Bài 4- Lập trình hướng đối tượng trong Java

Bởi

16 Tháng Năm, 2020

5529

Mục lục

Mục tiêu của bài học

Sau khi học xong bài học sinh viên biết được:

Lập trình hướng đối tượng là kiểu lập trình nhằm vào sự tương tác giữa các đối tượng. Mỗi đối tượng có những thuộc tính xác định đặc điểm, phương thức xác định chức năng của đối tượng. Chúng tạo thành cấu trúc của đối tượng.

Tập trung vào dữ liệu thay cho các phương thức.
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 phương thức.

Đối tượng (Object) là gì?

Tất cả những thực thể có trạng thái và hành vi được biết đến như là một đối tượng. Ví dụ: bàn, ghế, bút chì, xe đạp, ô tô…

Lớp (Class) là gì?

Lớp được xem như một khuôn mẫu (template) của đối tượng (Object).
Trong lớp gồm các thuộc tính của đối tượng (properties) và phương thức (methods) tác động lên lớp.
Đối tượng được xây dựng từ lớp nên được gọi là thể hiện của lớp (class instance).

Khai báo lớp

class <ClassName>
 {
    <kiểu dữ liệu> <field_1>;
    <kiểu dữ liệu> <field_2>;
    constructor
    method_1
    method_2
 }

class: là từ khóa của java.
ClassName: là tên chúng ta đặt cho lớp.
field_1, field_2: các thuộc tính (các biến, hay các thành phần dữ liệu của lớp).
constructor: là phương thức xây dựng, khởi tạo đối tượng của lớp.
method_1, method_2: là phương thức (hàm) thể hiện thao tác xử lý, tác động lên các thuộc tính của lớp.

Ví dụ Khai báo lớp Hình Tròn

public static void main(String[] args) {
    // ... code gì trong này bạn đừng quan tâm
}
 // Khai báo một Lớp Hình tròn
class HinhTron {

    // Dưới đây là các Thuộc tính
    final float PI = 3.14f;    float r;    float cv;    float dt;

     // Dưới đây là các Phương thức
    void nhapBanKinh() {
        System.out.println("Hãy nhập vào Bán kính Hình tròn: ");
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        r = scanner.nextFloat();
    }
     void tinhChuVi() {
        cv = 2 * PI * r;
        System.out.println("Chu vi Hình tròn: " + cv);
    }
     void tinhDienTich() {
        dt = PI * r * r;
        System.out.println("Diện tích Hình tròn: " + dt);
    }
}

Thuộc tính của lớp

Vùng dữ liệu (fields) hay thuộc tính (properties) của lớp được khai báo bên trong lớp như sau:

class <ClassName>
   {
    // khai báo những thuộc tính của lớp
    <tiền tố> <kiểu dữ liệu> field1;
    // …
   }

Để xác định quyền truy xuất của đối tượng khác đối với vùng dữ liệu của một lớp ta dùng 3 tiền tố sau:
– public: có thể truy xuất từ tất cả các đối tượng khác.
– private: một lớp không thể truy xuất vùng private của một lớp khác.
– protected: protected của một lớp chỉ cho phép bản thân lớp đó và những lớp dẫn xuất từ lớp đó truy cập đến.

Ví dụ:

public class XeMay
    {	public String nhaSx;
        public String model;
        private float chiPhiSx;
        protected int thoiGianSx;
        // so luong so cua xe may: 3, 4 
        protected int so;
        // sobanhxe là biến tĩnh có giá trị là 2 trong tất cả
        // các thể hiện tạo ra từ lớp xemay
        public static int soBanhXe = 2;
    }

Lưu ý: Để an toàn cho vùng dữ liệu của các đối tượng, tránh dùng tiền tố public. Và để ngăn cản quyền truy cập đến vùng dữ liệu của một lớp ta chọn tiền tố private.

Phương thức (Method) của lớp

Hàm hay phương thức (method) trong Java là khối lệnh thực hiện các chức năng, hành vi xử lý của lớp lên vùng dữ liệu.

//Khai báo phương thức:
    <Tiền tố> <kiểu trả về> <Tên phương thức> (<danh sách đối số>)
    {
        <khối lệnh>;
    }

Để xác định quyền truy xuất của các đối tượng khác đối với các phương thức của lớp người ta thường dùng các tiền tố sau: public, protected, private, static, final, abstract, synchronized
–<kiểu trả về>: có thể là kiểu void, kiểu cơ sở hay một lớp.
–<Tên phương thức>: đặt theo qui ước giống tên biến.
–<danh sách thông số>: có thể rỗng.

Giải thích chi tiết các tiền tố:

public: phương thức có thể truy cập được từ bên ngoài lớp khai báo.
protected: có thể truy cập được từ lớp khai báo và những lớp dẫn xuất từ nó.
private: chỉ được truy cập bên trong bản thân lớp khai báo.
static: phương thức lớp dùng chung cho tất cả các thể hiện của lớp, có nghĩa là phương thức đó có thể được thực hiện kể cả khi không có đối tượng của lớp chứa phương thức đó.
final: phương thức có tiền tố này không được khai báo chồng ớ các lớp dẫn xuất.
abstract: phương thức không cần cài đặt (không có phần source code), sẽ được hiện thực trong các lớp dẫn xuất từ lớp này.
synchoronized: dùng để ngăn các tác động của các đối tượng khác lên đối tượng đang xét trong khi đang đồng bộ hóa. Dùng trong lập trình miltithreads.

Ví dụ:

public class XeXay
    {	public String nhaSx;
        public String model;
        private float chiPhiSx;
        protected int thoiGianSx;
        // so luong so cua xe may: 3, 4 so
        protected int so;
        // là biến tĩnh có giá trị là 2 trong tất cả các thể hiện tạo ra từ lớp xemay
        public static int soBanhXe = 2;
        public float tinhGiaBan() { return 1.5 * chiPhiSx; }
    }

Lưu ý:
– Thông thường trong một lớp các phương thức nên được khai báo dùng từ khóa public, khác với vùng dữ liệu thường là dùng tiền tố private vì mục đích an toàn.
– Những biến nằm trong một phương thức của lớp là các biến cục bộ (local) và nên được khởi tạo sau khi khai báo.

Khởi tạo một đối tượng

Constructor thật ra là một loại phương thức đặc biệt của lớp.
Constructor dùng gọi tự động khi khởi tạo một thể hiện của lớp, có thể dùng để khởi gán những giá trị mặc định.
Các constructor không có giá trị trả về và có thể có tham số hoặc không có tham số.
Constructor phải có cùng tên với lớp và được gọi đến khi dùng từ khóa new.
Nếu một lớp không có constructor thì Java sẽ cung cấp cho lớp một constructor mặc định (default constructor). Những thuộc tính, biến của lớp sẽ được khởi tạo bởi các giá trị mặc định (số: thường là giá trị 0, kiểu luận lý là giá trị false, kiểu đối tượng giá trị null, …)
Lưu ý: Thông thường để an toàn, dễ kiểm soát và làm chủ mã nguồn chương trình chúng ta nên khai báo một constructor cho lớp.

Ví dụ:

public class XeMay
   {	// …
    public xeMay() { }
    public xeMay(String s_nhasx, String s_model, f_chiphisx, int i_thoigiansx, int i_so);
    {	nhasx = s_nhasx;
        model = s_model;
        chiphisx = f_chiphisx;
        thoigiansx = i_thoigiansx;
        so = i_so;
        // hoặc
        // this.nhasx = s_nhasx;
        // this.model = s_model;
        // this.chiphisx = f_chiphisx;
        // this.thoigiansx = i_thoigiansx;
        // this.so = i_so;
    }
   }

Biến this

Biến this là một biến ẩn tồn tại trong tất cả các lớp trong ngông ngữ Java. Một class trong Java luôn tồn tại một biến this.
Biến this được sử dụng trong khi chạy và tham khảo đến bản thân lớp chứa nó.

Ví dụ:

<tiền tố> class A
{	<tiền tố> int <field_1>;
    <tiền tố> String <field_2>;
    // Contructor của lớp A
    public A(int par_1, String par_2)
    {	
        this.field_1 = par_1;	this.field_2 = par_2;
    }
    <tiền tố> <kiểu trả về> <method_1>()
    { // …	}
    <tiền tố> <kiểu trả về> <method_2>()
    {
        this.method_1()
        // …
    }
}

Khai báo chồng phương thức

Việc khai báo trong một lớp nhiều phương thức có cùng tên nhưng khác tham số (khác kiểu dữ liệu, khác số lượng tham số) gọi là khai báo chồng phương thức (overloading method).

Ví dụ:

public class XeMay
{ 	// khai báo fields …
 public float tinhGiaBan()
 { 
     return 2 * chiphisx;
 }
 public float tinhGiaBan(float huehong)
 { 
     return (2 * chiphisx + huehong);
 }
}

Đặc điểm OOP trong Java

Tính đóng gói (Encapsulation)
Tính đa hình (Polymorphimsm)
Tính kế thừa (Inheritance)

Tính đóng gói – Encapsulation

Cơ chế đóng gói trong lập trình hướng đối tượng giúp cho các đối tượng giấu đi một phần các chi tiết cài đặt, cũng như phần dữ liệu cục bộ của nó, và chỉ công bố ra ngoài những gì cần công bố để trao đổi với các đối tượng khác. Hay chúng ta có thể nói đối tượng là một thành tố hỗ trợ tính đóng gói.
Đơn vị đóng gói cơ bản của ngôn ngữ java là class. Một class định nghĩa hình thức của một đối tượng. Một class định rõ những thành phần dữ liệu và các đoạn mã cài đặt các thao tác xử lý trên các đối tượng dữ liệu đó. Java dùng class để xây dựng những đối tượng. Những đối tượng là những thể hiện (instances) của một class.
Một lớp bao gồm thành phần dữ liệu và thành phần xử lý:
–Thành phần dữ liệu của một lớp thường bao gồm các biến thành viên và các biến thể hiện của lớp.
–Thành phần xử lý là các thao tác trên các thành phần dữ liệu, thường trong Java người gọi là phương thức. Phương thức là một thuật ngữ hướng đối tượng trong Java. Ttrong C/C++ người ta dùng thuật ngữ là hàm hoặc phương thức.

Tính đa hình – Polymorphimsm

Hàm hay phương thức (method) trong Java là khối lệnh thực hiện các chức năng, các hành vi xử lý của lớp lên vùng dữ liệu.

Ví dụ:

class A_Object  {
    // …
    void method_1( ){  // … }
}
class B_Object extends A_Object {
    // …
    void method_1( ) {  // … }
}
class C { 
    public static void main(String[] args) 
    { 	// Tạo một mảng 2 phần tử kiểu A
        A_Object arr_Object = new A_Object[2];
        B_Object var_1 = new B_Object();  arr_Object[0] = var_1;
        A_Object var_2;
        for (int i=0; i<2; i++) {  	var_2 = arr_Object[i];
             		var_2.method_1();         }
    }
}

Giải thích ví dụ của slide trước:

Vòng lặp for trong đoạn chương trình trên:

Với i = 0 thì biến var_2 có kiểu là B_Object, và lệnh var_2.method_1() sẽ gọi thực hiện phương thức method_1 của lớp B_Object.
Với i = 1 thì biến var_2 có kiểu là A_Object, và lệnh var_2.method_1() sẽ gọi thực hiện phương thức method_1 của lớp A_Object.
Trong ví dụ trên đối tượng var_2 có thể nhận kiểu A_Object hay B_Object. Hay nói các khác, một biến đối tượng kiểu A_Object như var_2 trong ví dụ trên có thể tham chiếu đến bất kỳ đối tượng nào của bất kỳ lớp con nào của lớp A_Object
Ví dụ, var_2 có thể tham chiếu đến đối tượng var_1, var_1 là đối tượng của lớp B_Object dẫn xuất từ lớp A_Object). Ngược lại một biến của lớp con không thể tham chiếu đến bất kỳ đối tượng nào của lớp cha.

Tính kế thừa – Inheritance

Một lớp con (subclass) có thể kế thừa tất cả những vùng dữ liệu và phương thức của một lớp khác (siêu lớp – superclass).
Như vậy việc tạo một lớp mới từ một lớp đã biết sao cho các thành phần (fields và methods) của lớp cũ cũng sẽ thành các thành phần (fields và methods) của lớp mới. Khi đó ta gọi lớp mới là lớp dẫn xuất (derived class) từ lớp cũ (superclass).
Có thể lớp cũ cũng là lớp được dẫn xuất từ một lớp nào đấy, nhưng đối với lớp mới vừa tạo thì lớp cũ đó là một lớp siêu lớp trực tiếp (immediate supperclass).

//Dùng từ khóa extends để chỉ lớp dẫn xuất.
class A extends B
{
    // …
}

Khai báo chồng phương thức (Tính kế thừa – Inheritance)

Tính kế thừa giúp cho các lớp con nhận được các thuộc tính/phương thức public và protected của lớp cha.
Đồng thời cũng có thể thay thế các phương thức của lớp cha bằng cách khai báo chồng.

Ví dụ:

public class xega extends xemay
{
    public xega( ) { }
    public xega(String s_nhasx, String s_model, f_chiphisx, int i_thoigiansx);
    {	this.nhasx = s_nhasx;
        this.model = s_model;
        this.chiphisx = f_chiphisx;
        this.thoigiansx = i_thoigiansx;
        this.so = 0;
    }
    public float tinhgiaban( ) { return 2.5 * chiphisx; }
}

Tiền tố trong kế thừa

Java cung cấp 3 tiền tố để hỗ trợ tính kế thừa của lớp:

public: lớp có thể truy cập từ các gói, chương trình khác.
final: Lớp hằng, lớp không thể tạo dẫn xuất (không thể có con), hay đôi khi người ta gọi là lớp “vô sinh”.
abstract: Lớp trừu tượng (không có khai báo các thành phần và các phương thức trong lớp trừu tượng). Lớp dẫn xuất sẽ khai báo, cài đặt cụ thể các thuộc tính, phương thức của lớp trừu tượng.

Lớp nội (Inner class)

Lớp nội là lớp được khai báo bên trong 1 lớp khác.
Lớp nội thể hiện tính đóng gói cao và có thể truy xuất trực tiếp biến của lớp cha.

Ví dụ:

public class A {
    // …
    int <field_1>
    static class B {
        // …
        int <field_2>
        public B(int par_1) {
            field_2 = par_1 + field_1;
        }
    }
}

Trong ví dụ trên thì chương trình dịch sẽ tạo ra hai lớp với hai files khác nhau: A.class và B.class.

Lớp vô sinh

Lớp mà ta không thể có lớp dẫn xuất từ nó (không có lớp con) gọi là lớp “vô sinh”, hay nói cách khác không thể kế thừa được từ một lớp “vô sinh”. Lớp “vô sinh” dùng để hạn chế, ngăn ngừa các lớp khác dẫn xuất từ nó.
Để khai báo một lớp là lớp “vô sinh”, chúng ta dùng từ khóa final class.
Tất cả các phương thức của lớp vô sinh đều vô sinh, nhưng các thuộc tính của lớp vô sinh thì có thể không vô sinh.

Ví dụ:

public final class A
    {
        public final int x;
        private int y;
        public final void method_1()
        {
            // …
        }
        public final void method_2()
        {
            // …
        }
    }

Lớp trừu tượng

Lớp trừu tượng là lớp không có khai báo các thuộc tính thành phần và các phương thức.
Các lớp dẫn xuất của nó sẽ khai báo thuộc tính, cài đặt cụ thể các phương thức của lớp trừu tượng.

Ví dụ:

abstract class A {
    abstract void method_1();
}

public class B extends A {
    public void method_1( ) {
        // cài đặt chi tiết cho phương thức method_1
        // trong lớp con B.
        // …
    }
}
public class C extends A
{
    public void method_1()
    {
        // cài đặt chi tiết cho	//method_1 trong lớp con C.
        // …
    }
}

Lưu ý:

Các phương thức được khai báo dùng các tiền tố private và static thì không được khai báo là trừu tượng abstract.
Tiền tố private thì không thể truy xuất từ các lớp dẫn xuất, còn tiền tố static thì chỉ dùng riêng cho lớp khai báo mà thôi.

Phương thức Finalize

Trong java không có kiểu dữ liệu con trỏ như trong C. Trình dọn dẹp hệ thống sẽ dọn dẹp vùng nhớ cấp phát cho các đối tượng trước khi hủy một đối tượng.
Phương thức finalize() là một phương thức đặc biệt được cài đặt sẵn cho các lớp. Trình dọn dẹp hệ thống sẽ gọi phương thức này trước khi hủy một đối tượng. Vì vậy việc cài đặt một số thao tác giải phóng, dọn dẹp vùng nhớ đã cấp phát cho các đối tượng dữ liệu trong phương thức finalize() sẽ giúp ta kiểm soát tốt quá trình hủy đối tượng thay vì giao cho trình dọn dẹp hệ thống tự động. Đồng thời việc cài đặt trong phương thức finalize() sẽ giúp cho bộ nhớ được giải phóng tốt hơn, góp phần cải tiến tốc độ chương trình.

Gói Package

Việc đóng gói các lớp lại tạo thành một thư viện dùng chung gọi là package.
Một package có thể chứa một hay nhiều lớp bên trong, đồng thời cũng có thể chứa một package khác bên trong.
Để khai báo một lớp thuộc một gói nào đấy ta phải dùng từ khóa package.
Dòng khai báo gói phải là dòng đầu tiên trong tập tin khai báo lớp.
Các tập tin khai báo lớp trong cùng một gói phải được lưu trong cùng một thư mục.
Lưu ý: Việc khai báo import tất cả các lớp trong gói sẽ làm tốn bộ nhớ. Thông thường chúng ta chỉ nên import những lớp cần dùng trong chương trình.

Ví dụ:

package phuongtiengiaothong;
class xemay  {  // …. }
class xega extends xemay {  // …  }

Khi đó muốn sử dụng lớp xemay vào chương trình ta sẽ khai báo như sau;

import phuongtiengiaothong.xemay;

Giao diện Interface

Khái niệm interface

Như chúng ta đã biết một lớp trong java chỉ có một siêu lớp trực tiếp hay một cha duy nhất (đơn thừa kế).
Để tránh đi tính phức tạp của đa thừa kế (multi-inheritance) Java thay thế bằng giao tiếp (interface).
Một lớp có thể có nhiều giao tiếp (interface) với các lớp khác để thừa hưởng thêm vùng dữ liệu và phương thức của các giao tiếp này.

Khai báo interface

Interface được khai báo như một lớp. Nhưng các thuộc tính của interface là các hằng (khai báo dùng từ khóa final). Và các phương thức của giao tiếp là trừu tượng (mặc dù không có từ khóa abstract).
Trong các lớp có cài đặt các interface ta phải tiến hành cài đặt cụ thể các phương thức này.

Ví dụ:

public interface sanpham
{ 	static final String nhasx = “Honda VN”;
    static final String dienthoai = “08-8123456”;
    public int gia(String s_model);
}

// khai báo 1 lớp có cài đặt interface
public class xemay implements sanpham
{ 	// cài đặt lại phương thức của giao diện trong lớp
    public int gia(String s_model)
    {
        if (s_model.equals(“2005”))  return (2000);
        else  return (1500);
    }
    public String chobietnhasx() {  return (nhasx); }
}

Có một vấn đề khác với lớp là một giao diện (interface) không chỉ có một giao diện cha trực tiếp. Và có thể dẫn xuất cùng lúc nhiều giao diện khác (hay có nhiều giao diện cha).
Khi đó nó sẽ kế thừa tất cả các giá trị hằng và các phương thức của các giao diện cha.
Các giao diện cha được liệt kê thành chuỗi và cách nhau bởi dấu phẩy “,”.

public interface InterfaceName extends interface1, interface2, interface3
 {
        // …
  }

Sau đây là minh họa tính đa hình (polymorphism). Trong phân cấp kế thừa thông qua việc mô tả và xử lý một số thao tác cơ bản trên các đối tượng hình học.

// Định nghĩa lớp trừu tượng cơ sở tên Shape trong  tập tin Shape.java
  public abstract class Shape extends Object
  {
    // trả về diện tích của một đối tượng hình học shape
    public double area( ) { return 0.0; }
    // trả về thể tích của một đối tượng hình học shape
    public double volume( ) { return 0.0; }
    // Phương thức trừu tượng cần phải được hiện thực
    // trong những lớp con để trả về tên đối tượng
    // hình học shape thích hợp
    public abstract String getName();
  } // end class Shape

//Định nghĩa lớp Point trong tập tin Point.java. Lớp Point thừa kế lớp Shape
public class Point extends Shape
  {	protected int x, y; // Tọa độ x, y của 1 điểm
    public Point( ){ setPoint( 0, 0 ); } // constructor không tham số.
    public Point(int xCoordinate, int yCoordinate) // constructor có tham số.
    { setPoint( xCoordinate, yCoordinate ); }
    public void setPoint( int xCoordinate, int yCoordinate )// gán tọa độ x, y cho 1 điểm
    { x = xCoordinate; y = yCoordinate; }
    public int getX( ) {  return x; } // lấy tọa độ x của 1 điểm
    public int getY( ) { return y; } // lấy tọa độ y của 1 điểm
    public String toString() // Thể hiện tọa độ của 1 điểm dưới dạng chuỗi
    {  return "[" + x + ", " + y + "]"; }
    public String getName() // trả về tên của đối tượng shape
    {  return "Point"; }
  } // end class Point

TranNhuomedu Chúc các bạn học tốt!