Bài giảng Lập trình hướng đối tượng - Chương 3: Các khái niệm chính của lập trình hướng đối tượng

Chương 3

Các khái niệm chính của lập trình hướng ₫ối tượng

3.0 Dẫn nhập

3.1 Cấu trúc của 1 ứng dụng hướng ₫ối tượng

3.2 Đối tượng, thuộc tính, tác vụ

3.3 Abstract type

3.4 Class

3.5 Tính bao ₫óng

3.6 Tính thừa kế & cơ chế 'override'

3.7 Tính bao gộp

3.8 Thông ₫iệp, tính ₫a xạ và kiểm tra kiểu

3.9 Tính tổng quát hóa

3.10 Kết chương

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 3 : Các khái niệm chính của lập trình hướng ₫ối tượng

Slide 1

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

3.0 Dẫn nhập

 Chương này giới thiệu cấu trúc của chương trình ₫ược lập trình

theo kỹ thuật hướng ₫ối tượng (OOP – Objects Oriented

Programming), các phương tiện ₫ặc tả ₫ối tượng như phát biểu

interface, phát biểu class.

 Chương này cũng giới thiệu các tính chất liên quan ₫ến việc ₫ặc tả

và sử dụng ₫ối tượng như thừa kế, bao ₫óng, bao gộp, tổng quát

hóa.

 Chương này cũng giới thiệu phương tiện giao tiếp duy nhất giữa

các ₫ối tượng là thông ₫iệp, nhu cầu cần phải có tính ₫a xạ trong

việc thực hiện lệnh gởi thông ₫iệp.

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 3 : Các khái niệm chính của lập trình hướng ₫ối tượng

Slide 2

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

3.1 Cấu trúc chương trình OOP

Chương trình = tập các ₫ối tượng sống ₫ộc lập, tương tác nhau khi

cần thiết ₫ể hoàn thành nhiệm vụ của chương trình (ứng dụng).

Đối tượng

(object)

dữ liệu cục

bộ trong

₫ối tượng

Điểm nhập

chương

trình (hàm

Main)

dữ liệu cục

bộ trong

từng hàm

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 3 : Các khái niệm chính của lập trình hướng ₫ối tượng

Slide 3

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

3.1 Cấu trúc chương trình OOP

Chương trình

Đối tượng

(object)

dữ liệu cục

bộ trong

₫ối tượng

Điểm nhập

chương

trình (hàm

Main)

dữ liệu cục

bộ trong

từng hàm

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 3 : Các khái niệm chính của lập trình hướng ₫ối tượng

Slide 4

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

3.1 Cấu trúc chương trình OOP

. Cấu trúc chương trình hướng ₫ối tượng rất thuần nhất, chỉ chứa 1

loại thành phần : ₫ối tượng.

. Các ₫ối tượng có tính ₫ộc lập rất cao quản lý, kiểm soát chương

trình rất dễ (cho dù chương trình có thể rất lớn)  dễ nâng cấp,

bảo trì.

. Không thể tạo ra dữ liệu toàn cục của chương trình ₫iểm yếu

nhất của chương trình cấu trúc không tồn tại nữa.

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 3 : Các khái niệm chính của lập trình hướng ₫ối tượng

Slide 5

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

3.2 Đối tượng (Object)

 Đối tượng là nguyên tử cấu thành ứng dụng.

 Đối tượng bao gồm 2 loại thành phần chính yếu :

. Tập các tác vụ (operation) : mỗi tác vụ thực hiện 1 chức năng

rõ ràng ₫ơn giản nào ₫ó.

. Tập các thuộc tính dữ liệu (attribute) : mỗi thuộc tính có kiểu

dữ liệu cụ thể, và chứa 1 giá trị cụ thể thuộc kiểu tương ứng tại

từng thời ₫iểm. Các thuộc tính phục vụ cho các tác vụ và là ₫ối

tượng xử lý bởi các tác vụ.

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 3 : Các khái niệm chính của lập trình hướng ₫ối tượng

Slide 6

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

3.2 Đối tượng (Object)

 Viết phần mềm hướng ₫ối tượng là qui trình ₫ặc tả các loại ₫ối

tượng cấu thành ứng dụng.

 Đặc tả một loại ₫ối tượng là ₫ặc tả 2 góc nhìn khác nhau về ₫ối

tượng :

. Góc nhìn sử dụng : dùng phát biểu interface.

. Góc nhìn hiện thực cụ thể : dùng phát biểu class.

Implementation

(class)

Interface

(abstract type)

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 3 : Các khái niệm chính của lập trình hướng ₫ối tượng

Slide 7

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

3.3 Kiểu trừu tượng (Abstract type) hay interface

 Phát biểu interface ₫ịnh nghĩa thông tin sử dụng ₫ối tượng mà bên

ngoài thấy, kết hợp các thông tin này với 1 tên gọi, tên này ₫ược

gọi là tên kiểu trừu tượng (Abstract type) hay ngắn gọn là type.

 Interface là tập hợp các ₫iểm nhập (entry) mà bên ngoài có thể

giao tiếp với ₫ối tượng. C# cho phép ₫ịnh nghĩa nhiều loại ₫iểm

nhập, nhưng phổ biến nhất là tác vụ chức năng (operation).

 Ta dùng chữ ký (signature) ₫ể ₫ịnh nghĩa và phân biệt mỗi ₫iểm

nhập. Chữ ký của 1 tác vụ gồm :

1. tên tác vụ (operation)

2. danh sách tham số hình thức, mỗi tham số ₫ược ₫ặc tả bởi 3

thuộc tính : tên, type và chiều di chuyển (IN, OUT, INOUT).

3. ₫ặc tả chức năng của tác vụ (thường ở dạng chú thích).

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 3 : Các khái niệm chính của lập trình hướng ₫ối tượng

Slide 8

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

3.3 Kiểu trừu tượng (Abstract type) hay interface

 Muốn làm việc với 1 ₫ối tượng nào ₫ó, ta thường dùng biến ₫ối

tượng. Biến ₫ối tượng nên ₫ược ₫ặc tả kiểu bằng tên interface, hạn

chế dùng tên class cụ thể.

 Biến ₫ối tượng là biến tham khảo, nó không chứa trực tiếp ₫ối

tượng, nó chỉ chứa các thông tin ₫ể truy xuất ₫ược ₫ối tượng, bất

chấp ₫ối tượng ₫ang nằm ở ₫âu.

 Biến ₫ối tượng thuộc kiểu interface có thể tham khảo ₫ến nhiều

₫ối tượng thuộc các class cụ thể khác nhau miễn sao các ₫ối tượng

này hỗ trợ ₫ược interface tương ứng.

 Như vậy, nếu ta dùng ₫ối tượng thông qua biến thuộc kiểu

interface thì ta không cần biết bất kỳ thông tin hiện thực chi tiết

nào về ₫ối tượng mà mình ₫ang dùng, nhờ vậy code ứng dụng sẽ

₫ộc lập hoàn toàn với class hiện thực của ₫ối tượng ₫ược sử dụng

trong ứng dụng.

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 3 : Các khái niệm chính của lập trình hướng ₫ối tượng

Slide 9

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

Thí dụ interface

 Thí dụ sau ₫ây miêu tả 1 interface của ₫ối tượng mà hỗ trợ 2 tác

vụ chuẩn hóa chuỗi tiếng Việt về dạng tổ hợp và dựng sẵn. Thông

qua interface, người dùng không hề thấy và biết chi tiết về hiện

thực của các tác vụ, nhưng ₫iều này không hề ngăn cản họ trong

việc dùng ₫ối tượng nào ₫ó có interface IVietLib.

interface IVietLib {

//tác vụ chuẩn hóa chuỗi tiếng Việt về dạng tổ hợp

int VnPre2Comp(String src, int len, ref String dst);

//tác vụ chuẩn hóa chuỗi tiếng Việt về dạng dựng sẵn

int VnComp2Pre(String src, int len, ref String dst);

}

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 3 : Các khái niệm chính của lập trình hướng ₫ối tượng

Slide 10

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

3.4 Class (Implementation)

 Phát biểu class ₫ịnh nghĩa chi tiết hiện thực ₫ối tượng :

. ₫ịnh nghĩa các thuộc tính, mỗi thuộc tính ₫ược ₫ặc tả bởi các

thông tin về nó như tên nhận dạng, kiểu dữ liệu, tầm vực truy

xuất,... Kiểu của thuộc tính có thể là type cổ ₫iển (kiểu giá trị :

số nguyên, thực, ký tự, chuỗi ký tự,...) hay kiểu ₫ối tượng (kiểu

tham khảo), trong trường hợp sau thuộc tính sẽ là tham khảo

₫ến ₫ối tượng khác. Trạng thái của ₫ối tượng là tập giá trị của

tất cả thuộc tính của ₫ối tượng tại thời ₫iểm tương ứng.

. 'coding' các tác vụ (miêu tả giải thuật chi tiết về hoạt ₫ộng của

tác vụ), các hàm nội bộ trong class và các thành phần khác.

 Ngoài các thành phần chức năng, ta còn phải ₫ịnh nghĩa các tác vụ

quản lý ₫ối tượng như : khởi tạo trạng thái ban ₫ầu (constructor),

dọn dẹp các phần tử liên quan ₫ến ₫ối tượng khi ₫ối tượng bị xóa

(destructor).

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 3 : Các khái niệm chính của lập trình hướng ₫ối tượng

Slide 11

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

Thí dụ về class

 Thí dụ sau ₫ây miêu tả 1 class hiện thực interface IVietLib :

class MyVietLib : IVietLib {

//₫ịnh nghĩa các thuộc tính cần dùng cho 2 tác vụ

...

//₫ịnh nghĩa 2 tác vụ quản lý ₫ối tượng

MyVietLib() {…}

~MyVietLib() {…}

//₫ịnh nghĩa thuật giải tác vụ chuẩn hóa chuỗi tiếng Việt về dạng tổ hợp

int VnPre2Comp(String src, int len, ref String dst) {….}

//₫ịnh nghĩa thuật giải tác vụ chuẩn hóa chuỗi tiếng Việt về dạng dựng

sẵn

int VnComp2Pre(String src, int len, ref String dst) {…}

}

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 3 : Các khái niệm chính của lập trình hướng ₫ối tượng

Slide 12

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

3.5 Tính ₫óng gói (encapsulation)

Tính ₫óng gói gồm 2 ý :

 Mỗi ₫ối tượng chỉ nên thực hiện một công việc nhỏ, ₫ơn giản, rõ

ràng. Các thành phần cần thiết ₫ể thực hiện công việc của ₫ối

tượng có mối quan hệ rất mật thiết với nhau và ₫ược ₫óng gói

thành ₫ối tượng sao cho tính kết dính (cohesion) cao nhất.

 Mỗi ₫ối tượng chỉ cung cấp cho khách hàng bên ngoài (client) một

tập ₫ủ nhỏ các tác vụ chức năng có nghĩa và phải che dấu mọi chi

tiết hiện thực của ₫ối tượng, không cho bên ngoài thấy và truy

xuất các chi tiết hiện thực này, nhờ vậy, tạo ₫ộ ₫ộc lập cao giữa

các ₫ối tượng, giảm thiểu tính nối ghép (coupling) hay phụ thuộc

giữa các ₫ối tượng xuống thấp nhất có thể có, ₫ể cuối cùng thì việc

quản lý, hiệu chỉnh và nâng cấp từng ₫ối tượng ₫ược dễ dàng,

không ảnh hưởng ₫ến các ₫ối tượng khác.

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 3 : Các khái niệm chính của lập trình hướng ₫ối tượng

Slide 13

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

3.5 Tính ₫óng gói (encapsulation)

 Trong 2 ý về tính ₫óng gói thì việc ẩn thông tin là quyết ₫ịnh nhất,

cụ thể :

. che dấu các thuộc tính dữ liệu : nếu cần cho phép bên ngoài

truy xuất 1 thuộc tính vật lý, ta tạo 1 thuộc tính luận lý (2 tác

vụ get/set tương ứng) ₫ể giám sát và kiểm soát việc truy xuất.

. che dấu chi tiết hiện thực các tác vụ.

. che dấu các local function và sự hiện thực của chúng.

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 3 : Các khái niệm chính của lập trình hướng ₫ối tượng

Slide 14

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

3.6 Tính thừa kế (inheritance)

 Tính thừa kế cho phép giảm nhẹ công sức ₫ịnh nghĩa

interface/class : ta có thể ₫ịnh nghĩa các interface/class không

phải từ ₫ầu mà bằng cách kế thừa interface/class có sẵn nhưng

gần giống với mình :

. Miêu tả tên cha : mọi thành phần của cha trở thành của mình.

. override 1 số method của class cha, kết quả override chỉ tác

dụng trên ₫ối tượng của class con.

. ₫ịnh nghĩa thêm các chi tiết mới (thường khá ít).

 Đa thừa kế hay ₫ơn thừa kế. C# cho phép ₫a thừa kế interface (₫a

hiện thực), nhưng chỉ hỗ trợ ₫ơn thừa kế class.

 Thừa kế tạo ra mối quan hệ cha/con : phần tử ₫ã có là cha, phần

tử thừa kế cha ₫ược gọi là con. Cha/con có thể là trực tiếp hay

gián tiếp.

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 3 : Các khái niệm chính của lập trình hướng ₫ối tượng

Slide 15

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

3.6 Tính thừa kế (inheritance)

 Với các tính chất về thừa kế như slide trước, ta rút ra ₫ược 1 số ý

tưởng :

. Đối tượng của class con luôn lớn hay hay ít nhất bằng ₫ối

tượng class cha.

. Và như thế, ₫ối tượng class con hoàn toàn có thể ₫óng vai trò

của ₫ối tượng class cha và thay thế ₫ối tượng class cha khi cần

thiết, nhưng ngược lại thường không ₫ược.

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 3 : Các khái niệm chính của lập trình hướng ₫ối tượng

Slide 16

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

3.7 Tính bao gộp (aggregation)

 1 ₫ối tượng có thể chứa nhiều ₫ối tượng khác tạo nên mối quan

hệ bao gộp 1 cách ₫ệ quy giữa các ₫ối tượng. Thí dụ ₫ối tượng

quốc gia chứa nhiều ₫ối tượng tỉnh, ₫ối tượng tỉnh chứa nhiều ₫ối

tượng quận/huyện,…

 Có 2 góc nhìn về tính bao gộp : ngữ nghĩa & hiện thực.

Góc nhìn ngữ nghĩa

Góc nhìn hiện thực

O₂

O₁

O₂

O₁

O₃

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 3 : Các khái niệm chính của lập trình hướng ₫ối tượng

Slide 17

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

Ví dụ về bao gộp

//₫ịnh nghĩa class miêu tả ₫ối tượng ₫ồ họa cơ bản

abstract class Geometry {

// abstract base class

public abstract void Draw (Graphics g); // abstract operation

protected int xPos, yPos;

protected COLORREF color;

};

//₫ịnh nghĩa class ₫ồ họa phức hợp = tập các ₫ối tượng ₫ồ họa ₫ã có

class GeoGroup : Geometry {

public override void Draw (Graphics g) {...} ; // override

private Geometry [] objList; //danh sách các ₫ối tượng thành phần;

int count; //số lượng các ₫ối tượng thành phần

};

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 3 : Các khái niệm chính của lập trình hướng ₫ối tượng

Slide 18

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

3.8 Thông ₫iệp (Message), ₫a xạ (Polymorphism)

 Thông ₫iệp là phương tiện giao tiếp (hay tương tác) duy nhất giữa

các ₫ối tượng, nó cho phép gọi 1 tác vụ chức năng của 1 ₫ối tượng

từ 1 tham khảo ₫ến ₫ối tượng.

 Thông ₫iệp bao gồm 3 thành phần :

. tham khảo ₫ến ₫ối tượng cần nhờ.

. tên tác vụ muốn gọi.

. danh sách tham số thực cần truyền cho (hay nhận về từ) tác

vụ.

public override void Draw (Graphics g) {

for (int i=0; i < count; i++)

objList[i].Draw(g); //gởi thông ₫iệp nhờ ₫ối tượng objList[i]

// tự hiển thị mình lên ₫ối tượng vẽ g

}

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 3 : Các khái niệm chính của lập trình hướng ₫ối tượng

Slide 19

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

3.8 Thông ₫iệp (Message), ₫a xạ (Polymorphism)

 Xét ₫oạn lệnh sau :

C1 obj = new C1();

obj.func(); //lần 1

obj = new C2();

obj.func(); //lần 2

 Lệnh gởi thông ₫iệp obj.func() kích hoạt tác vụ func() của class

C1 hay tác vụ func() của class C2 ?

1. Dùng kỹ thuật xác ₫ịnh hàm và liên kết tĩnh : Dựa vào thông

tin tại thời ₫iểm dịch, biến obj thuộc kiểu C1 và máy dịch lời

gởi thông ₫iệp obj.func() thành lời gọi hàm C1_func(). Như

vậy mỗi khi máy chạy lệnh này, hàm C1_func() sẽ chạy, bất

chấp tại thời ₫iểm chạy, obj ₫ang tham khảo ₫ối tượng của

class khác (C2). Điều này không ₫úng với ý muốn người lập

trình.

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 3 : Các khái niệm chính của lập trình hướng ₫ối tượng

Slide 20

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM