Bài giảng Lập trình hướng đối tượng - Chương 10: Xây dựng class tổng quát hóa bằng VC# - Đại học Bách khoa TP.HCM

Nội dung text: Bài giảng Lập trình hướng đối tượng - Chương 10: Xây dựng class tổng quát hóa bằng VC# - Đại học Bách khoa TP.HCM

1. Chương 10 Xây dựng class tổng quát hóa bằng VC# 10.0 Dẫn nhập 10.1 Tổng quát về interface và class tổng quát hóa 10.2 Class cụ thể : Stack các số nguyên 10.3 Class tổng quát hóa : Stack các phần tử kiểu T 10.4 Ràng buộc về tham số kiểu hình thức 10.5 Sử dụng class tổng quát hóa 10.6 Kết chương Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Chương 10 : Xây dựng class tổng quát hóa bằng VC# © 2010 Slide 1 10.0 Dẫn nhập ‰ Chương này giới thiệu một loại class ₫ặc biệt : class tổng quát hóa, nó giúp người lập trình tối thiểu hóa việc viết họ các class có tính chất giống nhau. ‰ Chương này cũng giới thiệu cách miêu tả các thông tin ràng buộc kèm theo từng tên kiểu hình thức ₫ược dùng trong class tổng quát hóa, cách dùng class tổng quát hóa ₫ể yêu cầu máy sinh mã tự ₫ộng ra class cụ thể. Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Chương 10 : Xây dựng class tổng quát hóa bằng VC# © 2010 Slide 2
2. 10.1 Tổng quát về interface và class tổng quát hóa ‰ Trong phương pháp xây dựng chương trình hướng ₫ối tượng, chương trình là tập các ₫ối tượng sống và tương tác lẫn nhau ₫ể hoàn thành nhiệm vụ. Số lượng các ₫ối tượng cấu thành phần mềm thường rất lớn, nhưng chúng thường thuộc 1 số loại xác ₫ịnh. Viết phần mềm hướng ₫ối tượng là quá trình lặp ₫ặc tả các loại ₫ối tượng cấu thành chương trình. ‰ Trong các chương trình lớn và phức tạp, số loại ₫ối tượng cần ₫ặc tả có thể lớn nên thời gian, công sức ₫ặc tả chúng cũng sẽ lớn. ‰ Để giảm nhẹ thời gian, công sức ₫ặc tả các ₫ối tượng, mô hình hướng ₫ối tượng ₫ã giới thiệu tính thừa kế : ta không ₫ặc tả ₫ối tượng từ ₫ầu (zero) mà dùng lại ₫ặc tả có sẵn rồi hiệu chỉnh/thêm các thành phần mới. Tuy nhiên, thừa kế cũng chỉ giúp giảm nhẹ công sức ₫ặc tả interface/class, chứ chưa triệt tiêu việc ₫ặc tả. Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Chương 10 : Xây dựng class tổng quát hóa bằng VC# © 2010 Slide 3 10.1 Tổng quát về interface và class tổng quát hóa ‰ Trong chương này, chúng ta sẽ thấy ₫ược phương pháp khác, nó cũng cho phép ta giảm nhẹ và triệt tiêu việc ₫ặc tả interface/class cho 1 số class cấu thành ứng dụng. Phương pháp này ₫ược gọi là tổng quát hóa. ‰ Ta biết, 1 hàm không tham số chỉ có thể thực hiện 1 thuật giải cố ₫ịnh trên các dữ liệu cố ₫ịnh và cho kết quả cố ₫ịnh, cho dù ta gọi nó bao nhiêu lần. Thí dụ hàm Cos() chỉ có thể tính ₫ược Cos của góc nào ₫ó (₫ược xác ₫ịnh cứng trong thân hàm). ‰ Nếu thêm tham số cho hàm, nó sẽ thực hiện 1 thuật giải nhưng trên các dữ liệu khác nhau mà những lần gọi khác nhau người ta truyền cho nó, như vậy kết quả cũng sẽ khác nhau. Thí dụ hàm Cos(x) có thể tính Cos của góc x bất kỳ, tùy thuộc mỗi lần gọi nó, người ta truyền góc nào. Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Chương 10 : Xây dựng class tổng quát hóa bằng VC# © 2010 Slide 4
3. 10.1 Tổng quát về interface và class tổng quát hóa ‰ Như vậy, ta nói hàm có tham số sẽ có tính năng tổng quát hơn hàm không tham số. Càng có nhiều tham số, hàm càng có tính tổng quát hơn. ‰ Tương tự, nếu ta ₫ặc tả 1 class bình thường như ₫ã thấy trong các chương trước, ta nói class dạng này là class cụ thể. Class cụ thể chỉ có thể chứa và xử lý các dữ liệu xác ₫ịnh trước. Class cụ thể chỉ có thể tạo ra các ₫ối tượng có dữ liệu ₫ược class xác ₫ịnh. ‰ Trong lập trình, chúng ta mơ ước có ai ₫óviết dùm mình các class cụ thể mà chương trình cần. Class tổng quát hóa sẽ giúp ta ₫iều này. Nhiệm vụ của class tổng quát hóa là viết dùm con người các class cụ thể mà chương trình cần dùng. Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Chương 10 : Xây dựng class tổng quát hóa bằng VC# © 2010 Slide 5 10.1 Tổng quát về interface và class tổng quát hóa ‰ Sự khác biệt giữa class tổng quát hóa và class cụ thể cũng giống như sự khác biệt giữa hàm có tham số và hàm không có tham số. Cụ thể ta sẽ ₫ịnh nghĩa từ 1 ₫ến n tên kiểu hình thức mà sẽ ₫ược dùng trong class tổng quát hóa. Trong thân của class tổng quát hóa, ta sẽ dùng các tên kiểu hình thức ₫ể ₫ặc tả cho các dữ liệu. Như vậy class tổng quát hóa không thể tạo ₫ối tượng cụ thể (₫iều này không có nghĩa), nó chỉ có thể tạo ra class cụ thể khi ₫ược truyền các tên kiểu cụ thể. ‰ Để thấy rõ sự khác biệt giữa class tổng quát hóa và class cụ thể, trước tiên ta hãy xây dựng 1 class quản lý Stack các số nguyên có dung lượng tùy ý, nó có 2 tác vụ chức năng là push(int) và pop(). Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Chương 10 : Xây dựng class tổng quát hóa bằng VC# © 2010 Slide 6
4. 10.2 Class cụ thể : Stack các số nguyên //₫ịnh nghĩa class Stack các số nguyên public class IntStack { //₫ịnh nghĩa các thuộc tính cần dùng private int[] data; //danh sách ₫ặc các số nguyên trong stack private int top; // chỉ số phần tử ₫ỉnh stack private int max; // số lượng max hiện hành của stack private int GROWBY = 4; //bước tăng dung lượng stack //hàm constructor public IntStack() { top = 0; max =GROWBY; //lúc ₫ầu, phân phối GROWBY phần tử data = (int[])new int[max]; } Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Chương 10 : Xây dựng class tổng quát hóa bằng VC# © 2010 Slide 7 10.2 Class cụ thể : Stack các số nguyên //hàm push phần tử vào stack public bool push(int newVal) { int[] newdata; if (top==max) { //kiểm tra xem stack ₫ầy chưa //tạo vùng nhớ chứa các phần tử stack //hơn GROWBY phần tử try { newdata = (int[])new int[GROWBY+max]; } catch (Exception e) { return false; //nếu hết bộ nhớ thì báo lỗi } //copy các phần tử từ stack cũ vào stack mới for (int i = 0; i<max; i++) newdata[i] =data[i]; Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Chương 10 : Xây dựng class tổng quát hóa bằng VC# © 2010 Slide 8
5. 10.2 Class cụ thể : Stack các số nguyên //ghi nhớ vùng stack mới data = newdata; max += GROWBY; } //chứa phần tử mới vào ₫ỉnh stack data[top++] = newVal; return true; //báo thành công } //hiện thực hàm pop phần tử từ ₫ỉnh stack public int pop() { if (top == 0) //kiểm tra hết stack chưa throw new Exception ("Cạn stack"); else return data[ top];//return phần tửở ₫ỉnh stack } } Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Chương 10 : Xây dựng class tổng quát hóa bằng VC# © 2010 Slide 9 10.3 Class tổng quát hóa : Stack các phần tử kiểu T ‰ Đặc tả class IntStack ở mục 8.2 miêu tả stack các số nguyên. Giả sử trong 1 chương trình nào ₫ó, ta cần thêm stack các số thực, stack các chuỗi, stack các trị luận lý, stack các ₫ối tượng, ‰ Nếu ta tự viết lấy các class còn lại (thường bằng cách dùng lại ₫ặc tả class IntStack rồi hiệu chỉnh lại các chi tiết cho phù hợp với kiểu phần tử trong stack mới) thì cũng ₫ược, nhưng ₫ây là cách làm tốn nhiều thời gian, công sức, nhưng không hiệu quả, không tin cậy, dễ gây lỗi, ‰ Do ₫óta sẽ ₫ịnh nghĩa class tổng quát hóa miêu tả Stack các phần tử thuộc kiểu T nào ₫óbằng cách : 1. dùng class IntStack cụ thể, tìm và thay thế kiểu phần tử cụ thể (int) thành tên kiểu hình thức (T). 2. ₫ịnh nghĩa kiểu hình thức T trong danh sách tham số của phát biểu class. Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Chương 10 : Xây dựng class tổng quát hóa bằng VC# © 2010 Slide 10
6. 10.3 Class tổng quát hóa : Stack các phần tử kiểu T //₫ịnh nghĩa class tổng quát hóa : Stack các phần tử thuộc kiểu T public class ValueStack { //₫ịnh nghĩa các thuộc tính cần dùng private T[] data; //danh sách ₫ặc các phần tử T trong stack private int top; // chỉ số phần tử ₫ỉnh stack private int max; // số lượng max hiện hành của stack private int GROWBY = 4; //bước tăng dung lượng stack //hàm constrcutor public ValueStack() { top = 0; max =GROWBY; //lúc ₫ầu, phân phối GROWBY phần tử data = (T[])new T[max]; } Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Chương 10 : Xây dựng class tổng quát hóa bằng VC# © 2010 Slide 11 10.3 Class tổng quát hóa : Stack các phần tử kiểu T //hàm push phần tử vào stack public bool push(T newVal) { T[] newdata; if (top==max) { //kiểm tra xem stack ₫ầy chưa //tạo vùng nhớ chứa các phần tử stack //hơn GROWBY phần tử try { newdata = (T[])new T[GROWBY+max]; } catch (Exception e) { return false; //nếu hết bộ nhớ thì báo lỗi } //copy các phần tử từ stack cũ vào stack mới for (int i = 0; i<max; i++) newdata[i] =data[i]; Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Chương 10 : Xây dựng class tổng quát hóa bằng VC# © 2010 Slide 12
7. 10.3 Class tổng quát hóa : Stack các phần tử kiểu T //ghi nhớ vùng stack mới data = newdata; max += GROWBY; } //chứa phần tử mới vào ₫ỉnh stack data[top++] = newVal; return true; //báo thành công } //hiện thực hàm pop phần tử từ ₫ỉnh stack public T pop() { if (top == 0) //kiểm tra hết stack chưa throw new Exception ("Cạn stack"); else return data[ top];//return phần tửở ₫ỉnh stack } } Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Chương 10 : Xây dựng class tổng quát hóa bằng VC# © 2010 Slide 13 10.4 Ràng buộc về tham số kiểu hình thức ‰ Trong class tổng quát hóa ValueStack ₫ược ₫ịnh nghĩa ở mục 8.3, ta có dùng kiểu hình thức có tên là T. Nếu không có thông tin gì khác ngoài tên hình thức T thì trong thân của class ValueStack, ta chỉ có thể gán các biến dữ liệu thuộc kiểu hình thức T chứ không thể thực hiện ₫ược gì khác trên các dữ liệu thuộc kiểu T này. ‰ Trong trường hợp cần thực hiện nhiều hoạt ₫ộng xử lý khác trên các dữ liệu thuộc kiểu hình thức T, thí dụ gởi thông ₫iệp nhờ thực hiện 1 tác vụ nào ₫ó, ta phải ₫ịnh nghĩa thông tin ràng buộc về kiểu T. Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Chương 10 : Xây dựng class tổng quát hóa bằng VC# © 2010 Slide 14
8. 10.4 Ràng buộc về tham số kiểu hình thức ‰ VC# cho phép ta ₫ịnh nghĩa thông tin ràng buộc về kiểu hình thức T theo cú pháp sau : //₫ịnh nghĩa class có 3 tham số kiểu hình thức class ValueStack where T : where K : where L : Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Chương 10 : Xây dựng class tổng quát hóa bằng VC# © 2010 Slide 15 10.4 Ràng buộc về tham số kiểu hình thức ‰ Ta có thể dùng 1 trong 5 dạng ràng buộc sau ₫ây : 1. where T: struct → kiểu T phải là kiểu giá trị (kiểu cổ ₫iển) 2. where T: class → kiểu T phải là kiểu tham khảo (class, delegate, ) 3. where T: new( ) → kiểu T phải là kiểu ₫ối tượng và phải có hàm contructor không tham số (contructor mặc ₫ịnh) 4. where T: → kiểu T phải là kiểu ₫ối tượng và phải tương thích với class 5. where T: → kiểu T phải là kiểu ₫ối tượng và phải tương thích với interface ‰ Mặc ₫ịnh, nếu không khai báo gì thì ₫ược hiểu là where T: struct. Như vậy class ValueStack ₫ược ₫ịnh nghĩa ở mục 8.3 chỉ quản lý các dữ liệu cổ ₫iển như số nguyên, số thực, Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Chương 10 : Xây dựng class tổng quát hóa bằng VC# © 2010 Slide 16
9. 10.4 Ràng buộc về tham số kiểu hình thức ‰ Nếu muốn viết class tổng quát hóa miêu tả stack các ₫ối tượng bất kỳ, ta chỉ cần hiệu chỉnh lại lệnh ₫ặc tả class từ : class ValueStack hay class ValueStack where T : struct thành class RefStack where T : class Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Chương 10 : Xây dựng class tổng quát hóa bằng VC# © 2010 Slide 17 10.5 Sử dụng class tổng quát hóa ‰ Sau khi có class cụ thể A, chương trình có thể tạo ₫ối tượng cụ thể thuộc class cụ thể bằng cách gọi lệnh new : A obj = new A(); ‰ Bản thân class tổng quát hóa không thể tạo ra ₫ối tượng ₫ược dùng trong chương trình như các class thông thường. Nhiệm vụ của nó là tạo ra ₫ặc tả class cụ thể. Thí dụ sau khi ₫ã ₫ặc tả ₫ược 2 class tổng quát hóa ValueStack, RefStack trong mục 8.3 và 8.4, nếu ta cần viết tự ₫ộng class stack các nguyên, stack các thực, thì ta chỉ cần viết lệnh như sau : ValueStack si; //₫ịnh nghĩa biến stack các số nguyên ValueStack sd; //₫ịnh nghĩa biến stack các số thực RefStack sri; //biến stack các ₫ối tượng nguyên RefStack srd; //biến stack các ₫ối tượng thực Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Chương 10 : Xây dựng class tổng quát hóa bằng VC# © 2010 Slide 18
10. 10.5 Sử dụng class tổng quát hóa ‰ Chương trình sau demo việc dùng ValueStack ₫ể quản lý các số nguyên : static void Main(string[] args) { int i; //₫ịnh nghĩa class stack các số nguyên và biến thuộc class này ValueStack si = new ValueStack (); //push lần lượt các trị từ -5 tới 5 for (i = -5; i <= 5; i++) { if (!si.push(i)) { Console.WriteLine("Không push ₫ược nữa!!!"); return; } } Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Chương 10 : Xây dựng class tổng quát hóa bằng VC# © 2010 Slide 19 10.5 Sử dụng class tổng quát hóa //pop ra từng phần tử cho ₫ến khi hết stack try { while (true) { int ci = si.pop(); Console.WriteLine("Trị vừa pop ra là : " + ci); } } //xử lý lỗi khi hết stack catch (Exception e) { Console.Write("Hết stack. Ấn Enter ₫ể ₫óng cửa sổ"); Console.Read(); } } Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Chương 10 : Xây dựng class tổng quát hóa bằng VC# © 2010 Slide 20
11. 10.5 Sử dụng class tổng quát hóa ‰ Chương trình sau demo việc dùng RefStack ₫ể quản lý các ₫ối tượng, mỗi ₫ối tượng chứa 1 số nguyên : static void Main(string[] args) { int i; //₫ịnh nghĩa class stack các ₫ối tượng nguyên (class MyInt) //và biến thuộc class này RefStack si = new RefStack (); //push lần lượt các trị từ -5 tới 5 for (i = -5; i <= 5; i++) { if (!si.push(new MyInt(i))) { Console.WriteLine("Không push ₫ược nữa!!!"); return; } } Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Chương 10 : Xây dựng class tổng quát hóa bằng VC# © 2010 Slide 21 10.5 Sử dụng class tổng quát hóa //pop ra từng phần tử cho ₫ến khi hết stack try { while (true) { MyInt ci = si.pop(); Console.WriteLine("Trị vừa pop ra là : " + ci.Value); } } //xử lý lỗi khi hết stack catch (Exception e) { Console.Write("Hết stack. Ấn Enter ₫ể ₫óng cửa sổ"); Console.Read(); } } Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Chương 10 : Xây dựng class tổng quát hóa bằng VC# © 2010 Slide 22
12. 9.510.5 S Sửửddụụngng class class t ổtổngng quát quát hóa hóa ‰ Chương trình ở slide trước có sử dụng class MyInt ₫ể quản lý số nguyên ₫ược ₫ịnh nghĩa như sau : class MyInt { //₫ịnh nghĩa thuộc tính vật lý chứa số nguyên private int m_value; //₫ịnh nghĩa thuộc tính luận lý ₫ể truy xuất số nguyên public int Value { get { return m_value; } set { m_value = value; } } //₫ịnh nghĩa hàm contructor public MyInt(int val) { m_value = val; } } Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Chương 10 : Xây dựng class tổng quát hóa bằng VC# © 2010 Slide 23 10.6 Kết chương ‰ Chương này ₫ã giới thiệu một loại class ₫ặc biệt : class tổng quát hóa, nó giúp người lập trình tối thiểu hóa việc viết họ các class có tính chất giống nhau. ‰ Chương này cũng ₫ã giới thiệu cách miêu tả các thông tin ràng buộc kèm theo từng tên kiểu hình thức ₫ược dùng trong class tổng quát hóa, cách dùng class tổng quát hóa ₫ể yêu cầu máy sinh mã tự ₫ộng ra class cụ thể. Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Chương 10 : Xây dựng class tổng quát hóa bằng VC# © 2010 Slide 24