Bài giảng Lập trình - Chương 5: Dẫn xuất/ thừa kế và đa hình/ đa xạ

Nội dung text: Bài giảng Lập trình - Chương 5: Dẫn xuất/ thừa kế và đa hình/ đa xạ

1. Lập trình Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 2/10/2017
2. Nội dung . 5.1 Dẫn xuất/thừa kế . 5.2 Hàm ảo và cơ chế đa hình/đa xạ . 5.3 Lớp thuần ảo . 5.4 Kiểm soát truy nhập . 5.5 Tương thích kiểu Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 2
3. 5.1 Dẫn xuất và kế thừa . Nghiên cứu các thuộc tính và phương thức của các loại xe đạp sau . Xe đạp (Bicycle) . Tandem bicycle Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 3
4. . Racing Bike . Mountain Bike Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 4
5. 5.1 Dẫn xuất và kế thừa ( ) . Tandem bicycle là một loại xe đạp – Xe đạp có hai yên . Mountain bicycle là một loại xe đạp – Xe đạp có khả năng chống sốc (lốp dầy và nhiều bắnh răng) . Racing bicyle là một loại xe đạp – Xe đạp có cấu tạo khí động lực học nhẹ . Tandem, mountain, racing bicycle là những loại xe đạp chuyên dụng – Có các thành phần cơ bản của một chiếc xe đạp – Cùng nguyên lý hoạt động – Bổ sung thêm các thông tin khác Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 5
6. 5.1 Dẫn xuất và kế thừa ( ) . Cơ chế dẫn xuất/thừa kế là một kỹ thuật lập trình hướng đối tượng cho phép chuyên biệt hóa . Dẫn xuất cho phép tạo ra một lớp mới (lớp dẫn xuất) của các đối tượng bằng cách sử dụng các lớp cũ như là các lớp cơ sở – Lớp dẫn xuất thừa hưởng các thuộc tính và hành vi của lớp “cha- mẹ” (lớp cơ sở) – Lớp dẫn xuất là một phiên bản chuyên biệt hóa của lớp “cha-mẹ” Lớp cơ sở - ” lớp cha mẹ” Bicycle Mountain Racing Tandem Bikes Bikes Bikes Lớp dẫn xuất Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 6
7. Ví dụ minh họa sử dụng cơ chế dẫn xuất . Xây dựng các lớp biểu diễn về con người, sinh viên, giảng viên . Các thuộc tính và phép toán cơ bản của lớp Person Tên lớp Person name: string age: int Thuộc tính gender: string set_name get_name set_age Phép toán/ get_age phương thức set_gender get_gender display Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 7
8. . Các thuộc tính và phép toán cơ bản của lớp Student và Lecture Student Lecture name: string name: string age: int age: int gender: string gender: string class: string faculty: string id: int telnumber: int set_name set_name get_name get_name set_age set_age get_age get_age set_gender set_gender get_gender get_gender set_class set_faculty get_class get_faculty set_id set_telnumber get_id get_telnumber display display Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 8
9. 5.1 Dẫn xuất và kế thừa ( ) . Ba lớp trên giống nhau về: – Thuộc tính: Name Age gender – Phương thức set_name, get_name set_age, get_age set_gender, get_gender . Khác nhau: lớp Student, Lecture có bổ sung thêm các thuộc tính và phương thức Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 9
10. Person . Quan hệ lớp name: string Lớp cơ sở age: int gender: string set_name get_name set_age get_age set_gender get_gender display Quan hệ dẫn xuất Lớp dẫn xuất Student Lecture class: string Faculty: string ID: int Telnumber: int set_class set_faculty get_class get_faculty set_ID set_telnumber get_ID get_telnumber display display Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 10
11. Thực hiện (Lớp Person) //Khai báo lớp Person trong file person.h #include #include using namespace std; class Person{ string name; int age; string gender; public: Person(string,int,string); string get_name(); void set_name(string); int get_age(); void set_age(int); string get_gender(); void set_gender(string); void display() }; Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 11
12. Thực hiện (Lớp Person) //Định nghĩa lớp Person trong file person.cpp #include “person.h” Person::Person(string _name,int _age, string _gender){ name = _name; age = _age; sex = _gender; } string Person::get_name(){ return name;} void Person::set_name(string _name){ name = _name;} int Person::get_age(){ return age;} void Person::set_age(int _age){ age = _age;} string Person::get_gender(){ return gender;} void Person::set_gender(string _gender){gender = _gender;} void Person::display(){ cout<<“Person:\n”; cout<<“Name:\t”<<name<< endl; cout<<“Age:\t”<<age<< endl; cout<<“Gender:\t”<<gender<< endl; } Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 12
13. Thực hiện (Lớp Student) //Khai báo lớp Student trong file student.h class Student: public Person { string lop; int id; public: Student(string, int, string, string,int); void set_class(string c); string get_class(); void set_id(int i); int get_id(); void display(); }; Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 13
14. Thực hiện (Lớp Student) //Định nghĩa lớp Student trong file student.cpp #include “student.h” Student::Student(string _n,int _a, string _g, string _l,int _id) :Person(_n,_a,_g){ lop = _l; id = _id; } void Student:: set_class(string c){lop = c;} string Student:: get_class(){ return lop;} void Student:: set_id(int i){id = i;} int Student:: get_id(){return id;} void Student:: display(){ Person::display(); cout<<"class:\t"<<lop<<endl; cout<<"ID:\t"<<id<<endl; } Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 14
15. Thực hiện (Lớp Lecture) // Khai báo lớp Lecture trong file lecture.h class Lecture:public Person{ string faculty; int telnumber; public: Lecture(string,int, string, string,int); void set_faculty(string f); string get_faculty(); void set_telnumber(int tel); int get_telnumber(); void display(); }; Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 15
16. Thực hiện (Lớp Lecture) //Định nghĩa lớp Lecture trong file lecture.cpp #include “lecture.h” Lecture::Lecture(string _n,int _a, string _g, string _f,int _t) :Person(_n,_a,_g){ faculty = _f; telnumber = _t; } void Lecture:: set_faculty(string f){faculty = f;} string Lecture:: get_faculty(){ return faculty;} void Lecture:: set_telnumber(int tel){telnumber = tel;} int Lecture:: get_telnumber(){return telnumber;} void Lecture:: display(){ Person::display(); cout<<"Faculty:\t"<<faculty<<endl; cout<<"Telephone Number:\t"<<telnumber<<endl; } Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 16
17. . Chương trình minh họa sử dụng 1 //Thực hiện trong file main.cpp #include #include “person.h” #include “student.h” #include “lecture.h” void main(){ Person per("John",21,"man"); Student stu("Marry",22,"woman","Electronics1-K53",20080001); Lecture lec("Michel",22,"man","Electronics Engineering",123456789); cout<<“Person:\t”<<per.get_name()<<“\t”<<per.get_age() <<“\t”<<per.get_gender()<<“\n\n”; cout<<“Student:\t”<<stu.get_name()<<“\t”<<stu.get_age()<<“\t” <<stu.get_gender()<<“\t”<<stu.get_class()<<“\t”<<stu.get_id()<<“\n\n”; cout<<“Lecture:\t”<<lec.get_name()<<“\t”<<lec.get_age()<<“\t” <<lec.get_gender() <<“\t”<<lec.get_faculty()<<“\t” <<lec.get_telnumber()<<“\n\n”; } . Kết quả chạy chương trình Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 17
18. . Chương trình minh họa sử dụng 2 //Thực hiện trong file main.cpp void main(){ Person per("John",21,"man"); Student stu("Marry",22,"woman","Electronics1-K53",20080001); Lecture lec("Michel",22,"man","Electronics Engineering",123456789); per.display(); stu.display(); lec.display(); } . Kết quả chạy chương trình Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 18
19. Các dạng dẫn xuất/thừa kế Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 19
20. Tóm lược . Lớp dẫn xuất có hai mục đích cơ bản – Mở rộng các tính năng của lớp cơ sở – Thừa hưởng các thuộc tính và phép toán của lớp cơ sở – Cụ thể hóa các phép toán qua những phương thức khác nhau . Ưu điểm của cơ chế thừa hưởng – Xây dựng một mô hình phần mềm hướng đối tượng dễ hiểu – Tiết kiệm được công việc thực hiện qua sử dụng lại các lớp cơ sở – Hạn chế lỗi qua cơ chế thừa hưởng Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 20
21. Hàm tạo và hàm tạo bản sao class A{ class B: public A{ int n; int m; int *data; public: public: B(int i=0, int j=0):A(i),m(j){} A(int i = 0):n(i){ B(const B& b):A(b), m(b.m){} data = new int[n]; } }; A(const A& a){ } ~A(){ delete [] data;} }; . Hàm tạo, hàm tạo bản sao không thừa hưởng được mà chỉ có thể gọi ở phần liệt kê khởi tạo (sau dấu :) . B không định nghĩa thêm các biến thành viên thì B vẫn phải định nghĩa hàm tạo; chỉ trừ trường hợp A chỉ có hàm tạo mặc định (do compiler sinh ra) thì nó sẽ gọi hàm tạo mặc định của lớp cơ sở Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 21
22. B():m(j){}//không gọi hàm tạo của lớp cơ sở . Nếu không gọi hàm tạo của lớp cơ sở thì compiler sẽ bổ sung thêm lệnh gọi hàm tạo mac dinh của lớp cơ sở. A() . Nếu không định nghĩa hàm tạo bản sao ở lớp dẫn xuất thì hàm do compiler tạo ra sẽ gọi hàm tự sao chép của lớp cơ sở và phần còn lại sẽ sao chép theo kiểu từng bít của các biến B định nghĩa thêm. . Nếu trong B không định nghĩa thêm biến có sử dụng bộ nhớ động thì không cần thiết viết hàm tạo bản sao cho B. Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 22
23. Hàm hủy . Nếu không định nghĩa hàm hủy cho lớp dẫn xuất B thì compiler sẽ tự sinh ra và gọi hàm hủy của A . Quá trình hủy ngược lại với quá trình tạo, phần tạo trước của lớp cơ sở sẽ được hủy sau. . Sự cần thiết định nghĩa lại hàm hủy ở lớp dẫn xuất cũng giống như một lớp bình thường Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 23
24. Hàm toán tử gán . Nếu không định nghĩa lại hàm toán tử gán thì compiler sẽ tự sinh ra cho ta hàm toán tử gán, hàm này sẽ gọi hàm toán tử gán của lớp cơ sở và sau đó sẽ gán từng bít một của các biến mà lớp dẫn xuất định nghĩa thêm. . Nếu ta định nghĩa lại ở lớp dẫn xuất thì cũng cần gọi hàm toán tử gán của lớp cơ sở . Việc cần định nghĩa lại hàm toán tử gán cũng giống như việc cần định nghĩa lại hàm tạo bản sao B& operator=(const B& b) { A::operator=(b); //hàm toán tử gán của lớp cơ sở m = b.m; //biến B định nghĩa thêm return (*this); } Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 24
25. 5.2 Hàm ảo và cơ chế đa hình/đa xạ . Nghiên cứu chương trình minh họa sử dụng các lớp Person, Student và Lecture ở trên //Thực hiện trong file main.cpp void main(){ Person *per = new Person ("John",21,"man"); Person *stu = new Student ("Marry",22,"woman", "Electronics1-K53",20080001); Person *lec = new Lecture ("Michel",22,"man", "Electronics Engineering",123456789); per->display(); stu->display(); lec->display(); delete per; delete stu; delete lec; } Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 25
26. 5.2 Hàm ảo và cơ chế đa hình/đa xạ( ) . Kết quả chạy chương trình Tại sao lại vậy? Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 26
27. 5.2 Hàm ảo và cơ chế đa hình/đa xạ( ) . Nguyên nhân: Trong quá trình liên kết, lời gọi các hàm và hàm thành viên thông thường được chuyển thành các lệnh nhảy tới địa chỉ cụ thể của mã thực hiện hàm => "liên kết tĩnh“ . Giải pháp sử dụng hàm ảo . Hàm ảo là hàm thành viên của một lớp mà phần mã thực hiện nó được xác định đúng cho đối tượng định nghĩa nó trong khi chương trình chạy, kể cả trong trường hợp ta gọi hàm đó qua một con trỏ vào một lớp cơ sở (lớp cơ sở đã khai báo hàm ảo đó). Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 27
28. 5.2 Hàm ảo và cơ chế đa hình/đa xạ( ) . Sửa lại chương trình như sau: – Chỉ cần khai báo hàm display của lớp person là hàm ảo bằng cách thêm chữ virtual vào trước hàm display trong phần khai báo lớp Person – Các phần còn lại giữ nguyên //Khai báo lớp Person trong file person.h #include #include using namespace std; class Person{ //giữ nguyên như cũ public: //giữ nguyên như cũ virtual void display() }; Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 28
29. . Kết quả chạy chương trình Như mong đợi chưa? Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 29
30. 5.3 Hàm thuần ảo, lớp thuần ảo . Hàm thuần ảo (hàm trừu tượng) là hàm ảo có khai báo mà không có định nghĩa . Lớp thuần ảo (lớp trừu tượng) là lớp có ít nhất một hàm thuần ảo . Lớp thuần ảo chỉ là giao diện, không sử dụng được . Bắt buộc phải định nghĩa lớp dẫn xuất . Như vậy: – Phân biệt rõ phần giao diện và phần thực hiện – Có thể công khai phần giao diện cho người sử dụng, che giấu phần thực hiện – Có thể thay đổi phần thực hiện mà không ảnh hưởng đến cách sử dụng Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 30
31. //Ví dụ 1 //Ví dụ 2 class A{ class A{ int a; int a; public: public: virtual void f() = 0; virtual void f() = 0; }; }; class B: public A{ class B: public A{ int b; int b; public: public: void f(){ b = 0;} void f(){ b = 0;} void h(){} void h(){} }; }; void main(){ void main(){ A a; //Lỗi B b; //OK b.f(); //OK } } Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 31
32. Hàm hủy là hàm ảo . Hàm hủy lớp cơ sở là ảo thì có thể dùng con trỏ lớp cơ sở để hủy đối tượng lớp dẫn xuất . Nếu hàm hủy lớp cơ sở là ảo thì hàm hủy lớp dẫn xuất cũng tự động là ảo. Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 32
33. class A{ int n; int *data; public: A(int _n):n(_n){ data = new int[n];} ~A(){ delete [] data;} }; class B: public A{ int m; int* data; public: B(int _n,int _m):A(_n),m(_m){data = new int[m];} ~B(){ delete [] data; } }; void main(){ A *pb = new B(5,5); Gọi ~A(); không gọi ~B() không hủy delete pb; pb->data } . Giải pháp thêm virtual trước ~A() Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 33
34. class A{ int n; int *data; public: A(int _n):n(_n){ data = new int[n];} virtual ~A(){ delete [] data;} }; class B: public A{ int m; int* data; public: B(int _n,int _m):A(_n),m(_m){data = new int[m];} ~B(){ delete [] data; } }; void main(){ A *pb = new B(5,5); Gọi ~B(); sau đó gọi delete pb; ~A() } Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 34
35. 5.3 Kiểm soát truy nhập a) Kế thừa dạng public class A{ int a; class B: public A{ void g(); Public: }; int n; void f(); Protected: char c; void h(); }; . Tất cả các thành viên public và protected của A giữ nguyên quyền kiểm soát truy nhập – public của A public của B – protected của A protected của B – Private của A B thừa hưởng nhưng không truy nhập trực tiếp được . Friend không thừa hưởng được; friend của lớp nào thì chỉ có ý nghĩa của lớp đó Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 35
36. b) Kế thừa dạng protected class A{ }; class B: protected A{ }; . public của A protected của B . protected của A private của B . B thừa hưởng các private của A nhưng không truy nhập trực tiếp được. class C: public B{ void g2(){ h(); //ok;mac du h() trở thành private của B f(); //OK; f(x) trở thành protected của B } }; void func(C c){ c.n = 1; //LỖI; n là protected của B c.f(); //LỖI; f() là protected của B } Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 36
37. c) Kế thừa dạng private class A{ }; class B: private A{ }; . Mặc định private ta có thể viết class A{ }; class B: A{ }; . Tất cả các thành viên pubic và protected của A trở thành private của B . B thừa kế các private của A nhưng không truy nhập trực tiếp được Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 37
38. 5.4 Tương thích kiểu class A{ }; class B: public A{ }; . Ví dụ 1 Gọi hàm tự sao chép A::A(const&) B b; A a = b; //OK void f(A a){ } f(b); //OK . Ví dụ 2 A a; B b1 = a; //LỖI Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 38
39. . Ví dụ 2 void g(A *pa){ } Đ/c của b có kiểu là con trỏ B (B*). void main(){ Con trỏ vào B sẽ được tự động B b; chuyển đổi kiểu sang con trỏ A* g(&b); //OK } . Kiểu con trỏ hoặc tham chiếu vào một kiểu dẫn xuất có thể tự động chuyển đổi thành con trỏ/tham chiếu vào kiểu cơ sở, ngược lại không đúng. A a; B b; A *pa = &b; //OK; tự động chuyển đổi kiểu B *pb = pa; //LỖI; pb = (B*)pa; // khi biên dịch thì compiler không phát hiện ra lõi; khi chạy có lỗi Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 39
40. Bài tập . Thực hiện lại trên máy tính các lớp Person, Student, Lecture theo sườn bài giảng. Chương 5: Dẫn xuất/thừa kế và đa hình/đa xạ 40