Lập trình hướng đối tượng là gì? Hướng dẫn cách sử dụng

Trong quá trình tìm hiểu ngôn ngữ C cần quan tâm đến khái niệm quan trọng là lập trình hướng đối tượng. Để nắm được khái niệm lập trình hướng đối tượng là gì? đặc điểm và chức năng của nó như thế nào sẽ được Box.edu giải đáp kỹ hơn ở bài viết này nhé!

👉 Xem thêm: Gợi ý 10 cuốn sách lập trình C++ cơ bản cho người mới

👉 Xem thêm: Tổng quan những kiến thức về kỹ thuật lập trình c++

👉 Xem thêm: Tổng hợp những kiến thức về lập trình c++ cho người mới

Mục lục bài viết

Lập trình hướng đối tượng là gì?

lap-trinh-huong-doi-tuong-la-gi.jpg

Lập trình hướng đối tượng là gì?

Lập trình hướng đối tượng (OOP) được hiểu là một mô hình lập trình tập trung vào việc sử dụng các đối tượng làm khối xây dựng phần mềm. Mô hình này gần giống với cách con người cảm nhận các đối tượng trong cuộc sống thực, do đó giúp làm giảm độ phức tạp liên quan đến quá trình phát triển phần mềm.

Ý nghĩa của lập trình hướng đối tượng 

Có thể nói hiện nay các chương trình máy tính có thể được viết bằng nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau. Các ngôn ngữ này đã được sử dụng về khái niệm và mô hình khác nhau để hoàn thành cấu trúc mã trong chương trình. Trong quá trình phát triển phần mềm hiện đại, ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng thường sẽ được sử dụng để viết phần mềm lớn và phức tạp.

Lập trình hướng đối tượng hiện nay cũng được phát triển như một phương pháp để giảm độ phức tạp trong việc phát triển phần mềm, đồng thời giúp dễ dàng hơn trong việc xây dựng và mở rộng quy mô các chương trình phần mềm lớn. Để phát triển phần mềm vốn đã rất phức tạp. Một vài yếu tố góp phần vào sự phức tạp này bao gồm:

  • Độ phức tạp của miền: Miền mà phần mềm được viết có thể phức tạp. Ví dụ như sự phức tạp trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, tài chính và đồ họa 3D sẽ tự động được ngấm vào phần mềm
  • Khoảng cách giao tiếp: Khách hàng có thể gặp khó khăn khi trình bày các yêu cầu của họ với các nhà phát triển phần mềm. Ngược lại các nhà phát triển phần mềm luôn muốn có các yêu cầu trong một số ký hiệu tiêu chuẩn, ví dụ như sơ đồ UML. Điều này còn ảnh hưởng đến cách mà nhà phát triển phần mềm nắm bắt yêu cầu, vì những chi tiết quan trọng có thể bị bỏ sót. Điều này có thể trở nên trầm trọng hơn vì thực tế là khách hàng có thể không có ý tưởng cụ thể về các yêu cầu của họ
  • Các thay đổi: Các yêu cầu thường thay đổi theo thời gian do những thay đổi của doanh nghiệp. Việc tích hợp những thay đổi như vậy vào phần mềm hiện có là rất khó, mất thời gian và dễ xảy ra lỗi

Đặc biệt là không thể giải quyết hoàn toàn sự phức tạp liên quan đến việc phát triển phần mềm, nhưng nó có thể được giảm thiểu ở một mức độ lớn.

So sánh phân rã theo thuật toán và phân rã theo hướng đối tượng

Mỗi người sẽ có cách giải quyết phức tạp theo những cách khác nhau. Khi đối mặt với một vấn đề, sẽ có xu hướng đơn giản hóa nó. Một quá trình đơn giản hóa được gọi là “chia et impera” có nghĩa là “phân chia và cai trị.” Theo nguyên tắc này, vấn đề được phân tách thành các phần nhỏ hơn. Đối với mỗi phần, chúng tôi sẽ tạo ra một giải pháp và liên kết chúng với nhau. Điều này khá giống với cách chúng ta giải các bài toán số học phức tạp.

Giải pháp này được thực hiện dưới dạng một tập hợp các thuật toán, trong đó mỗi thuật toán được biểu diễn bằng một hàm hoặc một thủ tục. Đó là lý do tại sao những ngôn ngữ này được gọi là ngôn ngữ thủ tục. Các ngôn ngữ này cũng sử dụng các hàm như khối xây dựng cơ bản của chương trình. Đây còn được gọi là thiết kế từ trên xuống.

Đối với phát triển phần mềm quy mô lớn, phân rã thuật toán không mở rộng quy mô tốt. Nó không thể quản lý sự phức tạp của việc phát triển một ứng dụng lớn. Ứng dụng này được tạo thành từ các hàm được gọi lần lượt. Điều này làm cho chúng liên kết chặt chẽ và phụ thuộc vào nhau, dẫn đến các vấn đề sau:

  • Rất khó để sử dụng lại các thuật toán hiện có
  • Các thuật toán yêu cầu dữ liệu phải truy cập được trên toàn cầu. Do vậy dữ liệu vẫn không được bảo vệ khỏi những thay đổi không mong muốn
  • Phần mềm phải xử lý các thực thể ngoài đời thực. Các thuật toán không thể đại diện cho các thực thể như vậy

Phần mềm sử dụng phân rã theo thuật toán có thể được biểu diễn bằng đồ thị như sau:

Điều này làm tăng độ phức tạp của việc phát triển phần mềm thông qua phân rã theo thuật toán.

Tuy nhiên, có một cách mà con người đối phó với sự phức tạp là khi chúng ta tương tác với mọi thứ, chúng ta có xu hướng nghĩ về chúng như những đối tượng cung cấp một số chức năng. Không chỉ vậy, chúng tôi tạo ra một cái nhìn đơn giản hóa của các đối tượng, bỏ qua các chi tiết không liên quan đến chúng tôi. Quá trình này được gọi là phân rã hướng đối tượng vì hệ thống được xem như một tập hợp các đối tượng cộng tác và mỗi đối tượng có một vai trò. Mỗi đối tượng sẽ được thể hiện như hình dưới đây:

Mỗi khối tròn sẽ đại diện cho một đối tượng. Các đường biểu diễn tương tác giữa các đối tượng. Mỗi đối tượng sẽ:

  • là một tác nhân tự trị hợp tác với các đối tượng khác
  • tương tác với các đối tượng khác thông qua việc truyền thông điệp
  • trả lời tin nhắn từ các đối tượng khác
  • thực hiện hành vi và dữ liệu của riêng nó
  • ẩn chi tiết triển khai của nó với thế giới bên ngoài
  • có thể được thay thế bằng một đối tượng khác cung cấp chức năng tốt hơn

Điều này cho thấy rằng các đối tượng giao tiếp với nhau thông qua các thông điệp. Nó cũng gần giống với cách chúng ta nhận thức và tương tác với các đối tượng khác trong cuộc sống thực. Chúng tôi xử lý các hành vi của đối tượng mà không cần xem xét các chi tiết triển khai nội bộ. 

Theo cách tương tự, phân rã hướng đối tượng đơn giản hóa quá trình phát triển phần mềm. Nó giúp quản lý sự phức tạp của các dự án phần mềm lớn.

Cách xác định một đối tượng

Hiểu được lập trình hướng đối tượng là gì tiếp theo bạn cần nắm được cách xác định chúng. 

Đối tượng là một mục hoặc thực thể có thể nhận dạng thực hoặc trừu tượng và cung cấp một số chức năng trong miền vấn đề.

Một đối tượng có thể là một đối tượng vật chất tồn tại trong thế giới thực. Ví dụ về các đối tượng trong thế giới thực là một cái cây, ô tô hoặc một ngôi nhà. Nó cũng có thể là một đối tượng trừu tượng không có dạng vật chất. Hay có thể không hữu hình, nhưng vẫn tồn tại và đại diện cho một điều gì đó quan trọng. Ví dụ, tài khoản ngân hàng là một đối tượng trừu tượng. Nó không ở dạng vật chất mà đại diện cho tiền của một cá nhân. Trong hệ thống phần mềm, chúng ta sử dụng các đối tượng trừu tượng để xác định các thực thể cụ thể trong một chương trình.

Mọi đối tượng đều có ba đặc điểm sau:

  • Trạng thái
  • Xác thực
  • Hành vi

Trạng thái 

Trạng thái của một lập trình hướng đối tượng là gì? Nó được tạo thành từ các thuộc tính của nó, có thể là tĩnh hoặc động. Trạng thái của hệ thống loa có thể bao gồm các đặc tính:

  • Công suất ra
  • Kết nối
  • nhà chế tạo
  • Số seri
  • Gõ phím
  • Âm lượng

Khối lượng là một thuộc tính động có thể thay đổi theo thời gian, trong khi các thuộc tính khác được liệt kê là tĩnh và sẽ không bao giờ thay đổi.

Các thuộc tính có thể có các giá trị sau:

Công suất ra 100 Watts
Kết nối Bluetooth
nhà chế tạo Logitech
Số seri ABCD1234
Gõ phím 5.1
Âm lượng 50%

Các giá trị thuộc tính đại diện cho trạng thái của đối tượng – với trường hợp này, các giá trị ở trên đại diện cho trạng thái của một hệ thống loa cụ thể. 

Xác thực 

Danh tính của một đối tượng có thể được biểu diễn thông qua một thuộc tính có thể xác định duy nhất đối tượng đó. Với ví dụ của chúng tôi về hệ thống loa, danh tính duy nhất được cung cấp là qua số sê-ri.

Hành vi 

Mỗi đối tượng sẽ cung cấp một số chức năng như một phần trách nhiệm của nó và chức năng đó được thể hiện bằng hành vi của nó. Hệ thống loa sẽ cung cấp các hành vi là:

  • Âm lượng
  • Treble
  • Âm trầm
  • Công tắc mở / tắt

Việc mời gọi những hành vi này sẽ khiến hệ thống người nói phản ứng theo một cách nào đó. Lưu ý rằng chúng tôi không xử lý việc triển khai nội bộ trong khi gọi các hành vi.

Một đối tượng được tạo từ một lớp

Với mỗi ngôn ngữ lập trình, một đối tượng đến từ một lớp. Có thể tạo bất kỳ số lượng đối tượng lớp nào. Một lớp là một khuôn mẫu hoặc bản thiết kế liệt kê các thuộc tính và hành vi của các đối tượng của nó. Một lớp chứa dữ liệu và các hàm. Các hàm hoạt động trên dữ liệu thông qua đối tượng.

Các đối tượng được tạo bằng cách khởi tạo lớp. Quá trình này khởi tạo các thuộc tính với các giá trị có thể được sửa đổi bằng cách gọi các hành vi của đối tượng. Các giá trị trong các thuộc tính tạo thành trạng thái của đối tượng. Mỗi khi một lớp được khởi tạo, nó sẽ tạo một đối tượng mới với trạng thái mới. Do vậy các đối tượng là những khối xây dựng cơ bản trong lập trình hướng đối tượng.

Lập trình hướng đối tượng

lap-trinh-huong-doi-tuong.jpg

Lập trình hướng đối tượng

OOP chính là một mô hình lập trình sử dụng các lớp và đối tượng làm khối xây dựng của nó. Nó dựa trên một khung khái niệm là mô hình đối tượng. Mô hình này chứa 4 yếu tố chính xác định các khái niệm lập trình hướng đối tượng:

  • Trừu tượng
  • Đóng gói
  • Hệ thống cấp bậc
  • Tính đa hình

Các ngôn ngữ thực hiện các phần tử của mô hình đối tượng được gọi là ngôn ngữ hướng đối tượng, ví dụ như Java, C ++, C # và Python. Mặc dù các ngôn ngữ hỗ trợ các tính năng này, nếu không hiểu khung khái niệm này, lập trình bằng các ngôn ngữ này sẽ vẫn giống như các thuật toán hơn là các lớp và đối tượng. Nếu điều này xảy ra trong công việc của bạn, như vậy bạn đã không hiểu vấn đề hoặc miền một cách chính xác. Thiết kế của bạn sẽ có cảm giác thủ tục và chứa các hàm / thủ tục sẽ khó mở rộng, tái sử dụng và bảo trì.

Trừu tượng 

Thực hiện trừu tượng hóa là bước đầu tiên đối với lập trình hướng đối tượng. Điều này cho phép chúng ta tập trung vào những khía cạnh quan trọng trong khi bỏ qua những khía cạnh không quan trọng. Một lớp biểu diễn một sự trừu tượng như một thực thể trong các ngôn ngữ hướng đối tượng. Các lớp có thể đại diện cho một đối tượng ngoài đời thực với các hành vi được yêu cầu. Các lớp như vậy được tạo ra thông qua trừu tượng hóa thực thể, vì chúng trực tiếp đại diện cho các đối tượng tồn tại trong từ vựng của miền vấn đề, do đó đơn giản hóa sự hiểu biết của chúng ta về hệ thống.

Lấy ví dụ về trò chơi máy tính bắn súng góc nhìn thứ nhất. Mục tiêu của người chơi là đến bìa rừng, nơi sinh sống của lũ quái vật. Người chơi có một khẩu súng để phòng thủ và tấn công lũ quái vật. Nếu chúng tôi thực hiện phân rã theo hướng đối tượng, chúng tôi tìm thấy các đối tượng chính sau đây trong trò chơi:

  • Người chơi
  • Kẻ thù
  • Vũ khí
  • Bối cảnh
  • Tạo tác cảnh 

Bước tiếp theo là biểu diễn các đối tượng này bằng ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng. Tuy nhiên, chúng ta phải xác định mức độ mà chúng ta muốn trong các đối tượng này. Hãy chỉ tập trung vào trình phát cho đơn giản. Người chơi là người điều khiển trò chơi. Mỗi người có một danh sách dài các thuộc tính bao gồm:

  • Tên
  • Già đi
  • Giới tính
  • Địa chỉ nhà
  • Chiều cao
  • Cân nặng

Hầu hết những thứ này không bắt buộc trong trò chơi và không liên quan trong miền này. Các chi tiết liên quan của một người kiểm soát người chơi sẽ là:

  • Tên
  • Sức khỏe

Có thể có nhiều hơn tùy thuộc vào loại trò chơi, nhưng đối với ví dụ này, đây là những cái quan trọng nhất trong trò chơi này.

Hãy triển khai phần trừu tượng trong một chương trình Java. Nó là một ngôn ngữ rất phổ biến và dễ học. Có vô số hướng dẫn Java & hàng nghìn cuốn sách có sẵn sẽ giúp bạn học và viết chương trình.

class Player {
     	public int health=100 ;
     	public String name ;
};

Bạn có thể chỉ định bất kỳ kiểu dữ liệu nào có liên quan đến phần trừu tượng của bạn. Trong phần trừu tượng này, kiểu int & String có liên quan đến thông tin mà chúng tôi muốn nắm bắt và đại diện cho khái niệm dữ liệu của Trình phát. Hai kiểu dữ liệu này trở thành thành viên của lớp và được gọi là trường hoặc thành viên dữ liệu.

Sau khi tạo phiên bản của Player, chúng tôi có thể gán tên và sức khỏe cho người chơi cụ thể này. Nhưng có một số vấn đề với lớp này:

  • Không có triển khai trong lớp
  • Lớp Player không có hành vi, vì vậy nó không thể nhận thông báo
  • Dữ liệu của nó là công khai và có thể được sửa đổi bởi bất kỳ ai

Đóng gói 

Đóng gói là bước phù hợp sau khi trừu tượng hóa. Nó ẩn các chi tiết triển khai của một trừu tượng. Nó còn được gọi là ẩn thông tin, vì thông tin về cách lớp được thực hiện bị ẩn khỏi thế giới bên ngoài. Phần trừu tượng phải chịu trách nhiệm cung cấp chức năng của nó cho khách hàng.  

Bước tiếp theo trong ví dụ của chúng tôi là thêm triển khai vào lớp Người chơi mà không để lộ chi tiết. Hãy để chúng tôi sửa đổi lớp Player và đóng gói nó.

class Player{
  	private int health = 100 ;
  	private String name ;
  	public void attack(Enemy enemy) {
        	//implementation
  	}
  	public void takeDamage(int damage) {
        	health -= damage ;
        	if(health < 0)
              	health = 0 ;
  	}
  	public int getHealth() {
        	return health ;
  	}
 	public boolean alive() {
        	return health != 0 ;
  	}
}

Sự trừu tượng bây giờ được đóng gói bằng cách thêm các phương thức (hàm bên trong các lớp). Vì các phương thức này là một phần của lớp nên chúng có thể truy cập các thành viên riêng, bao gồm các trường của lớp. 

Tổng kết

Mong rằng những thông tin trên được Box.edu chia sẻ sẽ giúp các bạn nắm được khái niệm lập trình hướng tối tượng là gì? Đặc điểm, cách thực hiện thế nào cho hiệu quả cũng trinh bày một cách cẩn thận và chi tiết.

5/5 - (3 bình chọn)
Xin chào các bạn! Mình là Hà Nguyên Phương Hiện đang là tác giả của Box.edu.vn website nổi tiếng chuyên review, đánh giá, giới thiệu các khóa học hay nhất hiện nay.