • Giá trị tĩnh: Thể hiện bằng dấu gạch chân Student - name - address - nextAvailID : int + addSchedule ([in] theSchedule : Schedule, [in] forSemester : Semester) + getSchedule ([in] forSemester : Semester) : Schedule + hasPrerequisites ([in] forCourseOffering : CourseOffering) : boolean # passed ([in] theCourseOffering : CourseOffering) : boolean + getNextAvailID () : int - studentID 69 Lớp và đối tượng trong UML Class Objects Student - name - address - studentID - dateOfBirth :Student - name = “M. Modano” - address = “123 Main St.” - studentID = 9 - dateOfBirth = “03/10/1967” sv2:Student - name = “D. Hatcher” - address = “456 Oak Ln.” - studentID = 2 - dateOfBirth = “12/11/1969” 70 Ví dụ • Lớp BankAccount • Lớp Student BankAccount - owner: String - balance: double + debit(double): boolean + credit(double) Student - name - address - studentID - dateOfBirth Thank you! Any questions?