Tính đa hình – Polymorphism trong C++ OOP

Đa hình

C++ Polymorphism with Example

Tính đa hình (Polymorphism) là một trong bốn tính chất cơ bản của OOP. Trong lập trình, thuật ngữ này dùng để ám chỉ đến việc một biến, một hàm hoặc một phương thức có thể tồn tại ở nhiều dạng khác nhau. Đa hình là hiện tượng mà các đối tượng thuộc các class khác nhau có thể biểu diễn cùng một thông điệp theo các cách khác nhau.

Ví dụ:

Một người A có thể là một học sinh, đồng thời là thành viên câu lạc bộ, đồng thời là nhân viên bán thời gian quán café.

Một hành động “làm việc” nếu cho học sinh sẽ là học tập, cho kế toán sẽ là “tính toán”, …

Lập trình viên có thể tận dụng Tính đa hình trong OOP vào những trường hợp sau:

  • Khi các lớp con cần dùng phương thức của lớp cha để bổ sung cho một phương thức khác.
  • Khi một lớp cần có nhiều phương thức cùng tên nhưng khác tham số (parameter).

Tính đa hình trong OOP gồm có 2 loại: 

  • Runtime Polymorphism (Đa hình thời gian chạy) 
  • Compile Time Polymorphism (Đa hình thời gian biên dịch) 

Theo đó , tính đa hình cho phép một phương thức thực thi những hành vi khác nhau theo hai hướng: sử dụng phương thức ghi đè (method overriding) hoặc phương thức nạp chồng (method overloading).

  • Đa hình thời gian chạy là trường hợp một đối tượng bị ràng buộc với chức năng của chúng ngay tại thời gian chương trình đang chạy. Đa hình thời gian chạy sử dụng phương thức ghi đè.
  • Đa hình thời gian biên dịch là trường hợp một đối tượng bị ràng buộc với chức năng của chúng ngay tại thời gian chương trình đang biên dịch. Đa hình thời gian biên dịch sử dụng phương thức nạp chồng.

Phương thức ảo, từ khóa Virtual

Một số tài liệu có viết công dụng của Virtual Function như sau:

“Virtual Function là để khai báo một function ở class cha (base class) mà sau đó các class kế thừa (derived class) có thể override function đó”

Các hàm ảo sẽ cho phép chúng ta tạo một danh sách các con trỏ lớp cơ sở và các phương thức của bất kỳ lớp dẫn xuất nào mà không cần biết loại đối tượng của lớp dẫn xuất.

Khi khai báo hàm ảo với từ khóa virtual nghĩa là hàm này sẽ được gọi theo loại đối tượng được trỏ (hoặc tham chiếu), chứ không phải theo loại của con trỏ (hoặc tham chiếu). Và điều này dẫn đến kết quả khác nhau:

  • Nếu không khai báo hàm ảo virtual trình biên dịch sẽ gọi hàm tại lớp cở sở base (lớp cha)
  • Nếu dùng hàm ảo virtual trình biên dịch sẽ gọi hàm tại lớp dẫn xuất derived (lớp kế thừa)

Phương thức thuần ảo, lớp ảo

Hàm thuần ảo (pure virtual function) được sử dụng khi:

  • Không cần sử dụng hàm này trong lớp cơ sở, chỉ phục vụ cho lớp dẫn xuất
  • Lớp dẫn xuất bắt buộc phải định nghĩa lại hàm thuần ảo (Nạp chồng)

Ví dụ: Chúng ta có một lớp cơ sở là Shape. Các lớp dẫn xuất của lớp Shape là Triangle, Square và Circle. Chúng ta muốn tính diện tích của các hình này.

Chúng ta có thể tạo ra một hàm thuần ảo có tên là calculateArea() trong lớp Shape. Các lớp Triangle, Square và Circle phải định nghĩa lại hàm calculateArea() với công thức tính diện tích khác nhau cho mỗi hình.

5aqTqiCz9G4Xm6Uaz UnhFT3FFBkS90tg1hwvHqeYduCSDl5bOpxqiTLxwqxx4EbE2vveyk tfw2kZGOLfDwlJA8SUFw3a8rOZHJ6SbM7jUjoubXhah94az MJ4IizDzt4zAHqYB7VNstPKvRs 6pw - quochung.cyou PTIT

Lớp ảo

Có một vấn đề khi một lớp cơ sở được kế thừa bởi nhiều lớp dẫn xuất. Ví dụ, xét tình huống các lớp kế thừa theo sơ đồ như sau:

https://media.geeksforgeeks.org/wp-content/uploads/20190312133527/Need-of-Containership-in-C.jpg

Lớp B và Lớp C kế thừa từ lớp A. Chúng trở thành A (B) và A (C). Lúc này, nếu ta lại cho D kế thừa từ B và C, ta vô tình tạo ra tới 2 con đường kế thừa về 1 điểm đích.

  • D kế thừa thông qua B kế thừa A
  • D kế thừa thông qua C kế thừa A

Điều này sẽ khiến trình biên dịch mơ hồ và không biết nên đi theo con đường nào và tạo ra lỗi.

Thay vì kế thừa thông thường, ta sẽ định nghĩa B và C là các lớp ảo, việc sử dụng lớp ảo sẽ tiết kiệm không gian và tránh việc trùng lặp kế thừa.

  • Nếu kế thừa thông thường, khi tạo class D kế thừa đồng thời B và C, ta thực chất tạo ra 2 bản sao class A
  • Nếu cho class B và class C thành virtual, thì khi tạo class C chúng ta sẽ dùng chung 1 bản class A.
YilbwpP RhhZw3Zu6GAQyVLIUIhvGX 6KaIg13I2EQG8CpgaorXvQFB0eY GEOS7Bz W4hU1hwcttV1CufHhY8kzKzAMhEUsGUXD5YX8KoAYNEEcx1LaO - quochung.cyou PTIT

Diagram UML và C++ OOP

Diagram UML + Practicing

Hệ thống UML Class Diagram (Biểu đồ Class) là một cách dùng hình ảnh để khởi tạo và biểu diễn một hệ thống hướng đối tượng.

Tìm hiểu về Diagram UML: Access Modifier, Composition, Aggregation, Cardinality.

Access Modifier:

Trong C++ chúng ta có 3 nhãn phạm vi (access modifier) thì uml sẽ kí hiệu như sau

Dấu + : public

Dấu – : private

Dấu # : protected

Composition, Aggregation

Wevt9VIWixwXXqZChL595AM2tmBIItZfBe8pguSnvZep4R8d - quochung.cyou PTIT

Ví dụ:

  • Người đang tiếp xúc với pet, pet cũng tiếp xúc với người (Sự kết hợp – association)
  • Cái đuôi là một thành phần của con chó hoặc con mèo (aggregation composition – Thành phần)
  • Mèo là một kiểu con của pet (Kế thừa)

Aggregation là kiểu khi mà các lớp con được độc lập và không phụ thuộc vào lớp cha. Khi lớp cha bị xóa thì lớp con vẫn tồn tại.

Composition bị phụ thuộc vào lớp cha.

Ví dụ:

hkxJP7s9WMyUHH7feURQTXTOEhBlGB9rvilfx3i5 wM1V147HRCaA7KWv4L5k0TVCQ2u01P0ujuByHCj pWMoP L15HQiSNLrfshipIX2NvBU A74Hev1Tv 5cN8CaCJV3kpAUKIE7TjgHQG0Zdjqw - quochung.cyou PTIT

Class ô tô và Class bánh xe. Class bánh xe vẫn là một sự tồn tại “có ý nghĩa” kể cả không có Class  ô tô, class bánh xe vẫn có thể dùng cho class xe đạp, class xe máy, …

=> Aggregation là kiểu khi mà các lớp con được độc lập và không phụ thuộc vào lớp cha. Khi lớp cha bị xóa thì lớp con vẫn tồn tại.

OrRJ8oN57LWRsOqjwK6LO5K915Y6olyTiFXoOXz8XqHdxi L9m SoisWF0wcGm2vecjOcT9tEvBQIeRUvUbL6SERIdzO91Kf9A25Jmy5VIUUmNIa6b1qazQHTiYnSg7 6E EbgSIRUT2TNM3XYJTHA - quochung.cyou PTIT

Class người và class tay, chân, đầu. Nếu thiếu class người thì gần như những class còn lại đều tồn tại “không có ý nghĩa”, vì chúng không thể sử dụng vào đâu khác cả.

Cardinality

Sử dụng để thể hiện quan hệ về số lượng giữa các đối tượng được tạo từ các class trong class diagram

0…1: 0 hoặc 1

n : Bắt buộc có n

0…* : 0 hoặc nhiều

1…* : 1 hoặc nhiều

m…n: có tối thiểu là m và tối đa là n

B3hsekvGyamXUNgY 5v9biPnYAZKVqtKylsQQobRPQ7385gB SvuQp4u3qsdOppomEHptEBfQ2ykwt2Qfhxn0frNOsyQ U3rSS1WoEGKs8KX5yaGC9vsyCWjJ18srjYuF 11sWQ0qfB - quochung.cyou PTIT

-> VD ảnh: Công ty chỉ có một, còn nhân viên công ty thì là 1 hoặc * (nhiều – không giới hạn)

Tính kế thừa – Inheritance [C++ OOP]

Kế thừa là gì?

  • Tính kế thừa (Inheritance) là một trong bốn tính chất cơ bản của Lập trình hướng đối tượng (OOP).
  • Kế thừa có thể được định nghĩa là quá trình mà một lớp (class) có được các thuộc tính của một lớp khác. Các thuộc tính đó có thể là một phương thức (method) hoặc một trường (field) nào đó. Có nghĩa là nếu lớp A kế thừa lớp B thì lớp A sẽ có những thuộc tính và phương thức của lớp B.
  • Lớp được thừa hưởng những thuộc tính và phương thức từ lớp khác được gọi là dẫn xuất (Derived Class) hay lớp Con (Subclass) và các lớp bị lớp khác kế thừa được gọi là lớp cơ sở (Base Class) hoặc lớp cha (Parent Class).

Cú pháp kế thừa

6Em9crRKpncLAstWY2Z2bQZfwt ERW0Sck jghXSFbpcKJxvyDbN94we3Yf8c0kLHreuGstaVmMTX3cptUJnE1vGYRS3wA - quochung.cyou PTIT

Đơn kế thừa, đa kế thừa

Đơn kế thừa

  • Đơn kế thừa (single inheritance) là một class con kế thừa duy nhất từ một class cha. Ví dụ như class sinh viên chỉ kế thừa duy nhất từ class con người.

Khai báo:

w8VoTdRWgs3vjKMRb973p jC ZkXSiEhdOBSacDB8MS9VCMKTRoQgb 3w4ggLcaWfAiUFewo8I5kMtt3kAA DoUTHSqXjtDpWRgWTIBhLLew bVryXWGIh8iEhsiF0IDApB U WLVE - quochung.cyou PTIT

Tính chất dẫn xuất trong đơn kế thừa

Lớp dẫn xuấtLớp dẫn xuấtLớp dẫn xuất
Lớp cơ sởPublicPrivateProtected
PrivateKhông kế thừaKhông kế thừaKhông kế thừa
ProtectedProtectedPrivateProtected
PublicPublicPrivateProtected
  • public: Nếu kế thừa ở dạng này, sau khi kế thừa, tất cả các thành viên dạng public lớp cha sẽ public ở lớp con, dạng protected ở lớp cha vẫn sẽ là protected ở lớp con.
  • protected: Nếu dùng protected thì sau khi kế thừa, tất cả các thành viên dạng public lớp cha sẽ trở thành protected tại lớp con.
  • private: Trường hợp ta sử dụng private, thì sau khi kế thừa, tất cả các thành viên dạng public và protected ở lớp cha sẽ thành private tại lớp con.

Đa kế thừa

  • Đa kế thừa (multiple inheritance) nghĩa là thay vì một class dẫn xuất kế thừa từ một class cơ sở, class dẫn xuất này có thể có kế thừa từ nhiều class cơ sở khác nhau. Ví dụ như con cái thì sẽ kế thừa đặc điểm từ cả bố và mẹ của chúng.

Khai báo:

p7jnwzKx8OTXleC1sNzeAfsA41V19Q4Lo GOHqrzDGN9kbth2XZyeMQDyhWrSkaqO zTLzh0Wc NFEcKg HWhMqr9jsI r9geXyEOjP0FnYhHZ MDYPXaXGsST7UytG7oU1b8W5yNlXV - quochung.cyou PTIT
  • Khi thừa kế từ nhiều class cơ sở, bạn thấy sẽ có một vấn đề phát sinh chính là khi lớp cơ sở có phương thức trùng tên, khi gọi phương thức sẽ xảy ra sự mơ hồ. Sự mơ hồ nghĩa là trình biên dịch không biết bạn đang gọi phương thức từ class dẫn xuất nào. Để giải quyết vấn đề này, ta có thể sử dụng toán tử phạm vi :: để chỉ rõ phương thức ở class nào. Ví dụ:
6LY VpYtPOiVZa5X62k5a21IgZF0z RbLRqRYW nD4H7nHvSPDvVieoemMZtnmVkKhKqv7dNyMf5AZOXhysn - quochung.cyou PTIT

Function Overloading & Operator Overloading

  • Ngôn ngữ C++ cho phép xác định nhiều hơn một định nghĩa cho một tên hàm hoặc một toán tử trong cùng phạm vi, được gọi tương ứng là Nạp chồng hàm và Nạp chồng toán tử.
  • Một khai báo nạp chồng là một khai báo mà đã được khai báo cùng tên như một khai báo được khai báo trước đó trong cùng phạm vi, ngoại trừ rằng: cả hai khai báo có các tham số khác nhau và định nghĩa khác nhau

Nạp chồng hàm

  • Kỹ thuật này cho phép sử dụng cùng một tên gọi cho các hàm “giống nhau” (có cùng mục đích). Nhưng khác nhau về kiểu dữ liệu tham số hoặc số lượng tham số.
  • Ví dụ: Nạp chồng hàm cho phép ta khai báo và định nghĩa các hàm sau với cùng một tên gọi.
tYUerjOrMqnd4LwQawL7weM2TMV1 efVoirK6BCawbTGbNbrDFFX7u0WcxYT NcQCnn0G1VHHXn7CuZU4P8ykm3WL TBGd ESMMmlmN61dEKqbpE6GbmU2VNrl4ZJ kM7o3IlRn ToZ2 - quochung.cyou PTIT

Nạp chồng toán tử

  • .Nạp chồng toán tử (overload operator) là bạn định nghĩa lại toán tử đã có trên kiểu dữ liệu người dùng tự định nghĩa để dể dàng thể hiện các câu lệnh trong chương trình.
  • Ví dụ như bạn định nghĩa phép cộng cho kiểu dữ liệu phân số thì sẽ thực hiện cộng hai phân số rồi trả về một phân số mới. So với việc thực hiện gọi hàm, việc overload toán tử sẽ làm cho câu lệnh ngắn gọn, dễ hiểu hơn.
XjTsX IbJE9IzgP5NGytA763YIqjQffZljq53jqA znKHiJloMouE1UsO4nfhSHOnWc3q2MIyzYoWHBVkgZCavfVoSp Aofx6bbHdlzfSTA1VGuM0M8V2ig6X89ArKN zBd5My8BmKpw - quochung.cyou PTIT

Cú pháp:

=> Như đã giới thiệu, bản chất việc dùng toán tử là lời gọi hàm, do đó chúng ta overload toán tử cũng giống overload hàm, vậy chúng ta sẽ overload hàm nào? Chúng ta sẽ overload hàm có tên là operator @, với @ là toán tử cần overload (+, -, *, /…), kiểu trả về của hàm chính là lớp đó.

Nạp chồng toán tử 2 ngôi:

BQ1NHTILv 0aXq0Ha9tsVX88OBxh70XHLdYkO3sBFS8w7FRJ 0oD4jFagxDUI1336PbZF88rPajtgOGMYanSItSKRFtOz1ghoLz9mtCaB2YzwO1GROk7qh4D8 Nbj2SunNMe oQZDIDD - quochung.cyou PTIT

Function Overriding

  • Trong kế thừa, khi lớp con khai báo phương thức có tên trùng với phương thức ở lớp cha thì phương thức của lớp cha sẽ bị thay thế bởi phương thức ở lớp con.
- quochung.cyou PTIT

Hàm Friend

  • Hàm bạn của một lớp không phải là hàm thành viên nên nó không phụ thuộc vào lớp và có thể định nghĩa ở trong hoặc ngoài lớp. 
  • Hàm bạn có thể truy cập trực tiếp các thành viên private và một lớp có thể có nhiều hàm bạn.
  • Cú pháp khai báo hàm bạn đơn giản là thêm từ khóa friend trước hàm bình thường ta vẫn sử dụng.

Cách cài đặt C++, MingW cho Visual Studio Code (C++ 20)

Video hướng dẫn

Video hướng dẫn

Hướng dẫn

Các bước thực hiện

  1. Cài Visual Studio Code.
  2. Tải extension C/C++ extension for VS Code. hỗ trợ C/C++. Hoặc bạn có thể tự vào mục Extension bằng Ctrl+Shift+X rồi tìm C++ C/C++ extension
  3. Tải Mingw để có thể compile code https://github.com/brechtsanders/winlibs_mingw/releases/, thông thường các máy sẽ dùng file có dạng “winlibs-x86_64-posix-seh-gcc-12.1.0-mingw-w64msvcrt-10.0.0-r3.zip” (winlibsx86_64…… ) (đuôi .zip)
  4. Bạn giải nén thư mục được 1 folder mingw, để folder này vào đâu đó trong ổ C. Trong folder mingw sẽ có một thư mục con tên “bin” , hãy nhớ thư mục này
  5. Dùng thanh tìm kiếm của Window, tìm chữ “path”, chọn lựa chọn Edit environment variables for your account.
    1. Chọn Path trong User variables và click Edit.
    2. Chọn New, bây giờ hãy paste đường dẫn vào folder mingw/bin bên trên (dẫn đến thư mục con bin) VD: C:\msys64\mingw64\bin
    3. Chọn OK và tắt tất cả cửa sổ cài đặt

Kiểm tra cài đặt thành công chưa

Mở CMD/Powershell của Window lên, gõ lệnh

g++ --version

Nếu trả về là phiên bản của GCC có dạng GCC 4.7.2 …. thì bạn đã cài thành công