Lập trình hướng đối tượng - Chương 3: Lớp và đối tượng

CHƯƠNG 3. LỚP VÀ ĐỐI TƯỢNG ThS. Trần Anh Dũng Nội dung Cú pháp khai báo lớp Định nghĩa hàm thành phần của lớp Khai báo và tạo lập đối tượng Phạm vi truy xuất Phương thức thiết lập – Constructor Phương thức hủy bỏ – Destructor Phương thức Truy vấn, Cập nhật Thành viên tĩnh – static member 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 2 Lớp trong C++ Một lớp bao gồm các thành phần dữ liệu (thuộc tính) và các phương thức (hàm thành phần). Lớp trong C++ thực chất là một kiểu dữ liệu do người sử dụng định nghĩa. Trong C++, dùng từ khóa class để chỉ điểm bắt đầu của một lớp sẽ được cài đặt. 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 3 Lớp đối tượng Lớp là một mô tả trừu tượng của nhóm các đối tượng cùng bản chất, ngược lại mỗi một đối tượng là một thể hiện cụ thể cho những mô tả trừu tượng đó. 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 4 Cú pháp khai báo lớp class { //Thành phần dữ liệu //Thành phần xử lý }; 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 5 Cú pháp khai báo lớp class { private: protected: <khai báo thành phần riêng trong từng đối tượng, có thể truy cập từ lớp dẫn xuất > public: }; 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 6 Cú pháp khai báo lớp 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 7 class class_name { Access_Control_label: members; (data & code) Access_Control_label : members; (data & code) }; class Rectangle { private: int width; int length; public: void set(int w, int l); int area(); }; Header Các thành phần của lớp Thuộc tính: Các thuộc tính được khai báo giống như khai báo biến trong C Phương thức: Các phương thức được khai báo giống như khai báo hàm trong C. Có hai cách định nghĩa thi hành của một phương thức Định nghĩa thi hành trong lớp Định nghĩa thi hành ngoài lớp 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 8 Cơ chế tạo lập các lớp Xác định các thuộc tính (dữ liệu)  Những gì mà ta biết về đối tượng – giống như một struct Xác định các phương thức (hình vi)  Những gì mà đối tượng có thể làm Xác định các quyền truy xuất 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 9 Định nghĩa hàm thành phần Cú pháp định nghĩa các hàm thành phần ở bên ngoài khai báo lớp: :: (<danh sách tham số>) { } Ví dụ: void point::display() { //.. } 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 10 Định nghĩa hàm thành phần 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 11 class Rectangle{ private: int width, length; public: void set (int w, int l); int area() { return width*length; } }; void Rectangle :: set (int w, int l) { width = w; length = l; } inline class name member function name scope operator Ví dụ lớp Time 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 12 class Time { public: void Set (int hours , int minutes , int seconds); void Increment ( ); void Write ( ) const; Time (int initHrs, int initMins, int initSecs ); //constructor Time ( ); //default constructor private: int hrs; int mins; int secs; } ; Ví dụ lớp Time 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 13 Private data: hrs mins secs Set Increment Write Time Time Time class Khai báo và tạo lập đối tượng Khai báo và tạo đối tượng: ; Gọi hàm thành phần của lớp . (<danh sách các tham số nếu có>);  (); 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 14 Khai báo và tạo lập đối tượng 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 15 class Rectangle { private: int width; int length; public: void set(int w, int l); int area(); }; void main() { Rectangle r1; r1.set(5, 8); } r1 is statically allocated width length r1 = 5 = 8 Khai báo và tạo lập đối tượng 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 16 class Rectangle { private: int width; int length; public: void set(int w, int l); int area(); }; main() { Rectangle r1; r1.set(5, 8); Rectangle *r2; r2 = &r1; r2->set(8,10); } r2 is a pointer to a Rectangle object width length r1 = 5 = 8 5000 ??? r2 6000 5000 8 10 //dot notation //arrow notation Khai báo và tạo lập đối tượng 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 17 class Rectangle { private: int width; int length; public: void set(int w, int l); int area(); }; main() { Rectangle *r3; r3 = new Rectangle(); r3->set(80,100); delete r3; r3 = NULL; } r3 is dynamically allocated ??? r3 6000 NULL //arrow notation Ví dụ Xây dựng lớp Điểm (Point) trong hình học 2D  Thuộc tính • Tung độ • Hoành độ  Thao tác (phương thức) • Khởi tạo • Di chuyển • In ra màn hình • 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 18 Ví dụ 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 19 /*point.cpp*/ #include using namespace std; class point { /*khai báo các thành phần dữ liệu riêng*/ private: int x,y; /*khai báo các hàm thành phần công cộng*/ public: void init(int ox, int oy); void move(int dx, int dy); void display(); }; Ví dụ 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 20 void point::init(int ox, int oy) { cout<<"Ham thanh phan init\n"; x = ox; y = oy; /*x,y là các thành phần của đối tượng gọi hàm thành phần*/ } void point::move(int dx, int dy) { cout<<"Ham thanh phan move\n"; x += dx; y += dy; } void point::display() { cout<<"Ham thanh phan display\n"; cout<<"Toa do: "<<x<<" "<<y<<"\n"; } Ví dụ 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 21 void main() { point p; p.init(2,4); /*gọi hàm thành phần từ đối tượng*/ p.display(); p.move(1,2); p.display(); } Ham thanh phan init Ham thanh phan display Toa do: 2 4 Ham thanh phan move Ham thanh phan display Toa do: 3 6 Phạm vi truy xuất Trong định nghĩa của lớp ta có thể xác định khả năng truy xuất thành phần của một lớp nào đó từ bên ngoài phạm vi lớp. private, protected và public là các từ khóa xác định phạm vi truy xuất Mọi thành phần được liệt kê trong phần public đều có thể truy xuất trong bất kỳ hàm nào. Những thành phần được liệt kê trong phần private chỉ được truy xuất bên trong phạm vi lớp. 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 22 Phạm vi truy xuất Trong lớp có thể có nhiều nhãn private và public Mỗi nhãn này có phạm vi ảnh hưởng cho đến khi gặp một nhãn kế tiếp hoặc hết khai báo lớp. Nhãn private đầu tiên có thể bỏ qua vì C++ ngầm hiểu rằng các thành phần trước nhãn public đầu tiên là private. 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 23 Phạm vi truy xuất – Ví dụ 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 24 class TamGiac{ private: float a,b,c;/*độ dài ba cạnh*/ public: void Nhap();/*nhập vào độ dài ba cạnh*/ void In();/*in ra các thông tin liên quan đến tam giác*/ private: int Loaitg();//cho biết kiểu của tam giác: 1-d,2-vc,3-c,4-v,5-t float DienTich();/*tính diện tích của tam giác*/ }; Phạm vi truy xuất – Ví dụ 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 25 class TamGiac{ private: float a,b,c;/*độ dài ba cạnh*/ int Loaitg();//cho biết kiểu của tam giác: 1-d,2-vc,3-c,4- v,5-t float DienTich();/*tính diện tích của tam giác*/ public: void Nhap();/*nhập vào độ dài ba cạnh*/ void In();/*in ra các thông tin liên quan đến tam giác*/ }; Tham số hàm thành phần Hàm thành phần có quyền truy nhập đến các thành phần private của đối tượng gọi nó 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 26 void point::init (int xx, int yy){ x = xx; y = yy; //x, y la thanh phan cua lop point } ? Tham số hàm thành phần 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 27 int Trung (point pt){ return (x==pt.x && y==pt.y); } int Trung (point *pt){ return (x==ptx && y==pty); } int Trung (point &pt) { return (x==pt.x && y==pt.y); } ? Hàm thành phần có quyền truy cập đến tất cả các thành phần private của các đối tượng, tham chiếu đối tượng hay con trỏ đối tượng có cùng kiể lớp khi được dùng là tham số hình thức của nó. Con trỏ this Từ khóa this trong định nghĩa của các hàm thành phần lớp dùng để xác định địa chỉ của đối tượng dùng làm tham số ngầm định cho hàm thành phần. Con trỏ this tham chiếu đến đối tượng đang gọi hàm thành phần. Ví dụ: int Trung(point pt){ return (this  x == pt.x && this  y == pt.y); } 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 28 Phép gán đối tượng Là việc sao chép giá trị các thành phần dữ liệu từ đối tượng a sang đối tượng b tương ứng từng đôi một Ví dụ: point a, b; a.init(5,2); b = a; 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 29 2 y 5 b a x 5 2 x y Phương thức thiếp lập Trong hầu hết các thuật giải, để giải quyết một vấn đề thường phải thực hiện các công việc:  Khởi tạo giá trị cho biến, cấp phát vùng bộ nhớ của biến con trỏ, mở tập tin để truy cập,  Hoặc khi kết thúc, chúng ta phải thực hiện quá trình ngược lại như: Thu hồi vùng bộ nhớ đã cấp phát, đóng tập tin, 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 30 Phương thức thiếp lập Các ngôn ngữ OOP có các phương thức để thực hiện công việc này một cách “tự động” gọi là phương thức thiết lập và phương thức hủy bỏ. 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 31 Phương thức thiếp lập Phương thức thiết lập hay còn gọi là constructor, là một loại phương thức đặc biệt dùng để khởi tạo thể hiện của lớp. Bất kỳ một đối tượng nào được khai báo đều phải sử dụng một hàm thiết lập để khởi tạo các giá trị thành phần của đối tượng. Hàm thiết lập được khai báo giống như một phương thức với tên phương thức trùng với tên lớp và không có giá trị trả về (kể cả void). Constructor phải có thuộc tính public 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 32 Phương thức thiếp lập Constructor có thể được khai báo chồng như các hàm C++ thông thường khác hay không? Constructor có thể được khai báo với các tham số có giá trị ngầm định hay không? 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 33 Ví dụ 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 34 class point{ /*Khai báo các thành phần dữ liệu*/ int x, y; public: point() { x = 0; y = 0; } /*Hàm thiết lập mặc định*/ point(int ox, int oy) { x = ox; y = oy; }/*Hàm thiết lập*/ void move (int dx, int dy); void display(); }; point a(5,2); point b; point c(3); ? Ví dụ 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 35 class point{ /*Khai báo các thành phần dữ liệu*/ int x, y; public: point() { x = 0; y = 0; } /*Hàm thiết lập mặc định*/ point(int ox, int oy = 1){ x = ox; y = oy;}/*Hàm thiết lập*/ void move (int dx, int dy); void display(); }; point a(5,2); point b; point c(3); Phương thức thiếp lập mặc định Constructor mặc định (default constructor) là constructor được gọi khi thể hiện được khai báo mà không có đối số nào được cung cấp  MyClass x;  MyClass* p = new MyClass; Ngược lại, nếu tham số được cung cấp tại khai báo thể hiện, trình biên dịch sẽ gọi constructor khác (overload)  MyClass x(5);  MyClass* p = new MyClass(5); 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 36 Phương thức thiếp lập mặc định Đối với constructor mặc định, nếu ta không cung cấp bất kỳ constructor nào, C++ sẽ tự sinh constructor mặc định là một phương thức rỗng. Tuy nhiên, nếu ta không định nghĩa constructor mặc định nhưng lại có các constructor khác, trình biên dịch sẽ báo lỗi không tìm thấy constructor mặc định nếu ta không cung cấp tham số khi tạo thể hiện. 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 37 Ví dụ 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 38 class point{ /*Khai báo các thành phần dữ liệu*/ int x, y; public: point(int ox, int oy = 1){ x = ox; y = oy;} void move (int dx, int dy); void display(); }; point a(5,2); point b; point c(3); Phương thức thiếp lập sao chép Chúng ta có thể tạo đối tượng mới giống đối tượng cũ một số đặc điểm, không phải hoàn toàn như phép gán bình thường, hình thức “giống nhau” được định nghĩa theo quan niệm của người lập trình. Để làm được vấn đề này, trong các ngôn ngữ OOP cho phép ta xây dựng phương thức thiết lập sao chép. Đây là phương thức thiết lập có tham số là tham chiếu đến đối tượng thuộc chính lớp này. 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 39 Phương thức thiếp lập mặc định 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 40 Trong phương thức thiết lập sao chép có thể ta chỉ sử dụng một số thành phần nào đó của đối tượng ta tham chiếu “gần giống nhau” Phương thức hủy bỏ Phương thức hủy bỏ hay còn gọi là destructor, được gọi ngay trước khi một đối tượng bị thu hồi. Destructor thường được dùng để thực hiện việc dọn dẹp cần thiết trước khi một đối tượng bị hủy. 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 41 Phương thức hủy bỏ Một lớp chỉ có duy nhất một Destructor Cú pháp: Phương thức Destructor có tên trùng tên với tên lớp và có dấu ~ đặt trước Không có giá trị trả về Được tự động gọi thực hiện khi đối tượng hết phạm vi sử dụng. Destructor phải có thuộc tính public 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 42 Ví dụ 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 43 class vector{ int n; //số chiều float *v; //vùng nhớ tọa độ public: vector(); //Hàm thiết lập không tham số vector(int size); //Hàm thiết lập một tham số vector(int size, float *a); ~vector(); //Hàm hủy bỏ, luôn luôn không có tham số void display(); }; Thao tác với dữ liệu private Khi muốn truy xuất dữ liệu private từ các đối tượng thì phải làm thế nào? Khi muốn cập nhật dữ liệu private từ các đối tượng thì phải làm thế nào? 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 44 Phương thức Truy vấn Có nhiều loại câu hỏi truy vấn có thể:  Truy vấn đơn giản (“giá trị của x là bao nhiêu?”)  Truy vấn điều kiện (“thành viên x có > 10 không?”)  Truy vấn dẫn xuất (“tổng giá trị của các thành viên x và y là bao nhiêu?”) Đặc điểm quan trọng của phương thức truy vấn là nó không nên thay đổi trạng thái hiện tại của đối tượng 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 45 Phương thức Truy vấn Đối với các truy vấn đơn giản, quy ước đặt tên phương thức như sau: Tiền tố “get”, tiếp theo là tên của thành viên cần truy vấn  int getX();  int getSize(); Các loại truy vấn khác nên có tên có tính mô tả Truy vấn điều kiện nên có tiền tố “is” 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 46 Phương thức Cập nhật Thường để thay đổi trạng thái của đối tượng bằng cách sửa đổi một hoặc nhiều thành viên dữ liệu của đối tượng đó. Dạng đơn giản nhất là gán một giá trị nào đó cho một thành viên dữ liệu. Đối với dạng cập nhật đơn giản, quy ước đặt tên như sau: Dùng tiền tố “set” kèm theo tên thành viên cần sửa  int setX(int); 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 47 Truy vấn và Cập nhật Nếu phương thức get/set chỉ có nhiệm vụ cho ta đọc/ghi giá trị cho các thành viên dữ liệu Quy định các thành viên private để được ích lợi gì?  Ngoài việc bảo vệ các nguyên tắc đóng gói, ta cần kiểm tra xem giá trị mới cho thành viên dữ liệu có hợp lệ hay không.  Sử dụng phương thức truy vấn cho phép ta thực hiện việc kiểm tra trước khi thực sự thay đổi giá trị của thành viên.  Chỉ cho phép các dữ liệu có thể truy vấn hay thay đổi mới được truy cập đến. 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 48 Ví dụ 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 49 int Student::setGPA (double newGPA){ if ((newGPA >= 0.0) && (newGPA <= 4.0)){ this->gpa = newGPA; return 0; // Return 0 to indicate success } else { return -1; // Return -1 to indicate failure } } Thành viên tĩnh – static member Trong C, static xuất hiện trước dữ liệu được khai báo trong một hàm nào đó thì giá trị của dữ liệu đó vẫn được lưu lại như một biến toàn cục. Trong C++, nếu static xuất hiện trước một dữ liệu hoặc một phương thức của lớp thì giá trị của nó vẫn được lưu lại và có ý nghĩa cho đối tượng khác của cùng lớp này. Các thành viên static có thể là public, private hoặc protected. 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 50 Thành viên tĩnh – static member Đối với class, static dùng để khai báo thành viên dữ liệu dùng chung cho mọi thể hiện của lớp:  Một bản duy nhất tồn tại trong suốt quá trình chạy của chương trình.  Dùng chung cho tất cả các thể hiện của lớp.  Bất kể lớp đó có bao nhiêu thể hiện. 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 51 Ví dụ 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 52 class Rectangle { private: int width; int length; static int count; public: void set(int w, int l); int area(); } Rectangle r1; Rectangle r2; Rectangle r3; width length width length width length r1 r3 r2 count Ví dụ Đếm số đối tượng MyClass: 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 53 class MyClass{ public: MyClass(); ~MyClass(); void printCount(); private: static int count; }; Ví dụ 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 54 int MyClass::count = 0; MyClass::MyClass(){ this  count++; } MyClass::~MyClass(){ this  count--; } void MyClass::printCount(){ cout << “There are currently ” << this  count << “ instance(s) of MyClass.\n”; } Ví dụ 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 55 void main() { MyClass* x = new MyClass; x  printCount(); MyClass* y = new MyClass; x  printCount(); y  printCount(); delete x; y  printCount(); } Thành viên tĩnh – static member Phương thức static?  Đối với các phương thức static, ngoài ý nghĩa tương tự với dữ liệu, còn có sự khác biệt cơ bản đó là việc cho phép truy cập đến các phương thức static khi chưa khai báo đối tượng (thông qua tên lớp) 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 56 Thành viên tĩnh – static member Các thành viên lớp tĩnh public có thể được truy cập thông qua bất kỳ đối tượng nào của lớp đó, hoặc chúng có thể được truy cập thông qua tên lớp sử dụng toán tử định phạm vi. Các thành viên lớp tĩnh private và protected phải được truy cập thông qua các hàm thành viên public của lớp hoặc thông qua các friend của lớp. Các thành viên lớp tĩnh tồn tại ngay cả khi đối tượng của lớp đó không tồn tại. 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 57 Thành viên tĩnh – static member Để truy cập một thành viên lớp tĩnh public khi các đối tượng của lớp không tồn tại, đơn giản thêm vào đầu tên lớp và toán tử định phạm vi cho thành viên dữ liệu. Để truy cập một thành viên lớp tĩnh private hoặc protected khi các đối tượng của lớp không tồn tại, một hàm thành viên public phải được cung cấp và hàm phải được gọi bởi thêm vào đầu tên của nó với tên lớp và toán tử định phạm vi. 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 58 Ví dụ về đối tượng toàn cục Xét đoạn chương trình sau: #include void main(){ cout << "Hello, world.\n"; } Hãy sửa lại đoạn chương trình trên để có kết xuất: Entering a C++ program saying... Hello, world. And then exitting Yêu cầu không thay đổi hàm main() dưới bất kỳ hình thức nào. 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 59 Ví dụ về đối tượng toàn cục 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 60 #include class Dummy{ public: Dummy(){cout << "Entering a C++ program saying...\n";} ~Dummy(){cout << "And then exitting...";} }; Dummy A; void main(){ cout << "Hello, world.\n"; } Bài tập Viết chương trình cho phép nhập, xuất, khởi tạo 1 học sinh. Thông tin cần quan tâm về 1 học sinh: Mã học sinh (8 ký tự), họ tên học sinh (30 ký tự), điểm toán (int), điểm văn (int). Danh từ: Học sinh  cấu trúc HS Động từ:  Nhập một hs  Hàm Nhap()  Xuất một hs  Hàm Xuat(); 14/09/2014 Lập trình hướng đối tượng 61 Q & A