Lập trình hướng đối tượng - Bài 1: Tổng quan về OOP (Bản đẹp)

Nội dung text: Lập trình hướng đối tượng - Bài 1: Tổng quan về OOP (Bản đẹp)

1. BỘ MÔN CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM VIỆN CNTT & TT TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI IT3100 LẬP TRÌNH HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG Bài 01. Tổng quan về OOP 1
2. Mục tiêu bài học • Tìm hiểu tổng quan về Công nghệ lập trình hướng đối tượng • Khái niệm, Ưu điểm, vai trò, ứng dụng, Sự phát triển các ngôn ngữ lập trình • Tìm hiểu về Đối tượng và lớp • Đối tượng, trạng thái, hành vi • Lớp, thuộc tính, phương thức • Tương tác giữa các đối tượng (thông điệp, giao diện) • Tìm hiểu Ngôn ngữ lập trình Java • Giới thiệu về Java, Nền tảng Java, Mô hình dịch Java • Tính năng và ứng dụng của Java • Cài đặt môi trường lập trình 2
3. Nội dung 1. Công nghệ hướng đối tượng (HĐT) 2. Đối tượng và lớp 3. Ngôn ngữ lập trình Java 4. Cài đặt môi trường lập trình 3
4. 1/ Công nghệ HĐT 4
5. 1.1. Kỹ thuật lập trình • Kỹ thuật lập trình: Kỹ thuật thực thi một giải pháp phần mềm (cấu trúc dữ liệu + giải thuật) dựa trên nền tảng một phương pháp luận (methodology) và một hoặc nhiều ngôn ngữ lập trình phù hợp với yêu cầu đặc thù của ứng dụng • Ngôn ngữ lập trình • Là ngôn ngữ được chuẩn hóa • Cả con người và máy tính có thể đọc và hiểu được • Sử dụng chương trình dịch tương ứng để biên dịch toàn bộ chương trình nguồn thành mã máy trước khi thực hiện 5
6. 1.2. Sự phát triển của ngôn ngữ lập trình Lập trình Hướng thủ Hướng đối Ngôn ngữ máy tuần tự tục tượng Assembly language 6
7. "Tất cả mọi thứ đều là đối tượng" -Alan Kay 1.3. Lập trình hướng đối tượng • Thể hiện các thành phần của bài toán là các “đối tượng” (object). • Hướng đối tượng là một kỹ thuật để mô hình hóa hệ thống thành nhiều đối tượng tương tác với nhau House Reality Tom Car Flower Object-oriented modeling drives Car House Model lives in gets Flower 7 Tom
8. 1.4 Công nghệ đối tượng (OOT) • Công nghệ đối tượng là một tập các quy tắc (trừu tượng hóa, đóng gói, đa hình), các hướng 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) • Các mốc chính của công nghệ đối tượng Simula C ++ The UML 1967 Late 1980s 1996 1972 1991 2004 Smalltalk Java UML 2 8
9. 1.4.1 OOT được sử dụng ở đâu? • Các hệ thống Client/Server và phát triển Web • Hệ nhúng (embedded system) • Hệ thống thời gian thực (real- time) • Hệ thống phần mềm nói chung 4 9
10. 1.5. Các nguyên lý cơ bản của OOT Hướng đối tượng hóa Trừu Trừu tượng tượng Đa hình Đa Thừa kế Thừa Đóng gói Đóng 10
11. 1.5.1 Trừu tượng hóa (Abstraction) • Là quá trình loại bỏ đi các thông tin/tính chất cụ thể và giữ lại những thông tin/tính chất chung. • Tập trung vào các đặc điểm cơ bản của thực thể, các đặc điểm phân biệt nó với các loại thực thể khác. • Phụ thuộc vào góc nhìn • Quan trọng trong ngữ cảnh này nhưng lại không có ý nghĩa nhiều trong ngữ cảnh khác. 11
12. Ví dụ: Trừu tượng hóa Phụ thuộc vào góc nhìn 12
13. 1.5.2 Đóng gói (Encapsulation) • Che giấu, ẩn đi chi tiết thực hiện bên trong • Cung cấp cho thế giới bên ngoài một giao diện • Việc sử dụng không ảnh hưởng bởi chi tiết bên trong. 13
14. 1.5.3. Thừa kế (Inheritance) • Xếp hạng hay xếp thứ tự các mức trừu tượng vào một cấu trúc cây • Các phần tử ở cùng cấp trong sơ đồ phân cấp thì có cùng mức trừu tượng hóa Gia tăng mức độ trừu tượng hóa Vehicle Automobile Motorcycle Bus Giảm mức độ Sedan Sports Car School Bus Luxury Bus trừu tượng hóa 14
15. 1.5.4. Đa hình (polymorphism) • Đa hình: “one name, many forms” • Nạp chồng phương thức: phương thức cùng tên, nhưng hoạt động khác nhau • Add(int x, int y) • Add(float x, float y) • Add(float x, float y, float z) • Ghi đè phương thức (Method Overriding) • Một Intern (thực tập sinh) là một Intern, đồng thời cũng có thể được xem là một Staff (nhân viên) • Phương thức quẹt thẻ của Intern khác với phương thức quẹt thẻ của Staff 15
16. 2/ Đối tượng và lớp 16
17. 2.1 Đặc tính của LT HĐT • Alan Kay đã tổng hợp các đặc tính của LT HĐT: 1. Tất cả đều là đối tượng 2. Chương trình phần mềm có thể coi là một tập hợp các đối tượng tương tác với nhau 3. Mỗi đối tượng trong chương trình có các dữ liệu độc lập của mình và chiếm bộ nhớ riêng của mình. 4. Mỗi đối tượng đều có dạng đặc trưng của lớp các đối tượng đó 5. Tất cả các đối tượng thuộc về cùng một lớp đều có các hành vi giống nhau 17
18. 2.2 Hướng cấu trúc vs. Hướng ĐT • Hướng cấu trúc: • data structures + algorithms = Program • (cấu trúc dữ liệu + giải thuật = Chương trình) • Hướng đối tượng: • objects + messages = Program • (đối tượng + thông điệp = Chương trình) 18
19. 2.3 Đối tượng là gì? • Đối tượng trong thế giới thực, là một thực thể cụ thể mà thông thường chúng ta có thể sờ, nhìn thấy hay cảm nhận được. • Tất cả có trạng thái (state) và hành vi (behaviour) 19
20. 2.3.1 Trạng thái và hành vi • Trạng thái của một đối tượng • Hành vi quyết định đối tượng là một trong các điều kiện tại đó hành động và đáp trả như đó mà đối tượng tồn tại. thế nào đối với bên ngoài. • Trạng thái của một đối tượng • Hành vi nhìn thấy được của có thể thay đổi theo thời một đối tượng được mô hình gian. thành một tập các thông điệp nó có thể đáp trả (các thao tác mà đối tượng đó thực hiện). 20
21. 2.4 Đối tượng phần mềm • Các đối tượng phần mềm được dùng để biểu diễn các đối tượng thế giới thực. • Cũng có trạng thái và hành vi • Trạng thái: thuộc tính (attribute; property) • Hành vi: phương thức (method) 21
22. Ví dụ đối tượng phần mềm Đối tượng phần mềm Đối tượng phần mềm Xe Đạp 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 thuộc tính thể hiện. các phương thức liên Một đối tượng cụ thể quan. được gọi là một thể hiện. 22
23. 2.5 Lớp đối tượng • Một lớp là một thiết kế (blueprint) hay mẫu (prototype) cho các đối tượng cùng kiểu • Ví dụ: lớp XeDap là một thiết kế chung cho nhiều đối tượng xe đạp được tạo ra • Lớp định nghĩa các thuộc tính và các phương thức chung cho tất cả các đối tượng của cùng một loại nào đó • Một đối tượng là một thể hiện cụ thể của một lớp. • Ví dụ: mỗi đối tượng xe đạp là một thể hiện của lớp XeDap • Mỗi thể hiện có thể có những thuộc tính thể hiện khác nhau • 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. 23
24. Ví dụ Lớp Xe đạp Khai báo cho lớp XeDap Các đối tượng của lớp XeDap 24
25. 2.6 Tương tác giữa các đối tượng • Sự giao tiếp giữa các đối tượng trong thế giới thực: • Các đối tượng và sự tương tác giữa chúng trong lập trình • Các đối tượng giao tiếp với nhau bằng cách gửi thông điệp (message) 25
26. Gọi hàm vs. Gửi thông điệp • Gọi hàm (Call function) • Chỉ ra chính xác đoạn mã nào sẽ được thực hiện. • Chỉ có duy nhất một sự thực thi của một hàm với một tên nào đó. • Không có hai hàm trùng tên. • Gửi thông điệp • Yêu cầu một dịch vụ từ một đối tượng và đối tượng sẽ quyết định cần phải làm gì. • Các đối tượng khác nhau sẽ có các cách thực thi các thông điệp theo cách khác nhau. 26
27. Thông điệp vs. Phương thức • Thông điệp • Được gửi từ đối tượng này đến đối tượng kia, không bao gồm đoạn mã thực sự sẽ được thực thi. • Phương thức • Thủ tục/hàm trong ngôn ngữ lập trình cấu trúc. • Là sự thực thi dịch vụ được yêu cầu bởi thông điệp. • Là đoạn mã sẽ được thực thi để đáp ứng thông điệp được gửi đến cho đối tượng. 27
28. 3/ NNLT Java 28
29. 3.1. Java là gì? • Java là một ngôn ngữ lập trình HĐT được phát triển bởi Sun Microsystems, nay thuộc sở hữu của Oracle. • Ban đầu được sử dụng để xây dựng ứng dụng điều khiển các bộ xử lý bên trong các thiết bị điện tử dân dụng như máy điện thoại cầm tay, lò vi sóng • Java = 1 ngôn ngữ lập trình = 1 công nghệ = 1 nền tảng phát triển Green Team and James Gosling (the leader) 29
30. 3.2 Nền tảng Java • Mỗi sản phầm Java gồm: • Bộ công cụ phát triển: J2SDK, JDK hay SDK (development kit) • JDK = JRE + tools tiện ích (*.exe) + tài liệu + thư viện • Môi trường chạy JRE (runtime environment): môi trường thực thi • JRE = JVM + Java runtime library (trên desktop) • Server JRE: JRE trên server • Máy ảo java JVM (virtual machine) • Các đặc tả chi tiết kỹ thuật, Ngôn ngữ lập trình, Các công nghệ đi kèm • Java hỗ trợ các platform • Sun Solaris, Linux, Mac OS, FreeBSD & Microsoft Windows. 30
31. Ví dụ các thành phần trong Java SE 31
32. 3.3 Mô hình dịch của Java • Mô hình biên dịch truyền thống • Mã nguồn được biên dịch thành mã nhị phân • trên các platform khác nhau là khác nhau 32 Src: guru99.com
33. 3.3 Mô hình dịch của Java (2) • Mô hình dịch của Java • Tiêu chí "Viết (code) một lần, thực thi khắp nơi" ("Write Once, Run Anywhere" (WORA)) • Mã nguồn được biên dịch thành bytecode rồi được thông dịch bởi JVM 33 Src: guru99.com
34. 3.3 Mô hình dịch của Java (3) • Máy ảo Java (Java Virtual Machine): • Máy ảo Java là trái tim của ngôn ngữ Java • Tạo ra môi trường bên trong để thực thi lệnh: • Nạp các file .class • Quản lý bộ nhớ • Dọn “rác” • Trình thông dịch “Just In Time - JIT” • Chuyển tập lệnh bytecode thành mã máy cụ thể cho từng loại CPU. 34
35. 3.4. Tính năng của Java • Đơn giản, hướng đối tượng và quen thuộc. • Mạnh mẽ và an toàn. • Kiến trúc trung lập và di động. • Thực thi với hiệu suất cao. • Thông dịch, đa luồng và động. • Dễ sử dụng cho người dùng Java. 35
36. 3.4. Tính năng của Java (2) • Đơn giản • Từ khóa • Java có 50 từ khóa • So với Cobol hay VB có tới hàng trăm từ khóa • Có ý nghĩa đặc biệt trong ngôn ngữ • Được sử dụng để viết các câu lệnh • Hướng đối tượng • Java hỗ trợ phát triển phần mềm bằng cách sử dụng khái niệm “đối tượng” • Phần mềm được phát triển sử dụng Java bao gồm các lớp và các đối tượng 36
37. 3.4. Tính năng của Java (3) • Mạnh mẽ • Thư viện lớp: Hàng trăm lớp được viết trước với nhiều các phương thức tiện ích. • Java sử dụng mô hình con trỏ không cho phép truy cập trực tiếp vào bộ nhớ; bộ nhớ không thể ghi đè. • An toàn • Java authentication dựa vào các phương pháp mã hóa khóa công khai • 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 37
38. 3.4. Tính năng của Java (4) • Kiến trúc trung lập, di động • Hỗ trợ nhiều platform, "Write Once, Run Anywhere" • Network capable • Hỗ trợ phát triển các ứng dụng trong môi trường mạng • Java hỗ trợ phát triển các ứng dụng phân tán • Lý tưởng cho các ứng dụng Web • Thực thi với hiệu suất cao 38
39. 3.4. Tính năng của Java (5) • Thông dịch • Chương trình nguồn *.java được biên dịch thành *.class và sau đó sẽ được thông dịch thành mã máy • Đa luồng (Multi-threaded) • Cho phép chương trình của bạn chạy nhiều hơn một tác vụ tại cùng một thời điểm. • Khả chuyển (Portable) • Các chương trình có thể viết và biên dịch một lần, rồi chạy trên các nền tảng khác • Nhờ mô hình biên dịch/thông dịch (WORE – Write Once, Run Everywhere) 39
40. 3.5. Các ứng dụng của Java ƯD trên thẻ thông minh, thẻ SIM ƯD trên Clound ƯD quy mô doanh nghiệp ƯD trên thiết bị nhúng ƯD trên thiết bị nhúng giới hạn tài nguyên ƯD trên Windows sử dụng thiết bị nhúng Phiên bản chuẩn, dành cho mọi ứng dụng Phiên bản chuẩn, dành cho ứng dụng nhúng ƯD trên TV thông minh 40
41. 4/ Cài đặt môi trường LT 41
42. 4.1 Các bước cài đặt Java • Bước 1: Cài đặt JDK • Bước 2: Cài đặt các biến môi trường (nếu dùng cmd) • Bước 3: Cài trình soạn thảo hoặc IDE (Integrated Development Environment ) • TextPad/JCreator/NetBean/Eclipse • Bước 4: Lập trình/Viết mã nguồn (HelloWorld.java) • Bước 5: Dịch • Gõ lệnh: javac HelloWorld.java • Bước 6: Chạy chương trình • Gõ lệnh: java HelloWorld.class 42
43. 4.1 Các bước cài đặt Java (2) • Trong Windows • JAVA_HOME = C:\Program Files\Java\jdk1.6 • PATH = ;% JAVA_HOME%\bin; • CLASSPATH = C:\Program Files\Java\jdk1.6\lib;.; C:\Program Files\Java\jdk1.6\include • Trong Linux • JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-7-sun • PATH=$PATH:$JAVA_HOME/bin 43
44. 4.2. Chương trình ví dụ // HelloWorld.java // Chuong trinh hien thi dong chu “Hello World” public class HelloWorld { public static void main(String args[]){ System.out.println( “Hello World!" ); } } 44
45. 4.2. Chương trình ví dụ (2) import javax.swing.JOptionPane; public class FirstDialog{ public static void main(String[] args){ JOptionPane.showMessageDialog(null, ”Xin chao ban!”); System.exit(0); } } 45
46. 4.2. Chương trình ví dụ (3) import javax.swing.JOptionPane; public class HelloNameDialog{ public static void main(String[] args){ String result; result = JOptionPane.showInputDialog(“Hay nhap ten ban:”); JOptionPane.showMessageDialog(null, ”Xin chao “+ result + “!”); System.exit(0); } } 46
47. Bài tập Bài 1. Cài đặt Java. Bài 2. Cài đặt một trình IDE nào đó . Bài 3. Chạy lại 3 ví dụ trong phần 4. 47