Contents
Lập trình Hướng đối tượng (Object-Oriented Programming – C++ Oop), như tên gọi, sử dụng các “đối tượng” trong quá trình phát triển phần mềm. Mục tiêu chính của OOP là mô phỏng các thực thể trong thế giới thực như tính kế thừa, che giấu thông tin (đóng gói), đa hình, v.v., vào trong lập trình. Trọng tâm của C++ OOP là liên kết dữ liệu và các hàm hoạt động trên dữ liệu đó lại với nhau, đảm bảo rằng không phần nào khác của mã có thể truy cập trực tiếp vào dữ liệu này ngoại trừ chính các hàm đó.
Trong thời đại công nghệ số và sự bùng nổ của thời đại 4.0 là gì, việc nắm vững các ngôn ngữ lập trình là gì như C++ và tư duy lập trình hướng đối tượng là một năng khiếu cực kỳ quan trọng và có giá trị. Hiểu về C++ OOP không chỉ giúp các bạn trẻ xây dựng nền tảng vững chắc trong lĩnh vực công nghệ mà còn rèn luyện khả năng tư duy logic, phân tích vấn đề và giải quyết chúng một cách hiệu quả. Bài viết này sẽ giới thiệu những khái niệm cơ bản và đặc điểm cốt lõi của lập trình hướng đối tượng trong C++.
Các Đặc điểm Cốt lõi của Lập trình Hướng đối tượng
Có một số khái niệm cơ bản đóng vai trò là nền tảng xây dựng của lập trình hướng đối tượng (OOP), bao gồm:
- Lớp (Class)
- Đối tượng (Object)
- Tính đóng gói (Encapsulation)
- Tính trừu tượng (Abstraction)
- Tính đa hình (Polymorphism)
- Tính kế thừa (Inheritance)
Việc nắm vững các đặc điểm này là chìa khóa để tiếp cận và khai phá sức mạnh của C++ OOP.
Lớp (Class)
Trong C++ OOP, Lớp (Class) là đơn vị xây dựng cơ bản. Nó là một kiểu dữ liệu do người dùng định nghĩa, hoạt động như một bản thiết kế (blueprint) đại diện cho một nhóm các đối tượng có chung các thuộc tính và hành vi. Các thuộc tính này được lưu trữ dưới dạng các thành viên dữ liệu (data members), và hành vi được biểu diễn bằng các hàm thành viên (member functions).
Ví dụ: Hãy xem xét lớp Động vật (Animal). Một lớp Animal có thể có các thuộc tính chung như tên (name), tuổi (age) và loài (species) làm thành viên dữ liệu, cùng các hành vi như ăn (eat), ngủ (sleep) và phát ra âm thanh (makeSound) làm hàm thành viên. Mỗi đối tượng động vật riêng lẻ (như chó, mèo hoặc voi) có thể được tạo ra từ bản thiết kế này. Mỗi đối tượng sẽ có các giá trị riêng cho các thuộc tính (như tên và tuổi), nhưng tất cả sẽ chia sẻ cùng các hành vi được định nghĩa bởi lớp (như ăn, ngủ và phát ra âm thanh).
Một lớp được định nghĩa bằng cách sử dụng từ khóa class như sau:
class Animal {
public:
string species;
int age;
string name; // Changed from int name; assuming name is a string
// Member functions
void eat() {
// eat something
}
void sleep() {
// sleep for few hrs
}
void makeSound() {
// make sound;
}
};Trong đoạn mã trên, public là chỉ định truy cập (access specifier) xác định những hàm hoặc thuộc tính nào có thể truy cập được từ bên ngoài lớp.
Đối tượng (Object)
Một Đối tượng (Object) là một thực thể thực tế có thể nhận dạng được, sở hữu một số đặc điểm (thuộc tính) và hành vi nhất định. Trong C++, nó là một thể hiện (instance) của một lớp. Ví dụ: lớp Animal chỉ là một khái niệm hoặc một danh mục, không phải là một thực thể thực tế. Nhưng một con mèo đen tên VoidShadowDarkFangReaper là một động vật thực sự tồn tại. Tương tự, các lớp chỉ là khái niệm còn các đối tượng là thực thể thực tế thuộc về khái niệm đó.
Khi một lớp được định nghĩa, chưa có bộ nhớ nào được cấp phát. Nhưng khi một đối tượng được tạo ra (hay còn gọi là được khởi tạo), bộ nhớ sẽ được cấp phát cho đối tượng đó. Trong ví dụ trên, mặc dù chúng ta đã định nghĩa lớp Animal, nhưng nó không thể được sử dụng nếu không có các đối tượng của lớp. Một đối tượng của một lớp được tạo ra như sau:
#include <iostream> // Added necessary include for std::cout etc.
#include <string> // Added necessary include for std::string
using namespace std;
class Animal {
public:
string species;
int age;
string name; // Changed from int name; assuming name is a string
// Member functions
void eat() {
// eat something
}
void sleep() {
// sleep for few hrs
}
void makeSound() {
// make sound;
}
};
int main() {
Animal VoidShadowDarkFangReaper; // Creating an object of the Animal class
// Further operations on the object can be done here
return 0; // Added return statement for main
}Các đối tượng chiếm không gian trong bộ nhớ và có địa chỉ liên quan, giống như một bản ghi (record) trong Pascal hoặc cấu trúc (structure) hay liên hợp (union) trong C. Khi một chương trình thực thi, các đối tượng tương tác với nhau bằng cách gửi “thông điệp”. Mỗi đối tượng chứa dữ liệu và mã (hàm) để thao tác dữ liệu đó. Các đối tượng có thể tương tác mà không cần biết chi tiết dữ liệu hoặc mã của nhau; chỉ cần biết loại thông điệp được chấp nhận và loại phản hồi được trả về bởi các đối tượng.
Tính đóng gói (Encapsulation)
Nói một cách đơn giản, tính đóng gói (encapsulation) được định nghĩa là việc gói gọn dữ liệu và thông tin lại thành một đơn vị duy nhất. Trong lập trình hướng đối tượng, tính đóng gói được định nghĩa là việc liên kết dữ liệu và các hàm thao tác trên dữ liệu đó lại với nhau trong một lớp. Xem xét ví dụ về lớp Animal, các thành viên dữ liệu species, age và name được đóng gói cùng với các hàm thành viên như eat(), sleep(), v.v. Chúng có thể được bảo vệ bằng các chỉ định truy cập (access specifier) như public, private, protected, giúp ẩn dữ liệu của lớp khỏi sự truy cập trực tiếp từ bên ngoài.
Minh họa về tính đóng gói trong lập trình C++ OOPTính đóng gói giúp đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu và làm cho mã dễ quản lý hơn bằng cách nhóm các phần liên quan lại với nhau.
Tính trừu tượng (Abstraction)
Tính trừu tượng (Abstraction) là một trong những tính năng thiết yếu và quan trọng nhất của lập trình hướng đối tượng trong C++. Trừu tượng có nghĩa là chỉ hiển thị thông tin cần thiết và bỏ qua các chi tiết khác. Trừu tượng dữ liệu đề cập đến việc chỉ cung cấp thông tin thiết yếu về dữ liệu cho thế giới bên ngoài, che giấu các chi tiết nền tảng hoặc cách triển khai.
Trong trường hợp ví dụ lớp Animal của chúng ta, khi chúng ta gọi phương thức makeSound(), chúng ta không cần biết âm thanh được tạo ra bên trong như thế nào, chỉ cần biết rằng phương thức đó giúp động vật phát ra âm thanh. Đây là một ví dụ về tính trừu tượng: người sử dụng đối tượng chỉ cần biết cái gì được thực hiện (phát ra âm thanh), mà không cần quan tâm đến cách thức nó được thực hiện (chi tiết bên trong phương thức makeSound).
Tính đa hình (Polymorphism)
Từ “polymorphism” có nghĩa là “đa hình” hay “nhiều hình thức”. Nói một cách đơn giản, chúng ta có thể định nghĩa tính đa hình là khả năng của một thực thể có thể biểu hiện khác nhau trong các tình huống khác nhau.
Ví dụ, cùng một phương thức makeSound(), đầu ra sẽ khác nhau tùy thuộc vào loại động vật (một đối tượng chó sẽ sủa, một đối tượng mèo sẽ kêu meo meo). Đây là một ví dụ về tính đa hình, trong đó phương thức makeSound() hành xử khác nhau tùy thuộc vào kiểu đối tượng Animal (chó hoặc mèo).
Trong C++, tính đa hình có thể có nhiều dạng, phổ biến nhất là đa hình lúc biên dịch (ví dụ: nạp chồng hàm – function overloading) và đa hình lúc chạy (ví dụ: ghi đè hàm – function overriding, thông qua con trỏ và tham chiếu).
Tính kế thừa (Inheritance)
Khả năng của một lớp có thể kế thừa các thuộc tính và đặc điểm từ một lớp khác được gọi là Tính kế thừa (Inheritance). Kế thừa là một trong những tính năng quan trọng nhất của Lập trình Hướng đối tượng.
- Lớp con (Sub Class): Lớp kế thừa các thuộc tính từ lớp khác được gọi là Lớp con (Sub class) hay Lớp dẫn xuất (Derived Class).
- Lớp cha (Super Class): Lớp có các thuộc tính được kế thừa bởi lớp con được gọi là Lớp cha (Base Class) hay Lớp cơ sở (Superclass).
Kế thừa hỗ trợ khái niệm “tái sử dụng mã” (reusability). Tức là, khi chúng ta muốn tạo một lớp mới và đã có một lớp tồn tại bao gồm một số mã mà chúng ta cần, chúng ta có thể dẫn xuất lớp mới của mình từ lớp đã có. Bằng cách này, chúng ta đang tái sử dụng các thành viên dữ liệu và hàm của lớp hiện có.
Ví dụ: Chó (Dog), Mèo (Cat), Bò (Cow) có thể là các Lớp con (Derived Class) của Lớp cơ sở Động vật (Animal). Lớp Animal chứa các đặc điểm và hành vi chung của tất cả động vật, và các lớp cụ thể như Dog, Cat có thể kế thừa những đặc điểm đó rồi bổ sung hoặc tùy chỉnh cho riêng chúng (ví dụ: chó có thêm hành vi sủa, mèo có thêm hành vi rình mồi).
Kế thừa giúp xây dựng các cấu trúc phân cấp giữa các lớp, thể hiện mối quan hệ “là một loại” (is-a relationship), giúp tổ chức mã nguồn mạch lạc và giảm thiểu việc lặp lại mã.
Ưu điểm của C++ OOP
Dưới đây là những ưu điểm chính của Lập trình Hướng đối tượng (C++ OOP) so với Lập trình Hướng thủ tục (Procedure-Oriented Programming – POP):
- Tính Module hóa và Tái sử dụng (Modularity and Reusability): OOP thúc đẩy tính module hóa thông qua các lớp và đối tượng, cho phép tái sử dụng mã hiệu quả.
- Tính đóng gói dữ liệu (Data Encapsulation): OOP đóng gói dữ liệu bên trong các đối tượng, tăng cường bảo mật và tính toàn vẹn của dữ liệu.
- Tính kế thừa (Inheritance): OOP hỗ trợ kế thừa, giảm sự dư thừa bằng cách tái sử dụng mã hiện có.
- Tính đa hình (Polymorphism): OOP cho phép đa hình, giúp mã linh hoạt và động thông qua việc ghi đè phương thức.
- Tính trừu tượng (Abstraction): OOP cho phép trừu tượng, ẩn các chi tiết phức tạp và chỉ hiển thị các tính năng thiết yếu.
Kết luận
Lập trình hướng đối tượng (C++ OOP) là một mô hình tư duy mạnh mẽ và hiệu quả trong phát triển phần mềm hiện đại. Việc hiểu rõ các khái niệm cốt lõi như Lớp, Đối tượng, Tính đóng gói, Tính trừu tượng, Tính đa hình và Tính kế thừa không chỉ là kiến thức nền tảng cho những ai theo đuổi lập trình C++ mà còn là chìa khóa để xây dựng các ứng dụng phức tạp, dễ bảo trì và mở rộng.
Nắm vững C++ OOP mở ra cánh cửa đến với thế giới công nghệ rộng lớn, từ phát triển game, ứng dụng desktop cho đến các hệ thống nhúng hiệu suất cao. Đầu tư vào việc học lập trình hướng đối tượng chính là đầu tư vào việc phát triển một năng khiếu quý báu trong kỷ nguyên số.
Tài liệu tham khảo:
- Bài viết gốc từ GeeksforGeeks.