Bài giảng Kỹ thuật lập trình - Bài 9: Kế thừa (Inheritance) - Đào Trung Kiên

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật lập trình - Bài 9: Kế thừa (Inheritance) - Đào Trung Kiên

1. Bài 9: Kế thừa (Inheritance) 1 EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2017/2018 TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
2. Khái niệm  Để quản lý nhân sự của công ty, ta có thể định nghĩa các lớp tương ứng với các vị trí làm việc của công ty: class Worker { class Manager { class Director { private: private: private: string name; string name; string name; float salary; float salary; float salary; int level; int dept; public: public: public: string getName() { } string getName() { } string getName() { } void pay() { } void pay() { } void pay() { } void doWork() { } void doWork() { } void doWork() { } }; }; };  Cả 3 lớp trên đều có những biến và hàm giống hệt nhau về nội dung tạo ra một lớp Employee chứa các thông tin chung đó để sử dụng lại  Sử dụng lại code  Giảm số code cần viết  Dễ bảo trì, sửa đổi về sau  Rõ ràng hơn về mặt logic trong thiết kế chương trình 2 EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2017/2018 TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
3. Khái niệm (tiếp) Lớp mẹ Employee (hay lớp cơ sở) Các lớp con Worker Manager Director (hay lớp dẫn xuất)  Hai hướng thừa kế:  Cụ thể hoá: lớp con là một trường hợp riêng của lớp mẹ (như ví dụ trên)  Tổng quát hoá: mở rộng lớp mẹ (vd: Point2D thêm biến z để thành Point3D)  Kế thừa cho phép các lớp con sử dụng các biến và phương thức của lớp mẹ như của nó, trừ các biến và phương thức private  Kế thừa với public và private:  public: các thành phần public của lớp mẹ vẫn là public trong lớp con  private: toàn bộ các thành phần của lớp mẹ trở thành private của lớp con 3 EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2017/2018 TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
4. Kế thừa public class Employee { void show() { private: cout << getName() string name; << salary; // lỗi float salary; } public: }; string getName() { } Worker w; void pay() { } w.getName(); }; w.doWork(); w.pay(); class Worker : public Employee { w.salary = 10; // lỗi private: w.show(); int level; public: Employee e = w; // OK Worker w2 = e; // lỗi void doWork() { } Worker w3 = (Worker)e; // lỗi  Các thành phần public của lớp mẹ vẫn là public trong lớp con  Lớp con chuyển kiểu được thành lớp mẹ, nhưng ngược lại không được 4 EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2017/2018 TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
5. Kế thừa private class LinkedList { int pop() { private: int x = getHead(); deleteHead(); public: return x; void insertTail(int x) { } } void insertHead(int x) { } void deleteHead() { } }; void deleteTail() { } int getHead() { } Stack s; int getTail() { } s.push(10); s.push(20); }; s.pop(); class Stack : private LinkedList { s.insertTail(30); // lỗi public: s.getTail(); // lỗi void push(int x) { insertHead(x); }  Tất cả các thành phần của lớp mẹ đều trở thành private của lớp con 5 EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2017/2018 TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
6. Thành phần protected  Ngoài public và private, còn có các thành phần protected: có thể được sử dụng bởi các phương thức trong lớp dẫn xuất từ nó, nhưng không sử dụng được từ ngoài các lớp đó class Employee { class Worker: public Employee { protected: public: string name; void doWork() { } float rate; void print() { int hours; cout << "Ten: " << name << "Luong: " << getSalary(); int getSalary() } { return rate*hours; } }; public: void setName(const char* s) Worker w; { name = s; } w.doWork(); string getName() w.pay(); { return name; } w.print(); void pay() { } w.name = "NV Tung"; // lỗi cout << w.getSalary(); // lỗi }; 6 EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2017/2018 TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
7. Tổng kết các kiểu kế thừa Kiểu kế thừa private protected public Phạmvi private private private private protected private protected protected public private protected public  Cột: các kiểu kế thừa  Hàng: phạm vi các biến/phương thức thành phần trong lớp mẹ  Kết quả: phạm vi các biến/phương thức trong lớp dẫn xuất 7 EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2017/2018 TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
8. Constructor và destructor trong kế thừa  Constructor và destructor không được các lớp con thừa kế  Mỗi constructor của lớp dẫn xuất phải gọi một constructor của lớp mẹ, nếu không sẽ được ngầm hiểu là gọi constructor mặc định class Pet { class Bird { public: public: Pet() { } Bird(bool canFly) { } Pet(string name) { } }; }; class Eagle: public Bird { class Dog: public Pet { public: public: // sai: Eagle() { } Dog() { } // Pet() Eagle(): Bird(true) { } Dog(string name): Pet(name) { } }; };  Destructor của các lớp sẽ được gọi tự động theo thứ tự ngược từ lớp dẫn xuất tới lớp cơ sở  ~Dog() ~Pet()  ~Eagle() ~Bird() 8 EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2017/2018 TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
9. Gọi cons của lớp mẹ trong cons của lớp con  Không thể gọi cons của lớp mẹ trong cons của lớp con như hàm, mà phải gọi ở danh sách khởi tạo  class Point3D: private Point2D { protected: double z; public: Point3D(): Point2D(0., 0.), z(0.) // đúng { } Point3D(double x, double y, double z) // gọi cons mặc định Point2D() { Point2D(x, y); // sai: tạo đối tượng Point2D tạm this->z = z; } }; 9 EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2017/2018 TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
10. Phương thức ảo (virtual method)  Là phương thức được khai báo ở lớp mẹ, nhưng có thể được định nghĩa lại (thay thế) ở các lớp dẫn xuất class Shape { void main() { public: Circle c; virtual void draw() Shape s1 = c; { cout erase(); s3->draw(); class Circle: public Shape {Shape::erase public: Circle::draw c.redraw(); virtual void draw() Shape::erase s1.redraw(); { cout redraw(); { cout<<"Circle::erase\n";Shape::draw } } }; Shape::erase Circle::draw Shape::erase 10 EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2017/2018 Circle::draw TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
11. Lớp trừu tượng (abstract class)  Phương thức ảo thuần tuý (pure virtual method): là phương thức được khai báo nhưng chưa được định nghĩa cần được định nghĩa trong các lớp dẫn xuất  Lớp trừu tượng là lớp có phương thức ảo thuần tuý  Không thể tạo được đối tượng từ lớp trừu tượng class Shape { virtual void area() { } public: }; virtual void draw() = 0; virtual void erase() = 0; Shape p; // lỗi virtual void area() = 0; void redraw() { } Circle c; }; Shape p2 = c; // lỗi Shape& p3 = c; // OK class Circle: public Shape { Shape* p4 = &c; // OK public: void func(Shape s) { } // lỗi virtual void draw() { } void func(Shape& s) { } // OK virtual void erase() { } void func(Shape* s) { } // OK 11 EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2017/2018 TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
12. Tính đa hình (polymorphism)  Thừa kế và định nghĩa các hàm ảo giúp quản lý đối tượng dễ dàng hơn: có thể gọi đúng phương thức mà không cần quan tâm tới lớp thực sự của nó là gì (trong C phải dùng switch hoặc con trỏ hàm) class Pet { Pet* p[3] = { public: new Dog(), new Cat(), new Cat() }; virtual void say() = 0; }; for (int i=0; i say(); class Cat: public Pet { // public: virtual void say() // Thế này không được: { cout << "miao\n"; } // Pet p2[2] = { Dog(), Cat() }; }; // class Dog: public Pet { public: Kết quả chạy: virtual void say() gruh { cout << "gruh\n"; } miao }; miao 12 EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2017/2018 TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
13. Destructor ảo class ClassA { class ClassA { public: public: ClassA() { } ClassA() { } ~ClassA() { } virtual ~ClassA() { } }; }; class ClassB: public ClassA { class ClassB: public ClassA { public: public: ClassB() { } ClassB() { } ~ClassB() { } virtual ~ClassB() { } }; }; ClassB* b = new ClassB; ClassB* b = new ClassB; ClassA* a = (ClassA*)new ClassB; ClassA* a = (ClassA*)new ClassB; delete b; // ~ClassB, ~ClassA delete b; // ~ClassB, ~ClassA delete a; // ~ClassA delete a; // ~ClassB, ~ClassA  Nên luôn khai báo destructor ảo nếu không có gì đặc biệt 13 EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2017/2018 TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
14. Biểu diễn trong bộ nhớ #pragma pack(1) printf("%d %d\n", &v2, sizeof(v2)); printf("%d %d\n", &v3, sizeof(v3)); class V2 { printf("%d %d %d\n", &v3.x, &v3.y, &v3.z); public: Thành Kích vtable double x, y; Kết quả chạy: phần thước static int i; 1245000 20 fv2() vtable 4 void f2(); fv3() 1245000 28 V2 virtual void fv2(); 1245004 1245012 1245020 x 8 V3 }; y 8 z 8 class V3: public V2 { public:  Dữ liệu static không nằm trong đối tượng double z; void f3();  Nếu lớp có phương thức ảo, thêm một con trỏ virtual void fv2(); (vtable) tới một bảng các phương thức ảo virtual void fv3(); phương thức ảo tương tự như con trỏ hàm };  Dữ liệu của lớp con sẽ được nối tiếp vào sau V3 v3; dữ liệu của lớp mẹ V2& v2 = v3;  Chú ý việc chỉnh biên dữ liệu (data alignment) 14 EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2017/2018 TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
15. Đa kế thừa (kế thừa nhiều lớp)  C++ cho phép một lớp có thể kế thừa từ nhiều lớp khác nhau class Camera { class CellPhone: public: public Camera, void takePicture(); protected FMDevice, public Phone }; { public: class FMDevice { void turnFMOn(); public: void turnFMOff(); void turnOn(); void setFMFreq(float f); void turnOff(); void setFreq(float f); }; }; CellPhone p; class Phone { p.takePicture(); public: p.turnOn(); // lỗi void call(string num); p.turnFMOn(); p.call("0912345678"); }; 15 EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2017/2018 TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
16. Thành phần trùng tên class Legged { p1.Legged::move(); // Legged public: p1.Winged::move(); // Winged void move() { } ((Legged&)p1).move(); // Legged }; ((Winged&)p1).move(); // Winged class Winged { public: class Penguin: public Legged, void move() { } public Winged { }; public: void move() { Legged::move(); } class Pigeon: public Legged, public Winged { }; }; Penguin p2; p2.move(); // Penguin Pigeon p1; ((Legged&)p2).move(); // Legged p1.move(); // lỗi ((Winged&)p2).move(); // Winged  Đa kế thừa có thể khiến chương trình trở nên rất phức tạp và khó kiểm soát các biến/phương thức thành phần chỉ nên sử dụng khi thực sự cần thiết 16 EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2017/2018 TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
17. Biểu diễn đa kế thừa trong bộ nhớ class B1 { } class B1 class B2 class B2 { } double a, b; int c; class D: public B1, public B2 { } virtual void fb1(); virtual void fb2(); D d; B1& b1 = d; class D B2& b2 = d; float d; printf("%d %d\n", &d, sizeof(d)); virtual void fb1(); printf("%d %d\n", &b1, sizeof(b1)); virtual void fb2(); printf("%d %d\n", &b2, sizeof(b2)); virtual void fd(); Kết quả chạy: Thành Kích 1244996 32 vtable phần thước 1244996 20 fb1() vtable 4 B1 1245016 8 fd() a 8 b 8 D  Các thành phần của các lớp cơ sở vtable vtable 4 B2 nằm nối tiếp nhau trong bộ nhớ fb2() c 4  Lớp kế thừa ảo: tự tìm hiểu thêm d 4 17 EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2017/2018 TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
18. Bài tập 1. Định nghĩa kiểu struct Shape trong C rồi viết các hàm draw(), area() tuỳ theo dạng hình: tròn, vuông, chữ nhật. Dùng hai cách làm: dùng switch, con trỏ hàm. So sánh với cách làm trong C++. 2. Với điều kiện nào thì có thể lưu một đối tượng ra file rồi đọc lại trong lần chạy sau như dưới đây? Giải thích và chạy thử.  lần chạy trước: fwrite((void*)&obj, 1, sizeof(obj), file);  lần chạy sau: fread((void*)&obj, 1, sizeof(obj), file); 3. Viết các lớp Shape (trừu tượng) và Circle, Square, Rectangle, Ellipse, Sphere. Hãy thiết kế việc kế thừa sao cho hợp lý. 4. Hoàn tất các lớp Employee, Worker, Manager, Director và viết một chương trình thử. 5. Mở rộng và sửa bài tập trên:  Thêm lớp Company chứa toàn bộ các nhân viên  Thêm quan hệ về công việc giữa các nhân viên. VD: mỗi Worker có 1 Manager, 6. Viết các lớp B1, B2 và D trong phần đa kế thừa rồi kiểm tra kích thước các kiểu và địa chỉ các thành phần so với địa chỉ của đối tượng. 18 EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2017/2018 TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội