Tài liệu lập trình hướng đối tượng C+++
LẬP TRÌNH HƯỚNG ĐỐI
TƯỢNG VỚI C++
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ LẬP TRÌNH HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG
1.1 LẬP TRÌNH HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG (OOP) LÀ GÌ ?
Lập trình hướng đối tượng (Object-Oriented Programming, viết tắt là OOP) là một phương pháp mới trên
bước đường tiến hóa của việc lập trình máy tính, nhằm làm cho chương trình trở nên linh hoạt, tin cậy và dễ
phát triển. Tuy nhiên để hiểu được OOP là gì, chúng ta hãy bắt đầu từ lịch sử của quá trình lập trình – xem
xét OOP đã tiến hóa như thế nào.
1.1.1 Lập trình tuyến tính
Máy tính đầu tiên được lập trình bằng mã nhị phân, sử dụng các công tắt cơ khí để nạp chương trình.
Cùng với sự xuất hiện của các thiết bị lưu trữ lớn và bộ nhớ máy tính có dung lượng lớn nên các
ngôn ngữ lập trình cấp cao đầu tiên được đưa vào sử dụng . Thay vì phải suy nghĩ trên một dãy các
bit và byte, lập trình viên có thể viết một loạt lệnh gần với tiếng Anh và sau đó chương trình dịch
thành ngôn ngữ máy. Các ngôn ngữ lập trình
cấp cao đầu tiên được thiết kế để lập các chương trình làm các công việc tương đối đơn giản như tính
toán. Các chương trình ban đầu chủ yếu liên quan đến tính toán và không đòi hỏi gì nhiều ở ngôn
ngữ lập trình. Hơn nữa phần lớn các chương trình này tương đối ngắn, thường ít hơn 100 dòng.
Khi khả năng của máy tính tăng lên thì khả năng để triển khai các chương trình phức tạp hơn cũng
1
tăng lên. Các ngôn ngữ lập trình ngày trước không còn thích hợp đối với việc lập trình đòi hỏi cao
hơn. Các phương tiện cần thiết để sử dụng lại các phần mã chương trình đã viết hầu như không có
trong ngôn ngữ lập trình tuyến tính. Thật ra, một đoạn lệnh thường phải được chép lặp lại mỗi khi
chúng ta dùng trong nhiều chương trình do đó chương trình dài dòng, logic của chương trình khó
hiểu. Chương trình được điều khiển để nhảy đến nhiều chỗ mà thường không có sự giải thích rõ ràng,
làm thế nào để chương trình đến chỗ cần thiết hoặc tại sao như vậy.
Ngôn ngữ lập trình tuyến tính không có khả năng kiểm soát phạm vi nhìn thấy của các dữ liệu. Mọi
dữ liệu trong chương trình đều là dữ liệu toàn cục nghĩa là chúng có thể bị sửa đổi ở bất kỳ phần nào
của chương trình. Việc dò tìm các thay đổi không mong muốn đó của các phần tử dữ liệu trong một
dãy mã lệnh dài và vòng vèo đã từng làm cho các lập trình viên rất mất thời gian.
1.1.2 Lập trình cấu trúc:
Rõ ràng là các ngôn ngữ mới với các tính năng mới cần phải được phát triển để có thể tạo ra các ứng
dụng tinh vi hơn. Vào cuối các năm trong 1960 và 1970, ngôn ngữ lập trình có cấu trúc ra đời. Các
chương trình có cấu trúc được tổ chức theo các công việc mà chúng thực hiện.
Về bản chất, chương trình chia nhỏ thành các chương trình con riêng rẽ (còn gọi là hàm hay thủ tục)
thực hiện các công việc rời rạc trong quá trình lớn hơn, phức tạp hơn. Các hàm này được giữ càng
độc lập với nhau càng nhiều càng tốt, mỗi hàm có dữ liệu và logic riêng.Thông tin được chuyển giao
giữa các hàm thông qua các tham số, các hàm có thể có các biến cục bộ mà không một ai nằm bên
ngoài phạm vi của hàm lại có thể truy xuất được chúng. Như vậy, các hàm có thể được xem là các
chương trình con được đặt chung với nhau để xây dựng nên một ứng dụng.
Mục tiêu là làm sao cho việc triển khai các phần mềm dễ dàng hơn đối với các lập trình viên mà vẫn
cải thiện được tính tin cậy và dễ bảo quản chương trình. Một chương trình có cấu trúc được hình
thành bằng cách bẻ gãy các chức năng cơ bản của chương trình thành các mảnh nhỏ mà sau đó trở
thành các hàm. Bằng cách cô lập các công việc vào trong các hàm, chương trình có cấu trúc có thể
làm giảm khả năng của một hàm này ảnh hưởng đến một hàm khác. Việc này cũng làm cho việc tách
các vấn đề trở nên dễ dàng hơn. Sự gói gọn này cho phép chúng ta có thể viết các chương trình sáng
sủa hơn và giữ được điều khiển trên từng hàm. Các biến toàn cục không còn nữa và được thay thế
bằng các tham số và biến cục bộ có phạm vi nhỏ hơn và dễ kiểm soát hơn. Cách tổ chức tốt hơn này
nói lên rằng chúng ta có khả năng quản lý logic của cấu trúc chương trình, làm cho việc triển khai và
bảo dưỡng chương trình nhanh hơn và hữu hiện hơn và hiệu quả hơn.
Một khái niệm lớn đã được đưa ra trong lập trình có cấu trúc là sự trừu tượng hóa (Abstraction).
Sự trừu tượng hóa có thể xem như khả năng quan sát một sự việc mà không cần xem xét đến các chi
tiết bên trong của nó. Trong một chương trình có cấu trúc, chúng ta chỉ cần biết một hàm đã cho có
thể làm được một công việc cụ thể gì là đủ. Còn làm thế nào mà công việc đó lại thực hiện được là
không quan trọng, chừng nào hàm còn tin cậy được thì còn có thể dùng nó mà không cần phải biết nó
thực hiện đúng đắn chức năng của mình như thế nào. Điều này gọi là sự trừu tượng hóa theo chức
năng (Functional abstraction) và là nền tảng của lập trình có cấu trúc.
Ngày nay, các kỹ thuật thiết kế và lập trình có cấu trúc được sử rộng rãi. Gần như mọi ngôn ngữ lập
trình đều có các phương tiện cần thiết để cho phép lập trình có cấu trúc. Chương trình có cấu trúc dễ
viết, dễ bảo dưỡng hơn các chương trình không cấu trúc.
Sự nâng cấp như vậy cho các kiểu dữ liệu trong các ứng dụng mà các lập trình viên đang viết cũng
đang tiếp tục diễn ra. Khi độ phức tạp của một chương trình tăng lên, sự phụ thuộc của nó vào các
kiểu dữ liệu cơ bản mà nó xử lý cũng tăng theo. Vấn đề trở rõ ràng là cấu trúc dữ liệu trong chương
trình quan trọng chẳng kém gì các phép toán thực hiện trên chúng. Điều này càng trở rõ ràng hơn khi
kích thước của chương trình càng tăng. Các kiểu dữ liệu được xử lý trong nhiều hàm khác nhau bên
trong một chương trình có cấu trúc. Khi có sự thay đổi trong các dữ liệu này thì cũng cần phải thực
hiện cả các thay đổi ở mọi nơi có các thao tác tác động trên chúng. Đây có thể là một công việc tốn
thời gian và kém hiệu quả đối với các chương trình có hàng ngàn dòng lệnh và hàng trăm hàm trở
lên.
2
Một yếu điểm nữa của việc lập trình có cấu trúc là khi có nhiều lập trình viên làm việc theo nhóm
cùng một ứng dụng nào đó. Trong một chương trình có cấu trúc, các lập trình viên được phân công
viết một tập hợp các hàm và các kiểu dữ liệu. Vì có nhiều lập trình viên khác nhau quản lý các hàm
riêng, có liên quan đến các kiểu dữ liệu dùng chung nên các thay đổi mà lập trình viên tạo ra trên
một phần tử dữ liệu sẽ làm ảnh hưởng đến công việc của tất cả các người còn lại trong nhóm. Mặc dù
trong bối cảnh làm việc theo nhóm, việc viết các chương trình có cấu trúc thì dễ dàng hơn nhưng sai
sót trong việc trao đổi thông tin giữa các thành viên trong nhóm có thể dẫn tới hậu quả là mất rất
nhiều thời gian để sửa chữa chương trình.
1.1.3 Sự trừu tượng hóa dữ liệu:
Sự trừu tượng hóa dữ liệu (Data abstraction) tác động trên các dữ liệu cũng tương tự như sự trừu
tượng hóa theo chức năng. Khi có trừu tượng hóa dữ liệu, các cấu trúc dữ liệu và các phần tử có thể
được sử dụng mà không cần bận tâm đến các chi tiết cụ thể. Chẳng hạn như các số dấu chấm động đã
được trừu tượng hóa trong tất cả các ngôn ngữ lập trình, Chúng ta không cần quan tâm cách biểu
diễn nhị phân chính xác nào cho số dấu chấm động khi gán một giá trị, cũng không cần biết tính bất
thường của phép nhân nhị phân khi nhân các giá trị dấu chấm động. Điều quan trọng là các số dấu
chấm động hoạt động đúng đắn và hiểu được.
Sự trừu tượng hóa dữ liệu giúp chúng ta không phải bận tâm về các chi tiết không cần thiết. Nếu lập
trình viên phải hiểu biết về tất cả các khía cạnh của vấn đề, ở mọi lúc và về tất cả các hàm của
chương trình thì chỉ ít hàm mới được viết ra, may mắn thay trừu tượng hóa theo dữ liệu đã tồn tại sẵn
trong mọi ngôn ngữ lập trình đối với các dữ liệu phức tạp như số dấu chấm động. Tuy nhiên chỉ mới
gần đây, người ta mới phát triển các ngôn ngữ cho phép chúng ta định nghĩa các kiểu dữ liệu trừu
tượng riêng.
1.1.4 Lập trình hướng đối tượng:
Khái niệm hướng đối tượng được xây dựng trên nền tảng của khái niệm lập trình có cấu trúc và sự
trừu tượng hóa dữ liệu. Sự thay đổi căn bản ở chỗ, một chương trình hướng đối tượng được thiết kế
xoay quanh dữ liệu mà chúng ta có thể làm việc trên đó, hơn là theo bản thân chức năng của chương
trình. Điều này hoàn toàn tự nhiên một khi chúng ta hiểu rằng mục tiêu của chương trình là xử lý dữ
liệu. Suy cho cùng, công việc mà máy tính thực hiện vẫn thường được gọi là xử lý dữ liệu. Dữ liệu
và thao tác liên kết với nhau ở một mức cơ bản (còn có thể gọi là mức thấp), mỗi thứ đều đòi hỏi ở
thứ kia có mục tiêu cụ thể, các chương trình hướng đối tượng làm tường minh mối quan hệ này.
Lập trình hướng đối tượng liên kết cấu trúc dữ liệu với các thao tác, theo cách mà tất cả thường nghĩ
về thế giới quanh mình. Chúng ta thường gắn một số các hoạt động cụ thể với một loại hoạt động
nào đó và đặt các giả thiết của mình trên các quan hệ đó.
Ví dụ1.1: Chúng ta biết rằng một chiếc xe có các bánh xe, di chuyển được và có thể đổi hướng của
nó bằng cách quẹo tay lái. Tương tự như thế, một cái cây là một loại thực vật có thân gỗ và lá. Một
chiếc xe không phải là một cái cây, mà cái cây không phải là một chiếc xe, chúng ta có thể giả thiết
rằng cái mà chúng ta có thể làm được với một chiếc xe thì không thể làm được với một cái cây.
Chẳng hạn, thật là vô nghĩa khi muốn lái một cái cây, còn chiếc xe thì lại chẳng lớn thêm được khi
chúng ta tưới nước cho nó.
Lập trình hướng đối tượng cho phép chúng ta sử dụng các quá trình suy nghĩ như vậy với các khái
niệm trừu tượng được sử dụng trong các chương trình máy tính. Một mẫu tin (record) nhân sự có thể
được đọc ra, thay đổi và lưu trữ lại; còn số phức thì có thể được dùng trong các tính toán. Tuy vậy
không thể nào lại viết một số phức vào tập tin làm mẫu tin nhân sự và ngược lại hai mẫu tin nhân sự
lại không thể cộng với nhau được. Một chương trình hướng đối tượng sẽ xác định đặc điểm và hành
vi cụ thể của các kiểu dữ liệu, điều đó cho phép chúng ta biết một cách chính xác rằng chúng ta có
thể có được những gì ở các kiểu dữ liệu khác nhau.
Chúng ta còn có thể tạo ra các quan hệ giữa các kiểu dữ liệu tương tự nhưng khác nhau trong một
3
chương trình hướng đối tượng. Người ta thường tự nhiên phân loại ra mọi thứ, thường đặt mối liên
hệ giữa các khái niệm mới với các khái niệm đã có, và thường có thể thực hiện suy diễn giữa chúng
trên các quan hệ đó. Hãy quan niệm thế giới theo kiểu cấu trúc cây, với các mức xây dựng chi tiết
hơn kế tiếp nhau cho các thế hệ sau so với các thế hệ trước. Đây là phương pháp hiệu quả để tổ chức
thế giới quanh chúng ta. Các chương trình hướng đối tượng cũng làm việc theo một phương thức
tương tự, trong đó chúng cho phép xây dựng các các cơ cấu dữ liệu và thao tác mới dựa trên các cơ
cấu có sẵn, mang theo các tính năng của các cơ cấu nền mà chúng dựa trên đó, trong khi vẫn thêm
vào các tính năng mới.
Lập trình hướng đối tượng cho phép chúng ta tổ chức dữ liệu trong chương trình theo một cách
tương tự như các nhà sinh học tổ chức các loại thực vật khác nhau. Theo cách nói lập trình đối tượng,
xe hơi, cây cối, các số phức, các quyển sách đều được gọi là các lớp (Class).
Một lớp là một bản mẫu mô tả các thông tin cấu trúc dữ liệu, lẫn các thao tác hợp lệ của các phần tử
dữ liệu. Khi một phần tử dữ liệu được khai báo là phần tử của một lớp thì nó được gọi là một đối
tượng (Object). Các hàm được định nghĩa hợp lệ trong một lớp được gọi là các phương thức
(Method) và chúng là các hàm duy nhất có thể xử lý dữ liệu của các đối tượng của lớp đó. Một thực
thể (Instance) là một vật thể có thực bên trong bộ nhớ, thực chất đó là một đối tượng (nghĩa là một
đối tượng được cấp phát vùng nhớ).
Mỗi một đối tượng có riêng cho mình một bản sao các phần tử dữ liệu của lớp còn gọi là các biến
thực thể (Instance variable). Các phương thức định nghĩa trong một lớp có thể được gọi bởi các đối
tượng của lớp đó. Điều này được gọi là gửi một thông điệp (Message) cho đối tượng. Các thông
điệp này phụ thuộc vào đối tượng, chỉ đối tượng nào nhận thông điệp mới phải làm việc theo thông
điệp đó. Các đối tượng đều độc lập với nhau vì vậy các thay đổi trên các biến thể hiện của đối tượng
này không ảnh hưởng gì trên các biến thể hiện của các đối tượng khác và việc gửi thông điệp cho
một đối tượng này không ảnh hưởng gì đến các đối tượng khác.
1.2 MỘT SỐ KHÁI NIỆM MỚI TRONG LẬP TRÌNH HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG
Trong phần này, chúng ta tìm hiểu các khái niệm như sự đóng gói, tính kế thừa và tính đa hình. Đây là các
khái niệm căn bản, là nền tảng tư tưởng của lập trình hướng đối tượng. Hiểu được khái niệm này, chúng ta
bước đầu tiếp cận với phong cách lập trình mới, phong cách lập trình dựa vào đối tượng làm nền tảng mà
trong đó quan điểm che dấu thông tin thông qua sư đóng gói là quan điểm trung tâm của vấn đề.
1.2.1 Sự đóng gói (Encapsulation)
Sự đóng gói là cơ chế ràng buộc dữ liệu và thao tác trên dữ liệu đó thành một thể thống nhất, tránh
được các tác động bất ngờ từ bên ngoài. Thể thống nhất này gọi là đối tượng.
Trong một đối tượng, dữ liệu hay thao tác hay cả hai có thể là riêng (private) hoặc chung (public)
của đối tượng đó. Thao tác hay dữ liệu riêng là thuộc về đối tượng đó chỉ được truy cập bởi các
thành phần của đối tượng, điều này nghĩa là thao tác hay dữ liệu riêng không thể truy cập bởi các
phần khác của chương trình tồn tại ngoài đối tượng. Khi thao tác hay dữ liệu là chung, các phần khác
của chương trình có thể truy cập nó mặc dù nó được định nghĩa trong một đối tượng. Các thành phần
chung của một đối tượng dùng để cung cấp một giao diện có điều khiển cho các thành thành riêng
của đối tượng.Cơ chế đóng gói là phương thức tốt để thực hiện cơ chế che dấu thông tin so với các
ngôn ngữ lập trình cấu trúc.
1.2.2 Tính kế thừa (Inheritance)
Chúng ta có thể xây dựng các lớp mới từ các lớp cũ thông qua sự kế thừa. Một lớp mới còn gọi là
lớp dẫn xuất (derived class), có thể thừa hưởng dữ liệu và các phương thức của lớp cơ sở (base
class) ban đầu. Trong lớp này, có thể bổ sung các thành phần dữ liệu và các phương thức mới vào
4
những thành phần dữ liệu và các phương thức mà nó thừa hưởng từ lớp cơ sở. Mỗi lớp (kể cả lớp dẫn
xuất) có thể có một số lượng bất kỳ các lớp dẫn xuất. Qua cơ cấu kế thừa này, dạng hình cây của các
lớp được hình thành. Dạng cây của các lớp trông giống như các cây gia phả vì thế các lớp cơ sở còn
được gọi là lớp cha (parent class) và các lớp dẫn xuất được gọi là lớp con (child class).
Ví dụ 1.2: Chúng ta sẽ xây dựng một tập các lớp mô tả cho thư viện các ấn phẩm. Có hai kiểu ấn
phẩm: tạp chí và sách. Chúng ta có thể tạo một ấn phẩm tổng quát bằng cách định nghĩa các thành
phần dữ liệu tương ứng với số trang, mã số tra cứu, ngày tháng xuất bản, bản quyền và nhà xuất bản.
Các ấn phẩm có thể được lấy ra, cất đi và đọc. Đó là các phương thức thực hiện trên một ấn phẩm.
Tiếp đó chúng ta định nghĩa hai lớp dẫn xuất tên là tạp chí và sách. Tạp chí có tên, số ký phát hành
và chứa nhiều bài của các tác giả khác nhau . Các thành phần dữ liệu tương ứng với các yếu tố này
được đặt vào định nghĩa của lớp tạp chí. Tạp chí cũng cần có một phương thức nữa đó là đặt mua.
Các thành phần dữ liệu xác định cho sách sẽ bao gồm tên của (các) tác giả, loại bìa (cứng hay mềm)
và số hiệu ISBN của nó. Như vậy chúng ta có thể thấy, sách và tạp chí có chung các đặc trưng ấn
phẩm, trong khi vẫn có các thuộc tính riêng của chúng.
Hình 1.1: Lớp ấn phẩm và các lớp dẫn xuất của nó.
Với tính kế thừa, chúng ta không phải mất công xây dựng lại từ đầu các lớp mới, chỉ cần bổ sung để
có được trong các lớp dẫn xuất các đặc trưng cần thiết.
1.2.3 Tính đa hình (Polymorphism)
5
có thể bạn quan tâm
Lập trình hướng đối tượng VC và ứng dụng
142
487
323
Lập trình
142
(New)
Những điều cần biết về lập trình hướng đối tượng
7
556
293
Lập trình
7
(New)
Lập trình hướng đối tượng với PHP và những điều cần biết
11
628
292
Lập trình
11
(New)
Luận văn: Khái niệm, nguồn gốc,quá trình hình thành và nội dung về Tư...
74
1.199
333
Lý luận chính trị
74
(New)
Luận văn: Chế biến nước nha đam- Khảo sát nghiên cứu xử lý nguyên liệu...
18
642
281
Kỹ thuật
18
(New)
Làm rõ các khái niệm, nguyên nhân, và tác động của Quan Liêu, Tham Ô,...
26
858
571
Lý luận chính trị
26
(New)
Hướng dẫn trình bày bố cục, thảo luận nghiên cứu đối tượng để có một l...
6
1.243
358
Báo cáo, luận văn khác
6
(New)
Để bài thuyết trình gây ấn tượng cho khán giả
4
1.257
343
Kỹ năng thuyết trình
4
(New)
thông tin tài liệu
Lập trình hướng đối tượng (Object-Oriented Programming, viết tắt là OOP) là một phương pháp mới trên
bước đường tiến hóa của việc lập trình máy tính, nhằm làm cho chương trình trở nên linh hoạt, tin cậy và dễ
phát triển. Tuy nhiên để hiểu được OOP là gì, chúng ta hãy bắt đầu từ lịch sử của quá trình lập trình, xem
xét OOP đã tiến hóa như thế nào
Mở rộng để xem thêm
từ khóa liên quan
tài liệu mới trong mục này
tài liệu hot trong mục này
tài liệu giúp tôi
Nếu bạn không tìm thấy tài liệu mình cần có thể gửi yêu cầu ở đây để chúng tôi tìm giúp bạn!
xem nhiều trong tuần
Tâm lý xã hội VÀ Hệ tư tưởng
Tham khảo 12 bài tập nguyên lý thống kê có lời giải
4 đề thi học sinh giỏi Toán lớp 2, có đáp án kèm theo
Trắc nghiệm kinh tế
Địa lý 12 Phát triển cây công nghiệp lâu năm Tây Nguyên
Mẫu slide về các môn thể thao
yêu cầu tài liệu
Giúp bạn tìm tài liệu chưa có
×
