Bài giảng Kỹ thuật lập trình - Chương 4: Lớp và đối tượng - Trần Duy Thanh

Chương 4Lớp và đối tượngNội dungLập trình truyền thống và lập trình hướng đối tượngCác khái niệm liên quan tới Lớp và Đối tượngCác mức truy xuấtCác thành phần của lớpThuộc tính, phương thứcOperatorService Method và Support MethodOverloading methodParameter list methodAlias và cơ chế gom rác tự độngLập trình truyền thốngPhương pháp tiếp cận của lập trình truyền thốngLập trình tuyến tính.Lập trình cấu trúcƯu điểmChương trình rõ ràng, dễ hiểu, dễ theo dõi.Tư duy giải thuật rõ ràng.Khuyết điểmKhông hỗ trợ việc sử dụng lại mã nguồn.Khi thay đổi cấu trúc dữ liệu, phải thay đổi giải thuật. Phải giải quyết các mối quan hệ vĩ mô giữa các module phần mềm trong các dự án lớn.Lập trình hướng đối tượngĐặc điểm cơ bảnTập trung vào dữ liệu thay cho các hàm. Chương trình được chia thành các đối tượng độc lập. Cấu trúc dữ liệu được thiết kế sao cho đặc tả được các đối tượng. Dữ liệu được che giấu, bao bọc. Các đối tượng trao đổi với nhau thông qua các hàm.Chương trình được thiết kế theo hướng tiếp cận từ dưới lên. Lập trình hướng đối tượngMột số ưu điểm nổi bậtKhông có nguy cơ dữ liệu bị thay đổi tự do trong chương trình. Khi thay đổi cấu trúc dữ liệu của một đối tượng, không cần thay đổi mã nguồn của các đối tượng khác.Có thể sử dụng lại mã nguồn, tiết kiệm tài nguyên.Phù hợp với các dự án phần mềm lớn, phức tạp.Khái niệm Lớp và Đối tượngKhái niệm đối tượng (object) trong lập trình hướng đối tượng giống như một đối tượng cụ thể trong thế giới thực.Mỗi đối tượng có các thuộc tính và các hành vi riêng.Thuộc tính (attribute) mô tả đặc điểm của đối tượng.Hành vi là phương thức hoạt động của đối tượng, gọi tắt là phương thức (method).Khái niệm Lớp và Đối tượngVí dụ: Phân sốĐặc điểmTử sốMẫu sốThao tácCộng, trừ, nhân, chiaTối giảnNghịch đảoKhái niệm Lớp và Đối tượngVí dụ: xe hơiMàu trắng4 cửa4 bánhHiệu ToyotaChạy tớiChạy luiXe dừngKhái niệm Lớp và Đối tượngĐối tượng:XeHoiHiệu xeMàu xeSố bánh xeSố cửaChạy tớiChạy luiDừng xeTên đối tượngThuộc tínhPhương thứcKhái niệm Lớp và Đối tượngCác đối tượng có các đặc điểm (thuộc tính và phương thức) giống nhau được gom nhóm thành một lớp để phân biệt với các đối tượng khác và dễ quản lý.Một lớp (class) là sự phân loại của các đối tượng hay là kiểu (type) của đối tượng.Ví dụ: Các chiếc xe Toyota, Honda, Porsche thuộc lớp xe hơi.Các con chó giữ nhà, chó săn, chó kiểng thuộc lớp chó.Khái niệm Lớp và Đối tượngNhư vậy Lớp là một khái niệm trừu tượng, dùng để chỉ một tập hợp các đối tượng có mặt trong hệ thống.Lớp có thuộc tính và phương thức:Thuộc tính của lớp tương ứng với thuộc tính của đối tượng.Phương thức của lớp tương ứng với các hành động của đối tượng.Khái niệm Lớp và Đối tượngMột Lớp có thể có một trong các khả năng sau:Hoặc chỉ có thuộc tính, không có phương thức.Hoặc chỉ có phương thức, không có thuộc tính.Hoặc có cả thuộc tính và phương thức, trường hợp này là phổ biến nhất.Lớp không có thuộc tính và phương thức nào là các lớp trừu tượng. Các lớp này không có đối tượng tương ứng.Khái niệm Lớp và Đối tượngKhông gian tên (namespace)Một nhóm các lớp (classes) và giao diện (interfaces) được tổ chức thành một đơn vị quản lý theo hình thức không gian tên gọi là namespace.Lợi ích của namespace là tổ chức sắp xếp lại hệ thống thông tin các lớp trong dự án một cách khoa học, giúp cho việc theo dõi bảo trì dự án được tốt nhất.Khái niệm Lớp và Đối tượngTính trừu tượng:Lớp (Class) là một khái niệm trừu tượng, đối tượng là một thể hiện cụ thể của lớp.Ví dụ: Bản thiết kế của chiếc xe hơi là lớp.Chiếc xe hơi được tạo ra từ bản thiết kế là đối tượng.ClassObjectKhái niệm Lớp và Đối tượngTính trừu tượng:Từ những đối tượng giống nhau: trừu tượng hóa thành một lớp: Chỉ đưa ra các thuộc tính và phương thức cần thiết của đối tượng trong lập trình.Ví dụ: ClassObjectsTrừu tượng hóaKhái niệm Lớp và Đối tượngTính đóng gói:Mỗi lớp được xây dựng để thực hiện một nhóm chức năng đặc trưng của riêng lớp đó.Tất cả mọi thao tác truy xuất vào thành phần dữ liệu từ đối tượng này qua đối tượng khác phải được thực hiện bởi các phương thức (method) của chính đối tượng chứa dữ liệu. Tính đóng gói cho phép dấu thông tin của đối tượng bằng cách kết hợp thông tin và các phương thức liên quan đến thông tin trong đối tượng.Khái niệm Lớp và Đối tượngTính đóng gói:Ví dụ:ngungXe()chayToi()chayLui()kiemTraXang()mucXangngungXe()chayToi()chayLui()Yes, I can drive !Khái niệm Lớp và Đối tượngTính kế thừa:Cho phép xây dựng một lớp mới dựa trên các định nghĩa của một lớp đã có. Lớp đã có gọi là lớp Cha, lớp mới phát sinh gọi là lớp Con Lớp con kế thừa tất cả các thành phần của lớp Cha, có thể mở rộng các thành phần kế thừa và bổ sung thêm các thành phần mới. Khái niệm này sẽ trình bày chi tiết ở chương sauKhái niệm Lớp và Đối tượngTính kế thừa:Ví dụ:Định nghĩa LớpQuy tắc đặt tên Lớp trong C#Tên lớp nên là một danh từTên lớp có thể gồm nhiều từ, ký tự đầu tiên của mỗi từ nên viết hoaTên lớp nên đặt đơn giản, dễ nhớ, và có ý nghĩaTên lớp không được trùng với từ khóa của JavaTên lớp không thể bắt đầu bằng số.Trong một dự án thực tế làm sao xác định được các Lớp, các đối tượng, thuộc tính và phương thức của đối tượng???Định nghĩa Lớp class TenLop { //khai báo biến lớp kieubien tenBien1; kieubien tenBien2; //khai báo phương thức PhuongThuc1(); PhuongThuc2(); }Định nghĩa LớpĐịnh nghĩa lớp Phân Số: class PhanSo { //khai báo biến lớp int tuSo; int mauSo; //khai báo phương thức ... }Định nghĩa Lớp kiểu POCOpublic class PhanSo { public int TuSo { get; set; } public int MauSo { get; set; } public override string ToString() { return this.TuSo+"/"+this.MauSo; } }Không cần khai báo thuộc tính, sử dụng trực tiếp Properties:Khởi tạo đối tượngTenLop tenBien = new TenLop();Ví dụ:PhanSo psA = new PhanSo();XeHoi xeHoiB = new XeHoi();Từ khóa new dùng để cấp phát bộ nhớ cho đối tượng. psA và xeHoiB là 2 biến đối tượng trỏ tới 2 vùng nhớ được cấp phát trong thanh RAMXXXYYYpsAxeHoiBRAMMức truy suấtpublicCó thể truy xuất ở mọi nơi khácprivateChỉ có thể truy xuất ở trong classprotectedChỉ có thể truy xuất ở trong class hoặc class kế thừaBiến LớpLưu trữ tình trạng của đối tượngSử dụng cách khai báo biến thông thườngThêm mức truy xuấtVí dụpublic int tuSo;private int mauSoprotected int soBanhXe;Truy xuất biến lớp:tenDoiTuong.bienLopPhương thức (Method)Các hàm bên trong lớpMô tả hoạt động của đối tượngThêm mức truy xuất khi khai báoTruy xuất phương thứctenBien.TenPhuongThuc();Ví dụ:PhanSo a = new PhanSo();a.ToiGian();PhanSo b = a.NhanMotSo(2);staticDùng cho các thành phần lớp không phụ thuộc vào đối tượng cụ thểCó thể truy cập trong bản thân lớpĐược truy cập trực tiếp từ tên lớpPhương thức static chỉ truy cập được những thành viên static của lớpTruy cập: TenLop.TenBienTenLop.TenPhuongThuc()Có thể hiểu static là ô nhớ chia sẻ chung, khi biến static thay đổi giá trị thì toàn bộ các đối tượng đều thấy sự thay đổi này.Hàm khởi tạo (Constructor)Khởi tạo giá trị ban đầu cho đối tượng khi khai báoCùng tên với tên lớpKhông khai báo kiểu trả vềKhai báo:class TenLop { public TenLop() { ... } }Constructor mặc địnhLà constructor không có tham số và không thực hiện lệnh gì cả (hoặc thực hiện một số lệnh khởi tạo mặc định theo chủ ý của Lập trình viên)Nếu không khai báo constructor thì trình biên dịch sẽ tự thêm constructor mặc địnhConstructorMột lớp có thể có nhiều constructorCác constructor khác nhau về tham sốSố tham sốKiểu tham sốĐối tượng được khởi tạo theo constructor tương ứng khi khai báoChú ý: Khi khai báo constructor khác, constructor mặc định sẽ không có. Nếu muốn sử dụng thì phải khai báo lại.Constructorclass PhanSo { //khai báo biến lớp private int tuSo; private int mauSo; public PhanSo() { tuSo = 0; mauSo = 1; } public PhanSo(int ts, int ms) { tuSo = ts; mauSo = ms; } }ConstructorKhởi tạo đối tượng phân số có tử số = 0, mẫu số = 1:PhanSo a = new PhanSo();PhanSo b = new PhanSo(0, 1);Khởi tạo đối tượng phân số có tử số = 1, mẫu số = 2:PhanSo c = new PhanSo(1, 2)Tham chiếu thisTham khảo đến đối tượng hiện hànhTrong trường hợp đặt tên tham số trùng với tên biến lớp, sử dụng this để chỉ biến lớpclass PhanSo { private int tuSo; private int mauSo; public PhanSo(int tuSo, int mauSo) { this.tuSo = tuSo; this.mauSo = mauSo; } }Truyền đối tượng vào phương thứcĐối tượng là kiểu tham chiếuNếu có câu lệnh tác động đến giá trị các biến lớp của đối tượng trong phương thức  đối tượng bị thay đổi sau khi hoàn tất phương thức.Bảo vệ truy cập biến lớpThay đổi tên biến  thay đổi code ở những chỗ dùng biến?Hạn chế người dùng thay đổi giá trị biến?Kiểm tra hợp lệ khi gán giá trị biến?Biến chỉ đọc (read only)?Truy cập giá trị là kết quả của việc xử lý các biến lớp?Bảo vệ truy cập biến lớp Không cho phép truy cập biến lớp  dùng hàm để truy cập class PhanSo { private int tuSo; public int mauSo; public int LayTuSo() { return tuSo; } public void GanTuSo(int gt) { tuSo = gt; } }Thuộc tínhDùng để bảo vệ việc truy cập biến lớpCho phép chỉnh sửa code không làm ảnh hưởng nhiều đến chương trìnhThuộc tínhclass PhanSo{ private int tuSo; private int mauSo; public int TuSo { get { return tuSo; } set { tuSo = value; } } public int MauSo { get { return mauSo; } set { mauSo = value; } }}Kiểm tra hợp lệclass PhanSo{ private int tuSo; private int mauSo; public int TuSo { } public int MauSo { get { return mauSo; } set { if(value == 0) mauSo = 1; else mauSo = value; } } }Thuộc tính chỉ đọcKhông cho người dùng sửa giá trị biếnChỉ có get, không có set class PhanSo { private int tuSo; private int mauSo; private double giaTri; public double GiaTri { get { return giaTri; } } public double LayGiaTri() { giaTri = (double)tuSo / (double)mauSo; return giaTri; } }Thuộc tính là kết quả xử lý class PhanSo{ private int tuSo; private int mauSo; private double giaTri; public int TuSo{} public int MauSo{} public double GiaTri { get { return (double)tuSo / (double)mauSo; } }}Toán tửCác phép tính +, -, *, /Phép so sánh >, =, và = và 0 && CanhB > 0 && CanhC > 0 && (CanhA + CanhB) > CanhC && (CanhB + CanhC) > CanhA && (CanhA + CanhC) > CanhB) return true; return false; } public int ChuVi() { if (laHopLe() == false) return -1; return CanhA + CanhB + CanhC; } }Overloading MethodOverloading Method:Là đặc điểm trong cùng 1 lớp có nhiều phương thức cùng tên nhưng khác nhau về Signature. Signature bao gồm: Số lượng các đối số hoặc kiểu dữ liệu các đối số hoặc thứ tự các đối số.Kiểu dữ liệu trả về không được tính vào signatureLợi ích của Overloading là khả năng tái sử dụng lại phương thức và giúp việc gọi hàm “uyển chuyển”.Các Constructor là trường hợp đặc biệt của Overloading MethodOverloading Methodfloat tryMe(int x){ return x + .375;}float tryMe(int x, float y){ return x*y;}result = tryMe(25, 4.32)InvocationParameter List MethodC# cung cấp một loại phương thức đặc biệt đó là Parameter List, cũng là một trường hợp đặc biệt của Overloading Method.Ta có thể truyền bao nhiêu đối số kiểu int vào cho phương thức Sum cũng được.public int Sum(params int []arr){ int s = 0; foreach(int x in arr) { s += x; } return s;}Sum(1, 2, 4)Sum()Sum(1, 5, -8,2)Alias và cơ chế gom rác tự độngAlias là đặc điểm mà trên một ô nhớ có nhiều biến đối tượng cùng trỏ tới.Ví dụ:PhanSo psA=new PhanSo(1,5);PhanSo psB=new PhanSo(3,7);Lúc này trên thanh RAM sẽ có 2 ô nhớ cấp phát cho 2 đối tượng phân số được quản lý bởi 2 biến đối tượng psA và psBVùng nhớ AVùng nhớ BpsApsBAlias và cơ chế gom rác tự độngGiả sử ta thực hiện lệnh: psA=psB; Ngôn ngữ nói “Phân số A bằng Phân số B”, nhưng hệ thống máy tính sẽ làm việc theo cơ chế “Phân số A trỏ tới vùng nhớ mà phân số B đang quản lý”. Hay nói cách khác “Vùng nhớ B” bây giờ có 2 biến đối tượng cùng trỏ tới(cùng quản lý)Vùng nhớ AVùng nhớ BpsApsBAlias và cơ chế gom rác tự độngNhư vậy đã xuất hiện Alias ở “vùng nhớ B”. Lúc này sẽ xảy ra 2 hiện tượng như sau:Tại “vùng nhớ B”, nếu psA thay đổi thông tin sẽ làm cho psB thay đổi thông tin (vì cả 2 đối tượng này cùng quản lý một vùng nhớ)“Vùng nhớ A” không còn đối tượng nào tham chiếu tới, lúc này hệ thống sẽ tự động thu hồi bộ nhớ (hủy vùng nhớ A đã cấp trước đó), cơ chế này gọi là cơ chế gom rác tự độngVùng nhớ AVùng nhớ BpsApsBAlias và cơ chế gom rác tự độngĐôi khi trong quá trình thực hiện phần mềm ta có nhu cầu sao chép đối tượng ra (tạo thêm một đối tượng giống y xì đối tượng cũ nhưng nằm ở ô nhớ khác, để ta có thể tự do thay đổi thông tin trên đối tượng sao chép mà không làm ảnh hưởng tới đối tượng gốc). C# hỗ trợ chúng ta hàm MemberwiseClone để sao chép đối tượng. public PhanSo copy() { return this.MemberwiseClone() as PhanSo; }Alias và cơ chế gom rác tự độngVí dụ:psA thay đổi không ảnh hưởng gì tới psB và ngược lạiPhanSo psB = new PhanSo(1,4);PhanSo psA = psB.copy();Vùng nhớ AVùng nhớ BpsApsBSao chép toàn bộ thông tin trong Vùng nhớ B vào vùng nhớ A Tức là ta có 2 đối tượng có thông tin giống nhau y xì nhưng nằm trên 2 ô nhớ hoàn toàn khác nhauEND