Bài giảng Lập trình hướng đối tượng - Bài 1: Tổng quan về OOP

Nội dung text: Bài giảng Lập trình hướng đối tượng - Bài 1: Tổng quan về OOP

1. 9/10/18 Nội dung Bộ môn Công nghệ Phần mềm 1. Lập trình hướng đối tượng Viện CNTT & TT 2. Công nghệ hướng đối tượng Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 3. Ngôn ngữ lập trình Java 4. Ví dụ và bài tập LẬP TRÌNH HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG Bài 01. Tổng quan về OOP 1 2 Nội dung 1.1. Lịch sử phát triển của các NNLT 1. Lập trình hướng đối tượng n a. Hợp ngữ (Assembly language): n Là một ngôn ngữ lập trình tuần tự, gần với tập 2. Công nghệ hướng đối tượng các lệnh mã máy của CPU. 3. Ngôn ngữ lập trình Java n Khó nhớ, khó viết, nhất là với những bài toán phức tạp. 4. Ví dụ và bài tập n Khó sửa lỗi, bảo trì. 3 4 1
2. 9/10/18 1.1. Lịch sử phát triển của các NNLT (2) 1.1. Lịch sử phát triển của các NNLT (3) n b. NNLT cấu trúc/thủ n c. NNLT hướng đối tượng: tục: n Thể hiện các thành phần của bài toán là các “đối n Xây dựng chương trình tượng” (object). dựa trên các hàm/thủ n Hướng đối tượng là một kỹ thuật để mô hình hóa tục/chương trình con hệ thống thành nhiều đối tượng. n Dữ liệu và xử lý (hàm) tách rời nhau n Các hàm không bắt buộc phải tuân theo một cách thức chung truy cập vào dữ liệu 5 6 1.2. Đối tượng là gì? Đối tượng thế giới thực n Đối tượng trong thế giới thực n Một đối tượng thế giới thực là một thực n Ví dụ một chiếc ô tô thể cụ thể mà thông thường chúng ta có thể n Liên quan đến chiếc ô tô: sờ, nhìn thấy hay cảm nhận được. n Các thông tin về chiếc xe như: màu sắc, tốc độ, số km đã đi được, n Tất cả có n Các hoạt động của chiếc xe như: tăng tốc khi nhấn ga, giảm tốc khi đạp phanh, trạng thái (state) và hành động (behaviour) 7 8 2
3. 9/10/18 Đối tượng phần mềm Đối tượng n Các đối tượng phần mềm có thể được dùng để biểu diễn các đối tượng thế giới thực. n Cũng có trạng thái và hành động Đối tượng phần mềm Đối tượng phần mềm Xe Đạp n Trạng thái: thuộc tính (attribute; property) n Hành động: phương thức (method) Đối tượng (object) là một Thuộc tính được xác định thực thể phần mềm bao bởi giá trị cụ thể gọi là bọc các thuộc tính và các thuộc tính thể hiện. phương thức liên quan. Một đối tượng cụ thể được gọi là một thể hiện. 9 10 Mô hình hóa đối tượng Tương tác giữa các đối tượng Car House Tom n Sự giao tiếp giữa các đối tượng trong thế giới thực: Reality Tree Object-oriented modeling n Các đối tượng và sự tương tác giữa chúng trong lập Model trình drives n Các đối tượng giao tiếp với nhau bằng cách gửi thông điệp House Car lives in (message) Tree Tom 11 12 3
4. 9/10/18 Gọi hàm vs. Gửi thông điệp Thông điệp vs. Phương thức n Gọi hàm (Call function) n Thông điệp n Được gửi từ đối tượng này đến đối tượng kia, không bao gồm đoạn n Chỉ ra chính xác đoạn mã nào sẽ được thực hiện. mã thực sự sẽ được thực thi n Chỉ có duy nhất một sự thực thi của một hàm với n Phương thức một tên nào đó. n Thủ tục/hàm trong ngôn ngữ lập trình cấu trúc n Là sự thực thi dịch vụ được yêu cầu bởi thông điệp n Không có hai hàm trùng tên n Là đoạn mã sẽ được thực thi để đáp ứng thông điệp được gửi đến cho đối tượng n Gửi thông điệp n Yêu cầu một dịch vụ từ một đối tượng và đối tượng sẽ quyết định cần phải làm gì n Các đối tượng khác nhau sẽ có các cách thực thi các thông điệp theo cách khác nhau. 13 14 Hướng cấu trúc vs. Hướng ĐT? 1.3. Lớp đối tượng n Hướng cấu trúc: n Trong thế giới thực có nhiều đối tượng cùng n data structures + algorithms = Program loại. n (cấu trúc dữ liệu + giải thuật = Chương trình) n Chương trình hướng đối tượng có nhiều đối n Hướng đối tượng: tượng cùng loại chia sẻ những đặc điểm n objects + messages = Program chung. n (đối tượng + thông điệp = Chương trình) n Ví dụ 15 16 4
5. 9/10/18 Lớp Ví dụ Lớp Xe đạp n Một lớp là một thiết kế (blueprint) hay mẫu Khai báo cho lớp (prototype) cho các đối tượng cùng kiểu XeDap n Ví dụ: lớp XeDap là một thiết kế chung cho nhiều đối Đối tượng của lớp tượng xe đạp được tạo ra XeDap n Lớp định nghĩa các thuộc tính và các phương thức chung cho tất cả các đối tượng của cùng một loại nào đó n Một đối tượng là một thể hiện cụ thể của một lớp. n Ví dụ: mỗi đối tượng xe đạp là một thể hiện của lớp XeDap n Mỗi thể hiện có thể có những thuộc tính thể hiện khác nhau n Ví dụ: một xe đạp có thể đang ở bánh răng thứ 5 trong khi một xe khác có thể là đang ở bánh răng thứ 3. 17 18 Nội dung 2. Công nghệ đối tượng (OT) 1. Lập trình hướng đối tượng n Công nghệ đối tượng là một tập các quy tắc 2. Công nghệ hướng đối tượng (trừu tượng hóa, đóng 3. Ngôn ngữ lập trình Java gói, đa hình), các hướng 4. Ví dụ và bài tập dẫn để xây dựng phần mềm, cùng với ngôn ngữ, cơ sở dữ liệu và các công cụ khác hỗ trợ các quy tắc này. (Object Technology - A Manager’s Guide, Taylor, 1997) 19 20 5
6. 9/10/18 Đặc tính của LT HĐT 2.1. Lịch sử phát triển của OT n Alan Kay đã tổng hợp các đặc tính của LT HĐT: n Các mốc chính của công nghệ đối tượng n 1. Tất cả đều là đối tượng. n 2. Chương trình phần mềm có thể coi là một tập hợp Simula C ++ The UML các đối tượng tương tác với nhau n 3. Mỗi đối tượng trong chương trình có các dữ liệu 1967 Late 1980s 1996 độc lập của mình và chiếm bộ nhớ riêng của mình. 1972 1991 2004 n 4. Mỗi đối tượng đều có dạng đặc trưng của lớp các đối tượng đó. Smalltalk Java UML 2 n 5. Tất cả các đối tượng thuộc về cùng một lớp đều có các hành vi giống nhau 21 22 2.2. OT được sử dụng ở đâu? 2.2. OO được sử dụng ở đâu? (2) n Các hệ thống Client/Server và phát triển n Hệ nhúng (embedded system) Web n Hệ thống thời gian thực (real-time) n Công nghệ đối tượng cho phép các hệ thống n Công nghệ đối tượng cho phép các công ty đóng gói thời gian thực có thể phát triển với chất thông tin doanh nghiệp trong lượng cao hơn và linh hoạt hơn các đối tượng và giúp phân n Hệ thống vệ tinh 4 phối quá trình xử lý qua n Các hệ thống quốc phòng mạng Internet hoặc một và hàng không vũ trụ mạng máy tính. n 23 24 6
7. 9/10/18 2.3. Các nguyên lý cơ bản của OO a. Trừu tượng hóa (Abstraction) n Là quá trình loại bỏ đi các thông tin/tính chất cụ thể và giữ lại những thông tin/tính chất chung. Hướng đối tượng n Tập trung vào các đặc điểm cơ bản của thực thể, các đặc điểm phân biệt nó với các loại thực thể khác. n Phụ thuộc vào góc nhìn kế n Quan trọng trong ngữ cảnh này nhưng lại không có ý hình nghĩa nhiều trong ngữ cảnh khác. hóa Trừu tượng Đa Thừa Đónggói 25 26 Ví dụ: Trừu tượng hóa b. Đóng gói (Encapsulation) Sinh viên Giáo viên Khóa học diễn ra lúc 9:00 sáng các ngày thứ 3, 5, 7 Khóa học (ví dụ đại số) 27 28 7
8. 9/10/18 b. Đóng gói (Encapsulation) b. Đóng gói (Encapsulation) n Che giấu, ẩn đi chi tiết thực hiện bên trong n Cung cấp cho thế giới bên ngoài một giao diện n Lợi ích: Người dùng không phụ thuộc vào Class: Professor việc sửa đổi sự thực thi bên trong Attribute: hireDate Attribute: name Method: getName() Method: setHireDate (Date hireDate) Tăng cường tính mềm dẻo 29 30 Minh họa việc đóng gói c. Thừa kế (Inheritance) n Giáo sư Clark có thể Gia tăng mức độ Giáo sư Clark trừu tượng hóa dạy 4 lớp trong học AcceptCourseOffering() Vehicle kỳ tới (thay vì tối đa 3 lớp như các học kỳ trước) Automobile Motorcycle Bus Name: J Clark Employee ID: 567138 SubmitFinalGrades()HireDate: 07/25/1991 Status: Tenured SetMaxLoad(4) SetMaxLoad() Discipline: Finance MaxLoad:4 Sedan Sports Car School Bus Luxury Bus Giảm mức độ trừu tượng hóa TakeSabbatical() 31 35 35 8
9. 9/10/18 d. Đa hình (polymorphism) Nội dung n Đa hình: “one name, many forms” 1. Lập trình hướng đối tượng n Nạp chồng phương thức (Method overloading) 2. Công nghệ hướng đối tượng n Add(int x, int y) n Add(float x, float y) 3. Ngôn ngữ lập trình Java n Add(float x, float y, float z) 4. Ví dụ và bài tập n Ghi đè phương thức (Method Overriding) n Một Intern (thực tập sinh) là một Intern, đồng thời cũng có thể được xem là một Staff (nhân viên) n Phương thức quẹt thẻ của Intern khác với phương thức quẹt thẻ của Staff 36 37 3.1. Java là gì? 3.1. Java là gì? n Java là một ngôn ngữ lập trình HĐT được phát triển n Ngày nay, nhắc đến Java, không còn nhắc bởi Sun Microsystems. đến như một ngôn ngữ mà còn là một công n Java là một ngôn ngữ lập nghệ, một nền tảng phát triển. trình khá trẻ n Java có một cộng đồng phát triển mạnh mẽ n Ban đầu được sử dụng để xây n Một tập hợp các thư viện với số lượng lớn (từ dựng ứng dụng điều khiển các Sun và các nguồn khác) bộ xử lý bên trong các thiết bị điện tử dân dụng như máy điện thoại cầm tay, lò vi sóng n Bắt đầu được sử dụng từ năm Green Team and James Gosling 1995 (the leader) 38 39 9
10. 9/10/18 J2SE: Cung cấp các thành phần 3.2. CácJ2EE: ấn Xây bản dựng d ựcủaa trên n ềJavan J2SE (Java 2 Platform Standard Edition) cốt lõi nhất để txâyảng cáccủa ứJ2SE,ng cung cấp các dụng desktop, server. tính năJ2ME:ng để xâyCung dự cngấp mmộộtt môi trường Java Card: Cung cấp môi nền tảngm đầạnhy đủmẽ, ,ổ linhn đị nh,hoạ ant cho các ứng n toàn và dnhanhụngtr ch ườđểạy ngxây trên an d ựdi toànng độ ng ch vàạy các trên các ứngthi dếụt ngbị nhúngdoanhcác thkhácnghiẻ thôngệ (PDAs,p minh bộ gi ải n Java 2 Runtime Environment, Standard Edition (J2RE): (smart card) và các thiết mã cáp truyền hình, máy in ) n Môi trường thực thi hay JRE cung cấp các Java API, máy bị giới hạn về bộ nhớ và ảo Java (JVM) và các thành phần cần thiết khác để chạy khả năng xử lý. các applet và các ứng dụng viết bằng Java. n Java 2 Software Development Kit, Standard Edition (J2SDK) n Tập mẹ của JRE, và chứa mọi thứ nằm trong JRE, bổ sung thêm các công cụ như là trình biên dịch và các trình gỡ lỗi cần để phát triển applet và các ứng dụng. 40 41 J2EE (Java 2 Platform Enterprise Edition) Lịch sử phát triển của J2SE n n JDK 1.1.4 (Sparkler): 12 tháng 9, 1997 n Service-Oriented Architecture (SOA) và Web n JDK 1.1.5 (Pumpkin): 3 tháng 12, 1997 services n JDK 1.1.6 (Abigail): 24 tháng 4, 1998 n Các ứng dụng Web n JDK 1.1.7 (Brutus): 28 tháng 9, 1998 n Servlet/JSP n JDK 1.1.8 (Chelsea): 8 tháng 4, 1999 n JSF n J2SE 1.2 (Playground): 4 tháng 12, 1998 n Các ứng dụng doanh nghiệp n J2SE 1.2.1 (none): 30 tháng 3, 1999 n EJB n J2SE 1.2.2 (Cricket): 8 tháng 7, 1999 n JavaMail n J2SE 1.3 (Kestrel): 8 tháng 5, 2000 n n J2SE 1.3.1 (Ladybird): 17 tháng 5, 2001 43 44 10
11. 9/10/18 Lịch sử phát triển của J2SE (2) 3.2. Nền tảng của Java (Java platform) n J2SE 1.4.0 (Merlin) 13 tháng 2, 2002 n Platform là môi trường phát triển hoặc triển khai. n J2SE 1.4.1 (Hopper) 16 tháng 9, 2002 n Java platform có thể chạy n J2SE 1.4.2 (Mantis) 26 tháng 6, 2003 trên mọi hệ điều hành n J2SE 5 (1.5.0) (Tiger) 29 tháng 9, 2004 n Các platform khác phụ thuộc vào phần cứng n Java SE 6 (Mustang), 11 tháng 12, 2006 n Java platform cung cấp: n Các bản cập nhật 2 và 3 được đưa ra vào năm 2007 n Máy ảo Java - Java Virtual Machine (JVM). n Bản cập nhật 4 đưa ra tháng 1 năm 2008. n Giao diện lập trình ứng dụng - n Java SE 7 (Dolphin), 4/2008. Application Programming Interface (API). 45 46 3.3. Mô hình dịch của Java 3.3. Mô hình dịch của Java (2) n a. Mô hình biên dịch truyền thống: n b. Mô hình dịch của Java: n Mã nguồn được biên dịch thành mã nhị phân. n Mã nguồn được %javac Hello.java biên dịch thành Hello.class created %cc Hello.c –o Hello % java Hello % Hello bytecode rồi được thông dịch bởi JVM. Run JVM Byte Code Run Binary Code 47 48 11
12. 9/10/18 3.3. Mô hình dịch của Java (3) 3.4. Các tính năng của Java n Máy ảo Java (Java Virtual Machine): n Java được thiết kế: n Máy ảo Java là trái tim của ngôn ngữ Java n Ngôn ngữ lập trình mạnh, đầy đủ tính năng và n Đem đến cho các chương trình Java khả năng viết một lần nhưng thuần hướng đối tượng. chạy được ở mọi nơi n n Tạo ra môi trường bên trong để thực thi lệnh: Dễ học, cú pháp tương tự như C++ n Nạp các file .class n Độc lập nền tảng n Quản lý bộ nhớ n Hỗ trợ phát triển các ứng dụng trong môi trường n Dọn “rác” mạng n Trình thông dịch “Just In Time - JIT” n Chuyển tập lệnh bytecode thành mã máy cụ thể cho từng loại n Lý tưởng cho các ứng dụng Web CPU. 49 50 3.4. Các tính năng của Java (2) 3.4. Các tính năng của Java (3) n Mạnh mẽ n Đơn giản n Thư viện lớp: Hàng trăm lớp được viết trước với nhiều n Từ khóa các phương thức tiện ích. n Java có 50 từ khóa n So với Cobol hay VB có tới hàng trăm từ khóa n Java sử dụng mô hình con trỏ không cho phép truy cập trực tiếp vào bộ nhớ; bộ nhớ không thể ghi đè. n Có ý nghĩa đặc biệt trong ngôn ngữ n Được sử dụng để viết các câu lệnh n Hướng đối tượng n Network capable n Java hỗ trợ phát triển phần mềm bằng cách sử dụng khái niệm “đối tượng” n Java hỗ trợ phát triển các ứng dụng phân tán n Một số loại ứng dụng của Java được thiết kế để được n Phần mềm được phát triển sử dụng Java bao gồm các lớp và các đối tượng truy cập thông qua trình duyệt Web. 51 52 12
13. 9/10/18 3.4. Các tính năng của Java (3) 3.4. Các tính năng của Java (4) n Java có 50 từ khóa n Bảo mật n assert (New in 1.5) enum (New in 1.5) n Java authentication dựa vào các phương pháp mã hóa khóa công khai n Mô hình con trỏ Java bảo vệ dữ liệu riêng tư trong các đối tượng và ngăn các ứng dụng chưa được authorized không được phép truy cập cấu trúc dữ liệu 53 54 3.4. Các tính năng của Java (5) 3.4. Các tính năng của Java (6) n Đa luồng (Multi-threaded) n Các môi trường phát triển n Cho phép chương trình của bạn chạy nhiều hơn một tác n Java Development Kit vụ tại cùng một thời điểm. n Miễn phí trên Sun Website: java.sun.com n Khả chuyển (Portable) n Bao gồm: Trình biên dịch, JVM và các lớp đã có n Các chương trình có thể viết và biên dịch một lần, rồi n Integrated Development Environments (IDEs): chạy trên các nền tảng khác Cung cấp: n Nhờ mô hình biên dịch/thông dịch n Các trình soạn thảo phức tạp (WORE – Write Once, Run Everywhere) n Các công cụ gỡ lỗi n Các công cụ phát triển đồ họa 55 56 13
14. 9/10/18 3.5. Các kiểu chương trình Java 3.5. Các kiểu chương trình Java (2) n Ứng dụng (Application) n Ứng dụng Web (Web application) n Không cần chạy trên các trình duyệt n Tạo ra các nội dung động trên server thay cho n Có thể gọi các chức năng thông qua dòng lệnh hoặc menu lựa chọn (đồ họa) trên trình duyệt. n Phương thức main() là điểm bắt đầu thực hiện ứng dụng n Chạy trong các ứng dụng server n Applet n Servlet: Kiểm soát các yêu cầu từ trình duyệt và n Chương trình đồ họa chạy trên trình duyệt tại máy trạm trả lại các phản hồi (client). n JavaServer Page (JSP): Các trang HTML được n Có thể được xem bằng appletviewer hoặc nhúng trong trình duyệt Web có cài JVM. nhúng với mã Java. 57 58 Nội dung Ví dụ 1 - HelloWorld // HelloWorld.java 1. Lập trình hướng đối tượng // Chuong trinh hien thi dong chu “Hello World” 2. Công nghệ hướng đối tượng public class HelloWorld { /* Phuong thuc main se duoc goi dau tien 3. Ngôn ngữ lập trình Java trong bat cu ung dung Java nao*/ public static void main(String args[]){ 4. Ví dụ và bài tập System.out.println( “Hello World!" ); } // ket thuc phuong thuc main } // ket thuc lop HelloWorld 59 60 14
15. 9/10/18 Ví dụ 1 (tiếp) Cài đặt và chạy thử chương trình Java n Chú thích (Comment) n Bước 1: Cài đặt j2sdk1.5/6/7, cài đặt các biến môi trường (nếu dùng cmd) n Trên 1 dòng: Bắt đầu bằng: // n Bước 2: Cài trình soạn thảo n Nhiều dòng: /* */ TextPad/JCreator/NetBean/Eclipse n Java phân biệt chữ hoa chữ thường n Bước 3: Lập trình/Viết mã nguồn n Bước 4: Dịch n Từ khóa có sẵn của Java: n cmd: javac HelloWorld.java n class: Khai báo lớp n Textpad: Ctrl + 1 n public: Quy định phạm vi truy cập n JCreator: F7 hoặc Build à Build Project/File n Tên lớp chứa hàm main phải trùng với tên n Bước 5: Chạy chương trình file .java. n cmd: java HelloWorld.class n Textpad: Ctrl + 2 n JCreator: F5 hoặc Run à Run Project/File 61 62 Biến môi trường n PATH = ;C:\Program Files\Java\jdk1.6\bin n CLASSPATH = C:\Program Files\Java\jdk1.6\lib;.;C:\Program Files\Java\jdk1.6\include 63 64 15
16. 9/10/18 Ví dụ 2 - GUI Ví dụ 3 – Nhập, xuất dữ liệu import javax.swing.JOptionPane; import javax.swing.JOptionPane; public class FirstDialog{ public class HelloNameDialog{ public static void main(String[] args){ public static void main(String[] args){ String result; JOptionPane.showMessageDialog(null, result = JOptionPane.showInputDialog(“Hay nhap ”Xin chao ban!”); ten ban:”); System.exit(0); JOptionPane.showMessageDialog(null, ”Xin chao “+ result + “!”); } System.exit(0); } } } 65 66 Ví dụ 4 Bài tập: import java.util.Scanner; n 1. Viết chương trình nhập hai số nguyên và public class Demo { public static void main(String[] args) { hiển thị tổng, hiệu, tích và thương của 2 số Scanner s = new Scanner(System.in); nguyên vừa nhập System.out.print("Nhap i = "); int i = s.nextInt(); System.out.println(i); System.out.print("Nhap l = "); long l = s.nextLong(); System.out.println(l); s.close(); } } 67 68 16