Lập trình hướng đối tượng - Chương 1 ppsx

Chương 1

Tổng quan về

lập trình hướng đối tượng







Vài nét về sự phát triển của các ngôn ngữ lập trình


Các khái niệm cơ bản của lập trình hướng đối tượng
•
Lớp và Đối tượng (Class & Object)
•
Thông báo (Message)
•
Tính đóng gói (Encapsulation)
•
Tính kế thừa (Inheritance)
•
Tính đa hình (Polymorphism)

Tổng quan về ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng C++
•
Xuất/Nhập (Console I/O)
•
Chú thích (Comment)
•
Khái niệm về quá tải hàm (Function Overloading)
•
Các từ khoá (Keywords)





Chương 1
Tổng quan về Lập trình hướng đối tượng




2

Chương 1
Tổng quan về Lập trình hướng đối tượng

3
I/ Vài nét về sự phát triển của các ngôn ngữ lập trình

Ngôn ngữ lập trình phát triển qua hai lý do :
(1) để thích ứng với sự phát triển của môi trường (các hệ máy tính, các mạng).
(2) bổ sung tốt hơn cho các phương pháp lập trình.

•
Vào thập niên 1940, chiếc máy tính điện tử đầu tiên ENIAC I (
Electronic
Numerical Integrator and Calculator
) được chế tạo tại ĐH Pennsylvania, USA,
bởi nhóm John W. Mauchly và J. Presper Eckert. Các chương trình (
program
)
lúc đó được lập ra bằng các quá trình đóng mở các công tắc trên một bảng đặt
trước máy tính. Ngôn ngữ máy (
Machine language
) với những chuổi nhò phân
0,1, có độ dài qui ước chỉ thích hợp với các chương trình nhỏ nhất.

•
Sau đó John von Neumann (
ĐH Princeton, USA
) đã đề xuất khái niệm
chương
trình lưu trữ
trong bộ nhớ máy tính, ý tưởng này không những cải tiến tốc độ tính
toán của máy tính lúc đó mà còn gợi ra những phương pháp linh hoạt để viết các

chương trình trong tương lai. Hợp ngữ (
Assembly language
) được tạo ra cho phép
viết các chương trình dài hơn.

•
Cuối thập niên 1950 và đầu thập niên 1960, các ngôn ngữ cấp cao đã ra đời như
FORTRAN (
FORmula TRANslator
) dùng cho các tính toán về toán học và
COBOL (
COmmon Business Oriented Language
) dùng trong lónh vực thương
mại. Ngôn ngữ BASIC (
Beginners All-purpose Symbolic Instructional Code
)
được phát triển lần đầu tiên trên các máy vi tính (micro-computer) nhằm giúp
các sinh viên dễ học và tiếp cận với các chương trình máy tính.

Các
ngôn ngữ lập trình có cấu trúc
như ALGOL và PASCAL ra đời giúp loại bỏ
các nhược điểm như rối loạn mã khó quản lý khi số lệnh trong chương trình dài
hàng ngàn dòng.

•
Đầu thập niên 1970 ngôn ngữ C (do Denis Ritchie) được ra đời tại AT&T Bell
Labs, USA. Ngôn ngữ C tổng hợp các sức mạnh của các ngôn ngữ lập trình cấu
trúc khác, dể hiểu, dể học và trở nên phổ biến với mọi người. Tháng 12/1989,
ngôn ngữ C được ANSI (American National Standards Insitute) chuẩn hoá và

thông qua.


Chương 1
Tổng quan về Lập trình hướng đối tượng




4
•
Lập trình có cấu trúc (hay còn gọi là lập trình thủ tục)
dựa vào các cấu trúc điều
khiển (for, while, do, if, ) đã được đònh nghiã, các khối mã lệnh, ít dùng lệnh
GOTO, các chương trình con hỗ trợ phép đệ qui và các biến cục bộ.

Main program


Function 1 Function 2 Function 3


Function 4 Function 5


Function 6 Function 7 Function 8

Hình 1.1
Các chương trình hướng-thủ tục (lập trình cấu trúc)

Một chương trình lớn được chia thành nhiều chương trình con cho nhiều nhóm lập
trình khác nhau cùng làm việc, với số dòng lệnh đến vài chục ngàn dòng, giúp dễ
dàng bảo trì và phát triển phần mềm.


Global Data Global Data



Function-1 Function-2 Function-3
Local Data Local Data Local Data

Hình 1.2
Quan hệ giữa dữ liệu và hàm trong lập trình hướng-thủ tục

•
Đầu thập niên 1980, ngôn ngữ C++ (
dựa trên ngôn ngữ C, Bjarne Stroustrup
giới thiệu
) và ngôn ngữ Smalltalk (
Xerox PARK
) được phát triển nhằm hổ trợ
cho phương pháp lập trình hướng đối tượng (
Object Oriented Programming
),
phương pháp này đã được đề xuất từ cuối thập niên 1960 với ngôn ngữ Simula.
C++ được chuẩn hoá vào tháng 11/1997 và một chuẩn ANSI/ISO đã công bố.

Chương 1

Tổng quan về Lập trình hướng đối tượng




5
Lập trình hướng đối tượng sử dụng C++ tạo nên sự biến đổi sâu sắc, giúp lập
trình viên có thể quản lý những chương trình lớn và phức tạp (hơn 100.000 dòng
lệnh).
•
Thập niên 1990, với sự phát triển mạnh mẽ của mạng World Wide Web, một
cuộc cách mạng mới trong kỹ thuật lập trình đã xảy ra. Ngôn ngữ JAVA do
James Gosling, Patrick Naughton, Christ Warth, và Mike Sheridan phát triển tại
hãng Sun Microsystem. Tên chính thức được công bố vào năm 1995.

•
JAVA là ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng không phụ thuộc vào thiết bò (các
bộ vi xử lý, hệ điều hành, mạng, ). JAVA được thiết kế không phải để thay
thế C++, mà để giải quyết những vấn đề đang đặt ra cho nền công nghệ tin học.

•
Phương pháp lập trình hướng đối tượng
cho phép phân chia một bài toán thành
các nhóm nhỏ có quan hệ với nhau.
Mỗi nhóm là một đối tượng chứa các lệnh và
dữ liệu riêng của nó có quan hệ với đối tượng đó
.

Nhờ đó, tính phức tạp của chương trình được giảm xuống, người lập trình có thể
quản lý những chương trình rất lớn, chẳng hạn hệ điều hành Windows và những

chương trình ứng dụng trên đó là những minh chứng cho phương pháp này.

Object A Object B

Data Data


Functions Functions


Object C


Functions


Data

Hình 1.3
Tổ chức của dữ liệu và các phương thức trong lập trình hướng-đối tượng

Các đặc tính quan trọng trong lập trình hướng đối tượng :
Chương 1
Tổng quan về Lập trình hướng đối tượng




6
•

Tính đóng gói (Encapsulation)
•
Tính kế thừa (Inheritance)
•
Tính đa hình (Polymorphism)


II/ Các khái niệm cơ bản của lập trình hướng đối tượng

1/ Lớp (Class) và Đối tượng (Object)
Các đối tượng là các thực thể (entities) cơ sở khi chạy chương trình (run-time) trong
một hệ thống hướng đối tượng
.

Chúng có thể biểu diễn một con người, một vò trí, một tài khoản ngân hàng, một
bảng dữ liệu hoặc bất kỳ một đề mục (item) nào mà chương trình cần dùng để thực
hiện các tác vụ (tasks).

Object : SINHVIEN SINHVIEN
DATA
Tên Nhập()
Ngày sinh
Điểm
TrungBình()
FUNCTIONS
Nhập()
TrungBình() HiểnThò()
HiểnThò()
(a) (b)

Hình 1.4
Hai cách biểu diễn một đối tượng

Bên trong một chương trình có thể viết các dòng lệnh (instructions) để tạo ra các đối
tượng. Để máy tính có thể tạo ra đối tượng, chúng ta cần phải cung cấp một đònh
nghiã, gọi là lớp.

Lớp là một dạng khuôn (mould , template) qua đó chương trình máy tính dùng để tạo
ra các đối tượng.


Một đối tượng được gọi là một
thể hiện (instance)
của một lớp. Một đối tượng là một
thể hiện chính xác
của một lớp.
Khi đònh nghiã một lớp, còn được xem là
tạo ra một kiểu dữ liệu mới
từ người dùng.
Chương 1
Tổng quan về Lập trình hướng đối tượng




7

Khi khai báo một đối tượng, có nghiã là
tạo ra một biến

có kiểu dữ liệu là một lớp.

Các
thành viên
(members) của một lớp bao gồm dữ liệu (data) và các hàm hay
phương thức (function, method)

Nguyên


SINHVIEN

Hanh



Class Instances Objects


Hình 1.5
Lớp SINHVIEN và 2 đối tượng Nguyên & Hanh


2/ Thông báo (Message)
Để yêu cầu một đối tượng thực thi một tác vụ, cần gởi một
thông báo
đến nó.
Chẳng hạn, chúng ta gởi một thông báo
new
đến lớp SINHVIEN để tạo ra một thể

hiện (một đối tượng SINHVIEN), sau đó gởi một thông báo Nhập()

đến đối tượng
của lớp SINHVIEN để nhập các dữ liệu về sinh viên.


3/ Tính đóng gói (Encapsulation)
Việc tổ chức dữ liệu (data) và các hàm (function) hay phương thức (method) trong
một đơn vò duy nhất (gọi là lớp) được xem là tính chất
đóng gói
.

Đóng gói dữ liệu
(Data Encapsulation) là một trong những đặc tính nổi bật của một
lớp. Dữ liệu không thể truy xuất được ở bên ngoài lớp và chỉ những phương thức bên
trong lớp đó mới có thể truy xuất được chúng.

Trong một đối tượng, dữ liệu và hàm hoặc cả hai có thể là
riêng
của đối tượng đó
hoặc
chung
.
SINHVIEN
SINHVIEN
Chương 1
Tổng quan về Lập trình hướng đối tượng

8

Dữ liệu và hàm riêng là thuộc về đối tượng đó và chỉ được truy cập bởi các thành
phần bên trong của đối tượng.

Với dữ liệu và hàm chung, các bộ phận khác của chương trình có thể truy cập đến
chúng.

Những chức năng này cung cấp một giao tiếp giữa dữ liệu của đối tượng và chương
trình. Sự cách ly này của dữ liệu từ việc truy xuất trực tiếp bởi chương trình được gọi
là
sự che dấu dữ liệu
(data hiding)


4/ Tính kế thừa (Inheritance)
Tính kế thừa là quá trình một đối tượng có thể có được các tính chất của một đối
tượng khác
. Nghiã là, một đối tượng có thể kế thừa các tính chất tổng quát để bổ
sung thêm các đặc điểm của nó.

Tính kế thừa hổ trợ khái niệm phân loại theo thứ bậc (hierarchical classification) ,
đóng vai trò quan trọng trong lập trình hướng đối tượng.

Hình 1.6
Hệ thống thứ bậc kế thừa (đơn giản) trong Học viện


Lớp cơ sở (base class) : “Học Viện Công nghệ Bưu Chính –Viễn Thông”
Lớp dẫn xuất (derived class) : “Khối Sinh viên” ,
“Khối Giáo viên” ,
“Khối Nhân viên”
5/ Tính đa hình (Polymorphism)
Học Viện Công nghệ Bưu Chính –Viễn Thông
Khối Sinh viên Khối Giáo viên Khối Nhân viên
Chương 1
Tổng quan về Lập trình hướng đối tượng




9
Tính đa hình là tính chất cho phép một tên (đối tượng, hàm, toán tử) được dùng cho
hai hay nhiều mục đích khác nhau có quan hệ về phương diện kỹ thuật
.

Tính đa hình cho phép thực hiện
quá tải hàm
(function overloading) hay
quá tải toán

tử
(operator overloading)

Tính đa hình thể hiện ý tưởng "một giao diện cho nhiều phương thức".



III/ Tổng quan về ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng C++

Do C++ được xây dựng từ ngôn ngữ C với lớp, nên mọi phần tử của C đều được chứa
trong C++ .

Các hàm căn bản của C++ đều chứa trong thư viện
iostream.h



1/ Xuất/Nhập trong C++ (Console I/O)

Từ khoá
cout
,
cin
là các stream được đònh nghiã trước trong iostream.h, tự động liên
kết với console khi chương trình C++ bắt đầu chạy.

cout
tương đương với stdout, và
cin
tương đương với stdin trong ngôn ngữ C.

Cú pháp

cout <<

expression
; // xuất nội dung của biểu thức ra màn hình

cin >>

variable
; // nhập một giá trò từ bàn phím vào biến variable

với << toán tử xuất
>> toán tử nhập

expression
biểu thức C++ bất kỳ
variable
biến



Ví dụ 1.1
Chương 1
Tổng quan về Lập trình hướng đối tượng

10
#include <iostream.h>

int main()
{
int i = 10, j = 20; double d = 99.101;

cout << "Here are some values: ";
cout << i;
cout << ' ';
cout << j;
cout << ' ';
cout << d;
return 0;
}

Ví dụ 1.2
Xuất nhiều hơn một giá trò trong một biểu thức nhập/xuất đơn

#include <iostream.h>
int main()
{
int i, j; double d;

i = 10;
j = 20;
d = 99.101;

cout << "Here are some values: ";
cout << i << ' ' << j << ' ' << d;

return 0;
}


Ví dụ 1.3
Khi nhập, các mục riêng lẻ phải cách nhau khoảng trắng.
Với
chuổi
, toán tử nhập sẽ ngừng
khi gặp ký tự khoảng trắng đầu tiên
.

#include <iostream.h>
Chương 1
Tổng quan về Lập trình hướng đối tượng




11

int main()
{
int i; float f; char s[80];

cout << "Enter an integer, float, and string: ";
cin >> i >> f >> s;

cout << "Here's your data: ";

cout << i << ' ' << f << ' ' << s;

return 0;
}


Ví dụ 1.4
Với toán tử nhập >> , mọi dữ liệu nhập được đưa vào bộ đệm (buffer)
cho đến khi nhấn phím ENTER.

#include <iostream.h>

int main()
{
char ch;
cout << "Enter keys, x to stop.\n";

do {
cout << " : ";
cin >> ch;
} while (ch != 'x');

return 0;
}


2/ Chú thích (comment) trong C++
•
Chú thích một dòng lệnh //
Ví dụ 1.5

Xác đònh một số nguyên là số chẵn hay lẻ
Chương 1
Tổng quan về Lập trình hướng đối tượng




12
#include <iostream.h>

int main()
{
int num; // this is a C++, single-line comment

// read the number
cout << "Enter number to be tested: ";

cin >> num;

// see if even or odd
if((num%2)==0) cout << "Number is even\n";
else cout << "Number is odd\n";

return 0;
}

•
Chú thích nhiều dòng lệnh /* */

Ví dụ 1.6

/* This is a multiline comment
inside of which // is nested a single-line comment.
Here is the end of the multiline comment.
*/


3/ Khái niệm về quá tải hàm (Function Overloading)

Hai hoặc nhiều hàm dùng chung một tên. Có 3 loại :
•
Cùng số đối số
•
Khác số đối số
•
Khác số đối số và khác kiểu dữ liệu

Mục đích :
•
giúp giảm bớt tính phức tạp của chương trình bằng cách cho phép các phép toán
có liên hệ được tham chiếu cùng một tên.
Chương 1
Tổng quan về Lập trình hướng đối tượng




13
•
đạt được tính đa dạng thời gian biên dòch.

Ví dụ 1.7
Cùng

số đối số.
Trình biên dòch sẽ chọn phiên bản thích hợp của hàm để gọi.


#include <iostream.h>

// Overload abs() three ways
int
abs(int n)
;
long
abs(long n)
;

double
abs(double n)
;

int main()
{
cout << "Absolute value of -10: " << abs(-10) << "\n\n";
cout << "Absolute value of -10L: " << abs(-10L) << "\n\n";
cout << "Absolute value of -10.01: " << abs(-10.01) << "\n\n";

return 0;
}

// abs() for ints
int abs(int n)
{
cout << "In integer abs()\n";
return n<0 ? -n : n;
}

// abs() for longs
long abs(long n)
{
cout << "In long abs()\n";
return n<0 ? -n : n;
}
// abs() for doubles
double abs(double n)
Chương 1
Tổng quan về Lập trình hướng đối tượng




14
{
cout << "In double abs()\n";
return n<0 ? -n : n;
}


Ví dụ 1.8
Khác số đối số và khác kiểu dữ liệu

#include <iostream.h>

void
date(char *date)
; // date as a string
void
date(int month, int day, int year)
; // date as numbers

int main()
{
date("8/23/99");
date(8, 23, 99);

return 0;
}

// Date as string.
void date(char *date)
{
cout << "Date: " << date << "\n";
}


// Date as integers.
void date(int month, int day, int year)
{
cout << "Date: " << month << "/";

cout << day << "/" << year << "\n";
}

Ví dụ 1.9
Hai hàm chỉ khác nhau ở kiểu dữ liệu trả về làm cho trình biên dòch
không thể lựa chọn kiểu đúng để gọi.
Chương 1
Tổng quan về Lập trình hướng đối tượng




15

// This is incorrect and will not compile.
int f1(int a);
double f1(int a);

int main()
{
f1(10); // which function does the compiler call???
return 0;
}

.
.
.

4/ Các từ khoá (keywords) trong C++

Ngoài các từ khoádùng trong ngôn ngữ C, ANSI C++ sử dụng các từ khoá thường
dùng như sau :

asm delete new protected throw
bool false operator public true
catch friend overload template try
class inline private this virtual


Ý nghiã của chúng sẽ được lần lượt giải thích và minh hoạ trong các chương sau của
bài giảng.