Tài liệu Bài dịch “teach yourself c++” – third edition

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TPHCM KHOA: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN LỚP 06C2 ****** BÀI DỊCH “TEACH YOURSELF C++” – THIRD EDITION GVHD: Th.s.NGUYỄN TẤN TRẦN MINH KHANG MÔN : PP LẬP TRÌNH HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG NHÓM THỰC HIỆN: 8BIT 1.Trịnh Văn Long 0612229 2.Đoàn Minh Bảo Long 0612231 3.Hà An Phong 0612330 4.Trần Quang long 0612227 5.Nguyễn Thành Long 0612223 6.Nguyễn Văn Năm 0612326 7.Đỗ Trọng Long 0612232 8. Dương Huỳnh nghĩa 1 0612285 LỜI MỞ ĐẦU *** Được sự giúp đỡ, hướng dẫn của thầy các thành viên của nhóm 8BIT đã cùng nhau thảo luận,nghiên cứu dịch sách “Teach Yourselt C++, Third Editon” nghĩa là ”Tự Học C++, ấn bản 3” của tác giả Herbert Schildt. Đây là một cuốn sách rất hay, dễ hiểu và rất hữu ích cho việc học tập bộ môn này cũng như các bộ môn sau này . Đặc biệt là những ai mới bước vào con đường trở thành lập trinh viên quốc tế hay một chuyên viên phần mềm, Phương Pháp Lập Trình Hướng Đối Tượng nó định hướng cho người lập trình một cách tổng quan về lập trình. Đối với những sinh viên trong giai đoạn đại cương thì nó đi xuyên suốt bốn năm học. Các thành viên của nhóm đã cố gắng nhưng cũng không tránh khỏi những sai sót do thiếu kinh nghiệm dịch sách, mong thầy và quí vị độc giả thông cảm. Để cho cuốn sách được hoàn thiên rất mong sự góp ý của các độc giả. Nhóm 8BIT xin chân thành cảm ơn. Nhóm 8BIT 2 MỤC LỤC CHƯƠNG 1........................................................................................................................6 AN OVERVIEW OF C++ - TỔNG QUAN VỀ C++...................................................6 1.1. WHAT IS OBJECT-ORIENTED PROGRAMMING ?- LẬP TRÌNH HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG LÀ GÌ ?...................................................................................................10 1.2. TWO VERSIONS OF C++ - HAI PHIÊN BẢN CỦA C++...................................18 1.3. C++ CONSOLE I / O - BÀN GIAO TIẾP NHẬP/XUẤT C++..........................28 1.4. C++ COMMENTS – LỜI CHÚ GIẢI TRONG C++.............................................38 1.5. CLASSSES: A FIRST LOOK - LỚP : CÁI NHÌN ĐẦU TIÊN ............................40 1.6. SOME DIFFERENCE BETWEENCE AND C++ - MỘT SỐ KHÁC BIỆT GIỮA C VÀ C++......................................................................................................................50 1.7. INTRODUCING FUNCTION OVERLOADING - DẪN NHẬP SỰ NẠP CHỒNG HÀM:..............................................................................................................58 1.8. C++ KEYWORDS – TỪ KHÓA TRONG C++ ...................................................66 CHƯƠNG 2......................................................................................................................69 Giới Thiệu Lớp (Introducing Classes)........................................................................69 2.2. CONSTRUCTORS THAT TAKE PARAMETERS - THAM SỐ CỦA HÀM TẠO ........................................................................................................................................84 2.3. INTRODUCING INHERITANCE - GIỚI THIỆU TÍNH KẾ THỪA:..................96 1.4. OBJECT POINTERS - CON TRỎ ĐỐI TƯỢNG:...............................................109 1.6. IN-LINE FUNCTION - HÀM NỘI TUYẾN:.....................................................126 1.7. AUTOMATIC IN-LINING - HÀM NỘI TUYẾN TỰ ĐỘNG:...........................132 CHAPTER 3...................................................................................................................141 A CLOSER LOOK AT CLASSES - Xét Kỹ Hơn Về Lớp.........................................141 1.1. Assigning Objects - Gán đối tượng:......................................................................143 1.2. PASSING OBJECTS TO FUNCTIONS – Truyền các đối tượng cho hàm:.........155 1.3. RETURNING OBJECT FROM FUNCTIONS – Trả về đối tượng cho hàm:......167 CHƯƠNG 4....................................................................................................................194 ARRAYS, POITERS, AND REFERENCES - Mảng, con trỏ và tham chiếu...........194 1.1. ARRAYS OF OBJECTS - MẢNG CÁC ĐỐI TƯỢNG......................................197 1.2. USING POINTERS TO OBJECTS – Sử dụng con trỏ đối tượng:.......................206 1.4. USING NEW AND DELETE - Cách dùng toán tử new và delete:......................215 1.5. MORE ABOUT NEW AND DELETE - Mở Rộng của new và delete:................220 1.6. REFERENCES - Tham chiếu:..............................................................................229 1.7. PASSING REFERENCES TO OBJECTS – Truyền tham chiếu cho đối tượng:..237 1.8. RETURNING REFERENCES - Trả về tham chiếu:............................................243 1.9. INDEPENDENT REFERENCES AND RESTRICTIONS - THAM CHIẾU ĐỘC LẬP VÀ NHỮNG HẠN CHẾ :...................................................................................250 CHAPTER 5...................................................................................................................257 FUNCTION OVERLOADING – Nạp chồng hàm.....................................................257 5.1. OVERLOADING CONSTRUCTOR FUNCTIONS - QÚA TẢI CÁC HÀM TẠO: ......................................................................................................................................260 5.2. CREATING AND USING A COPY CONSTRUCTOR - TẠO VÀ SỬ DỤNG HÀM TẠO BẢN SAO:...............................................................................................270 5.3. THE OVERLOAD ANACHRONISM - Sự Lỗi Thời Của Tứ khóa Overload:...288 3 5.4. USING DEFAULT ARGUMENTS - Sử dụng các đối số mặc định:...................289 5.5. OVERLOADING AND AMBIGUITY - SỰ QUÁ TẢI VÀ TÍNH KHÔNG XÁC ĐỊNH:..........................................................................................................................302 5.6. FINDING THE ADDRESS OF AN OVERLOADED FUNCTION - TÌM ĐỊA CHỈ CỦA MỘT HÀM QUÁ TẢI:...............................................................................309 CHƯƠNG 6....................................................................................................................320 INTRODUCING OPERATOR OVERLOADING ....................................................320 GIỚI THIỆU VỀ NẠP CHỒNG TOÁN TỬ...............................................................320 THE BASICS OF OPERATOR OVERLOADING - CƠ SỞ CỦA QUÁ TẢI TOÁN TỬ................................................................................................................................323 OVERLOADING BINARY OPERATORS - QUÁ TẢI TOÁN TỬ NHỊ NGUYÊN.326 OVERLOADING THE RELATIONAL AND LOGICAL OPERATORS - QUÁ TẢI CÁC TOÁN TỬ QUAN HỆ VÀ LUẬN LÝ...............................................................339 OVERLOADING A UNARY OPERATOR - QUÁ TẢI TOÁN TỬ ĐƠN NGUYÊN ......................................................................................................................................343 6.5. USING FRIEND OPERATOR FUNCTION - SỬ DỤNG HÀM TOÁN TỬ FRIEND.......................................................................................................................350 6.6. A CLOSER LOOK AT THE ASSIGNMENT OPERATOR - Một Cái Nhìn Về Toán Tử Gán................................................................................................................362 6.7. OVERLOADING THE [ ] SUBSCRIPT OPERATOR - QUÁ TẢI CỦA TOÁN TỬ [ ] CHỈ SỐ DƯỚI .................................................................................................368 CHƯƠNG 7 ...................................................................................................................384 INHERITANCE - TÍNH KẾ THỪA............................................................................384 1.1. BASE CLASS ACCESS CONTROL – ĐIỀU KHIỂN TRUY CẬP LỚP CƠ SỞ ......................................................................................................................................390 1.2. USING PROTECTED MEMBERS - SỬ DỤNG CÁC THÀNH VIÊN ĐƯỢC BẢO VỆ.......................................................................................................................404 1.3. CONSTRUCTORS, DESTRUCTORS, AND INHERITANCE - HÀM TẠO, HÀM HỦY VÀ TÍNH KẾ THỪA...............................................................................413 1.4. MULTIPLE INHERITANCE - TÍNH ĐA KẾ THỪA ......................................432 1.5. VIRTUAL BASE CLASSES - CÁC LỚP CƠ SỞ ẢO......................................448 CHƯƠNG 8....................................................................................................................468 INTRODUCING THE C++ I/O SYSTEM - DẪN NHẬP HỆ THỐNG NHẬP/XUẤT C++..................................................................................................................................468 1.1. SOME C++ I/O BASICS - Cơ sở Nhập/Xuất C++..............................................474 1.2. FORMATTED I/O - Nhập/Xuất Có Định Dạng...................................................478 1.3. USING WIDTH( ), PRECISION( ), AND FILL( ) – SỬ DỤNG HÀM WIDTH(), PRECISION( ), VÀ FILL( ):.......................................................................................493 1.4. USING I/O MANIPULATORS – SỬ DỤNG BỘ THAO TÁC NHẬP XUẤT...499 1.5. CREATING YOUR OWN INSERTERS – TẠO BỘ CHÈN VÀO:.....................506 1.6. CREATING EXTRACTORS – TẠO BỘ CHIẾT:...............................................517 CHAPTER 9...................................................................................................................526 ADVANCE C++ I/O – NHẬP XUẤT NÂNG CAO CỦA C++...................................526 9.1. CREATING YOUR OWN MANIPULATORS – TẠO CÁC THAO TÁC RIÊNG ......................................................................................................................................529 9.2. FILE I/O BASICS – NHẬP XUẤT FILE CƠ BẢN............................................536 4 9.3. UNFORMATTED, BINARY I/O - NHẬP XUẤT NHỊ PHÂN KHÔNG ĐỊNH DẠNG..........................................................................................................................548 9.4. MORE UNFORMATTED I/O FUNCTIONS - THÊM MỘT SỐ HÀM NHẬP/XUẤT KHÔNG ĐƯỢC ĐịNH DẠNG...........................................................559 9.5. RANDOM ACCESS - TRUY XUẤT NGẪU NHIÊN.........................................566 9.6. CHECKING THE I/O STATUS - KIỂM TRA TRẠNG THÁI I/O......................572 9.7. CUSTOMIZED I/O AND FILES - FILE VÀ I/O THEO YÊU CẦU..................578 CHAPTER 10.................................................................................................................585 VIRTUAL FUNCTIONS - HÀM ẢO........................................................................585 10.2. INTRODUCTION TO VIRTUAL FUNCTIONS – TỔNG QUAN VỀ HÀM ẢO ......................................................................................................................................591 10.3. MORE ABOUT VIRTUAL FUNCTIONS - NÓI THÊM VỀ HÀM ẢO..........605 10.4. APPLYING POLYMORPHISM - ÁP DỤNG ĐA HÌNH.................................612 CHAPTER 11.................................................................................................................628 TEMPLATES AND EXCEPTION HANDLING - NHỮNG BIỂU MẪU VÀ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN BIỆT LỆ................................................................................................628 11.1. GENERIC FUNCTIONS – NHỮNG HÀM TỔNG QUÁT...............................630 11.2. GENERIC CLASSES – LỚP TỔNG QUÁT......................................................641 11.3. EXCEPTION HANDLING- ĐIỀU KHIỂN NGOẠI LỆ...................................653 11.4. MORE ABOUT EXCEPTION HANDLING - TRÌNH BÀY THÊM VỀ ĐIỀU KHIỂN NGOẠI LỆ.....................................................................................................665 11.5. HANDLING EXCEPTIONS THROWN - SỬ DỤNG NHỮNG NGOẠI LỆ ĐƯỢC NÉM................................................................................................................679 CHAPTER 12.................................................................................................................689 RUN-TIME TYPE IDENTIFICATION AND THE CASTING OPERATORS – KIỂU THỜI GIAN THỰC VÀ TOÁN TỬ ÉP KHUÔN............................................689 13.1. UDERSTANDING RUN-TIME TYPE IDENTIFICATION (RTTI) - TÌM HIỂU VỀ SỰ NHẬN DẠNG THỜI GIAN THỰC ..............................................................692 1.2. USING DYNAMIC_CAST – SỬ DỤNG DYNAMIC_CAST............................714 1.3. USING CONST_CAST, REINTERPRET_CAST, AND STATIC_CAST - CÁCH DÙNG CONST_CAST, REINTEPRET_CAST VÀ STATIC_CAST.........................727 CHAPTER 13 ................................................................................................................737 NAMESPACES, CONVERSION FUNCTIONS, AND MISCELLANEOUS TOPICS - NAMESPACES, CÁC HÀM CHUYỂN ĐỔI VÀ CÁC CHỦ ĐỀ KHÁC NHAU.737 13.1. NAMESPACES..................................................................................................739 13.2. CREATING A CONVERSION FUNCTION – TẠO MỘT HÀM CHUYỂN ĐỔI ......................................................................................................................................756 13.3. STATIC CLASS AND MEMBERS – LỚP TĨNH VÀ CÁC THÀNH PHẦN...762 13.4. CONST MEMBER FUNCTIONS AND MUTABLE - HÀM THÀNH PHẦN KHÔNG ĐỔI VÀ CÓ THỂ THAY ĐỔI.....................................................................773 13.5. A FINAL LOOK AT CONSTRUCTORS - CÁI NHÌN CUỐI CÙNG VỀ HÀM ......................................................................................................................................779 13.6. USING LINKAGE SPECIFIERS AND THE ASM KEYWORD......................786 13.7. ARRAY-BASE I/O – MẢNG – CƠ SỞ NHẬP/XUẤT......................................791 CHAPTER 14.................................................................................................................800 INTRODUCING THE STANDARD TEMPLATE LIBRARY – GIỚI THIỆU VỀ 5 THƯ VIỆN GIAO DIỆN CHUẨN...............................................................................800 14.1. AN OVERVIEW OF THE STANDARD TEMPLATE LIBRARY – TỔNG QUAN VỀ THƯ VIỆN GIAO DIỆN CHUẨN...........................................................804 THE CONTAINER CLASSES – LỚP CONTAINER.................................................809 14.3.VECTORS............................................................................................................811 LISTS - DANH SÁCH................................................................................................823 14.4.MAPS - BẢN ĐỒ:...............................................................................................836 14.5.ALGORITHMS - Những thuật giải.....................................................................846 14.6.THE STRING CLASS - Lớp Chuỗi....................................................................857 CHƯƠNG 1 AN OVERVIEW OF C++ - TỔNG QUAN VỀ C++ Chapter object : 1.1. WHAT IS OBJECT-ORIENTED PROGRAMMING ?. Lập Trình Hướng Đối Tượng Là Gì ? 1.2. TWO VERSIONS OF C++. Hai Phiên Bản C++ 1.3. C++ COMMENTS I/O Nhập / Xuất C++ 1.4. C++ COMMENTS. Lời Nhận Xét C++ 1.5. CLASSES: A FIRST LOOK. 6 LỚP : Cái Nhìn Đầu Tiên. 1.6. SOME DIFFERENCE BETWEEN C AND C++. Một Số Khác Biệt Giữa C và C++. 1.7. INTRODUCING FUNCTION OVERLOADING. Dẫn Nhập Sự Quá Tải Hàm. 1.8. C++ KEYWORDS SHILLS CHECK. Các Từ Khóa Trong C++. C++ is an enhanced version of C language. C++ includes everything that is part of C and adds support for object-oriented programming (OOP for short). In addition to, C++ contains many improvements and features that simply make it a “better C”, independent of object-oriented programming. With very few, very minor exceptions, C++ is a superset of C. While everything that you know about the C language is fully applicable to C++, understanding its enhanced features will still require a significant investment of time and effort on your part. However, the rewards of programming in C++ will more than justify the effort you put forth. C++ là một phiên bản của ngôn ngữ C. C++ bao gồm những phần có trong C và thêm vào đó là sự hỗ trợ cho Lập trình hướng đối tượng (viết tắt là OOP). Cộng thêm vào đó, C++ còn chứa những cải tiến và những cải tiến mà đơn giản nhưng đã tạo ra một “phiên bản C tốt hơn”, không phụ thuộc vào phương pháp lập trình hướng đối tượng. Với rất ít riêng biệt, C++ có thể xem là tập cha của C. Trong khi những gì bạn biết về C thì hoàn toàn có thể thực hiện trong C++, thì việc hiểu rõ những tính năng của C++ cũng đòi hỏi một sự đầu tư thích đáng về thời gian cũng như nỗ lực của chính bản thân bạn. Tuy nhiên, phần thưởng cho việc lập trình bằng C++ là sẽ ngày càng chứng minh được năng lực của bản thân bạn hơn với những gì bạn đã thể hiện. The purpose of this chapter is to introduce you to several of the most important features of C++. As you know, the emplements of a computer language do not exist in a void, separate from one another. Instead, they work together to form the complete language. This interrelatedness is especially pronounced in C++. In fact, it is difficult to discuss one aspect of 7 C++ in isolation because the features of C++ are highly integrated. To help overcome this problem, this chapter provides a brief overview of several C++ features. This overview will enable you to understand the examples discussed later in this book. Keep in mind that most topics will be more thoroughly explored in later chapters. Mục tiêu của chương này là giới thiệu cho bạn 1 số tính năng quan trọng nhất của C++. Như bạn biết đó, những thành phần của ngôn ngữ máy tính thì không cùng tồn tại trong 1 khoảng không, mà tách biệt với những cái khác, thay vì làm việc cùng nhau để tạo thành một ngôn ngữ hoàn chỉnh. Mối tương quan này được đặc biệt phát biểu trong C++. Sự thật là rất khó để thảo luận về một diện mạo của C++ trong sự cô lập bởi vì những tính năng của C++ đã được tích hợp cao độ. Để giúp vượt qua vấn đề này, chương này cung cấp một cái nhìn ngắn gọn về một số tính năng của C++. Cái nhìn tổng quan này sẽ giúp bạn hiểu hơn về những thí dụ mà chúng ta sẽ thảo luận ở phần sau cuốn sách. Hãy ghi nhớ tất cả những đề mục chúng sẽ giúp bạn hiểu thấu đáo những chương tiếp theo. Since C++ was invented to support object-oriented programming this chapter begins with a decriptions of OOP. As you will see, many features of C++ are related to OOP in one way or another. In fact, the theory of OOP permeates C++. However, it is important to understand that C++ can be used to write programs that are and are not object oriented. How you use C++ is completely up to you. Vì C++ được thiết kế ra để hỗ trợ cho việc lập trình hướng đối tượng, nên chương này chúng ta bắt đầu với việc mô tả về lập trình hướng đối tượng (OOP). Rồi bạn sẽ thấy rằng những tính năng khác của C++ cũng lien quan tới OOP bằng cách này hay cách khác. Sự thật là lý thuyết về lập trình hướng đối tượng được trải dàn trong C++. Tuy nhiên, phải hiểu rằng việc dùng C++ để viết chương trình thì có hoặc không có “hướng đối tượng”. Việc sử dụng C++ như thế nào là hoàn toàn phụ thuộc vào bạn. At the time of this writing, the standardization of C++ is being finalized. For this reason, this chapter describes some important differences between versions of C++ that have been in common use during the past several years and the new Standard C++. Since this book teaches Standard C++, this material is especially important if you are using an older compiler. Vào thời điểm viết cuốn sách này thì việc chuẩn hóa C++ đang được hoàn tất. Vì lý do đó chương này sẽ mô tả những sự khác biệt quan trọng giữa hai phiên bản của C++ mà đã từng được dung phổ biến trong những năm 8 trước đây và tiêu chuẩn mới trong C++. Vì cuốn sách này dạy về Tiêu chuẩn C++, nên tài liệu này sẽ đặc biệt quan trọng nếu bạn sử dụng những trình biên dịch cũ. In addition to introducing several important C++ features, this chapter also discusses some differences between C and C++ programming styles. There are several aspects of C++ that allow greater flexibility in the way that you are write programs. While some of these features have little or nothing to do with object-oriented programming, they are found in most C++ programs, so it is appropriate to discuss them early in this book. Thêm vào việc giới thiệu một số tính năng quan trọng trong C++, chương này cũng thảo luận về những khác biệt giữa hai phong cách lập trình C và C++. Ở đây có vài yếu tố của C++ cho phép nó có tính linh động hơn trong việc viết chương trình. Trong khi những yếu tố này thì rất ít hoặc không có để lập trình hướng đối tượng thì nó được tìm thấy hầu như đầy đủ trong những chương trình của C++, vì thế sẽ thật thỏa đáng nếu thảo luận về chúng trong khởi đầu quyển sách này. Before you begin, a few general comments about the nature and form of C++ are in order. First, for the most part, C++ programs physically look like C programs. Like a C program, a C++ program begins execution at main( ). To include command-line arguments, C++ uses the same argc, argv convention that C uses. Although C++ defines its own, object-oriented library, it also supports all the functions in the C standard library. C++ uses the same control structures as C. C++ includes all of the built-in data types defined by C. Trước khi bạn bắt đầu, một vài chú giải tổng quát về bản chất và biểu mẫu sẽ đưa ra trong trình tự. Đầu tiên, dành cho hầu hết các phần, theo cái nhìn lý tính thì các chương trình C++ trông như các chương trình C. Cũng như C, một chương trình C++ cũng bắt đầu thi hành bởi hàm main(). Để bao gồm những đối số bằng cơ chế dòng lệnh (command-line), C++ cũng sử dụng quy ước argc, argv mà C dùng. Mặc dù C++được định nghĩa với những sở hữu bản thân, thư viện hướng đối tượng (object-oriented), nó cũng hỗ trợ những hàm trong thư viện chuẩn của C. C++ sử dụng cấu trúc điều khiển như C. C++ cũng bao gồm nhưng kiểu dữ liệu được xây dựng trong C. 9 This book assumes that you already know the C programming language. In other words, you must be able to program in C before you can learn to program in C++ by using this book. If you don’t knowC, a good starting place is my book Teach Yourseft C, Third Edition (Berkeley: Osborne/McGraw-Hill, 1997). It applies the same systematic approach used in this book and thoroughly covers the entires C language. Quyển sách này xem như bạn đã biết về ngôn ngữ lập trình C. Nói cách khác bạn phải biết lập trình trong C trước khi bạn học những chương trình C++ được viết trong cuốn sách này. Nếu bạn chưa biết về C, hãy bắt đầu với cuốn sách Teach yourseft C, Third Edition (Berkeley: Osborne/McGrawHill, 1997).Việc ứng dụng cách tiếp cận có hệ thống được sử dụng trong cuốn sách này sẽ bao phủ toàn vẹn ngôn ngữ C. Note: This book assumes that you know how to compile and execute a program using your C++ compiler. If you don’t, you will need to refer to your compiler’s instructions. (Because of the differences between compilers, it is impossible to give compolation instructions for each in this book). Since programming is best learned by doing, you are strongly urged to enter, compile, and run the examples in the book in the order in which they are presented. Chú ý: Cuốn sách này cho rằng bạn đã biết biên dịch và thực thi một chương trình bằng trình biên dịch C++. Nếu chưa, bạn sẽ cần nhiều sự hướng dẫn hơn bởi trình biên dịch của bạn. (Bởi vì những sự khác nhau giữa các trình biên dịch, sẽ là không khả thi khi đưa ra những sự hướng dẫn về sự biên dịch trong cuốn sách này.) Vì chương trình là bài học thực hành tốt nhất, nên bạn cần phải mạnh mẽ tiến đến, biên dịch và chạy thử những ví dụ trong cuốn sách này để biết dược cái gì đang hiện diện đằng sau những ví dụ ấy. 1.1. WHAT IS OBJECT-ORIENTED PROGRAMMING ?- LẬP TRÌNH HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG LÀ GÌ ? Object-oriented programming is a powerful way to approach the task of 10 programming. Since its early beginnings, programming has been governed by various methodologies. At each critical point in the evolution of programming, a new approach was created to help the programmer handle increasingly complex programs. The first programs were created by toggling switches on the front panel of the computer. Obviously, this approach is suitable for only the smallest programs. Next, assembly language was invented, which allowed longer programs to be written. The next advance happened in the 1950s when the first high-level language (FORTRAN) was invented. Lập trình hướng đối tượng là con đường mạnh mẽ để tiếp cận nhiệm vụ lập trình. Từ buổi bình minh, lập trình đã bị chi phối bởi nhiều phương pháp khác nhau. Tại mỗi thời điểm cách tân trong sự phát triển của lập trình, một cách tiếp cận mới lại ra đời với mục đích giúp lập trình viên gia tăng khả năng kiểm soát hay điều khiển những chương trình mang tính phức tạp. Những chương trình đầu tiên được tạo ra bởi những công tắc đảo chiều được gắn trên một cái bảng phía trước máy tính. Hiển nhiên là cách tiếp cận này chỉ đáp ứng được cho những chương trình nhỏ nhất. Tiếp theo, ngôn ngữ assembly (hay còn gọi là Hợp ngữ) được ra đời, cho phép viết những chương trình dài hơn. Một ngôn ngữ cấp cao hơn xuất hiện vào những năm của thập niên 1950 khi đó ngôn ngữ cấp cao đầu tiên được ra đời (đó là FORTRAN). By using a high-level language, a programmer was able to write programs that were several thousands lines long. However,the method of programming used early on was an ad hoc, anything-goes approach. While this is fine relatively short programs, it yields unreadable (and unmanageable) “spaghetti code” when applied to larger programs. The elimination of spaghetti code became feasible with the invention of structured programming languages in the 1960s. These languages include Algol and Pascal. In loose terms, C is a structured language and most likely the type of programming relies on well-defined control structures, code blocks, the absence (or at least minimal use) of GOTO, and stand-alone subroutines that support recursion and local variables. The essence of structured programming is the reduction of a program into its constituent elements. Using structured programming, the average programmer can create and maintain programs that are up to 50,000 lines long. Bằng việc sử dụng ngôn ngữ cấp cao, các lập trình viên đã có thể viết nên những chương trình có độ dài lên tới vài ngàn dòng. Tuy nhiên, phương pháp lập trình này cũng chỉ được sử dụng như một thứ tạm thời, không gì tiến triển được. Trong khi những mối quan hệ giữa các chương trình ngắn khá khả quan 11 thì việc thiết kế lại quá khó (và không kiểm soát được) loại “mã spaghetti” này khi ứng dụng cho các chương trình cỡ lớn. Cuộc đấu tranh với loại mã spaghetti này đã tạo đà cho sự phát minh ra cấu trúc của những ngôn ngữ lập trình vào thập niên 1960. Những ngôn ngữ này là Algol và Pascal. Trong tương lai không chắc chắn, C là một ngôn ngữ có cấu trúc và gần như là kiểu lập trình mà bạn bạn đang dung với tên gọi là lập trình có cấu trúc. Lập trình cấu trúc dựa trên những cấu trúc điều khiển, những khối mã dễ xác định, sự vắng mặt (hay gần như rất ít sử dụng) của GOTO, và những thủ tục con đứng một mình để hỗ trợ cho phương pháp đệ quy và những biến cục bộ. Bản chất của lập trình cấu trúc là sự giảm thiểu những yếu tố cấu thành bản chất bên trong của một chương trình. Bằng việc sử dụng phương pháp lập trình này, những lập trình viên với năng lục trung bình cũng có thể tạo ra và bảo trì những chương trình mà có khối lượng lên tới 50.000 dòng. Although structured programming has yielded excellent results when applied to moderately complex programs, even it fails at some point, after a program reaches a certain size. To allow more complex programs to be written, a new approach to the job of programming was needed. Towards this end, objectoriented programming was invented. OOP takes the best of ideas embodied in structured programming and combines them with powerful new concepts that allow you to organize your programs more effectively. Object-oriented programming encourages you to decompose a problem into its constituent parts. Each component becomes a seft-contained object that contains its own instructions and data that relate to that object. In this way, complexity is reduced and the programmer can manage larger programs. Mặc dù lập trình cấu trúc đã đạt được những kết quả xuất sắc khi ứng dụng vào những chương trình có độ phức tạp trung bình, thậm chí chỉ trục trắc ở vài chỗ sau khi một chương trình đã đạt đến một kích thước chắc chắn. Để cho phép viết được những chương trình phức tạp hơn, một cách tiếp cận mới công việc lập trình đã được đề ra. Cuối cùng, phương pháp lập trình hướng đối tượng đã được phát minh. Lập trình hướng đối tượng (OOP) đã cụ thể hóa những ý tưởng tuyệt vời vào trong cấu trúc lập trình và kết hợp chúng với những khái niệm chặt chẽ mà cho phép bạn tổ chức những chương trình của mình một cách có hiệu quả. OOP khuyến khích bạn phân tích một vấn đề nằm trong bản chất của nó. Mỗi bộ phận đều có thể trở thành một đối tượng độc lập mà chứa đựng những câu lệnh hay dữ liệu lien quan đến đối tượng đó. Bằng cách này sự phức tạp sẽ được giảm xuống và lập trình viên có thể quản lý những chương trình cỡ lớn. 12 All OOP languages, including C++, share three common defining traits: encapsulation, polymorphism, and inheritance. Let’s look at the three concepts now. Tất cả những ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng, bao gồm cả C++, đều mang ba đặc điểm chung sau đây: tính đóng gói, tính đa dạng, và tính kế thừa. Còn chờ gì nữa phải tìm hiểu các khái niệm trên ngay thôi. Encapsulation Encapsulation is the mechanism that binds together code and the data it manipulates, and keep both safe from outside interference and misuse. In an object-oriented language, code and data can be combined in such a way that a seft-contained “black box” is created. When code and data are linked together in this fashion, an object is created. In other words, an object is the device that supports encapsulation. Tính đóng gói hay tích hợp: Tính đóng gói là việc ràng buộc những đoạn mã và những dữ liệu lại, điều khiển và giữ chúng an toàn khỏi những ảnh hưởng và những mục đích sai trái. Trong một ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng, mã và dữ liệu có thể được kết hợp theo cách mà một cái “hộp đen” độc lập được tạo ra. Khi mã và dữ liệu liên kết với nhau theo kiểu này thì một đối tượng được tạo nên. Nói cách khác, một đối tượng là sản phẩm của sự đóng gói với nguyên liệu là mã và dữ liệu. With an object, code, data, or both may be private to that object or public. Private code or data is known to and accessible only by another part of the object. That is, private code or data can’t be accessed by a piece of the program that exists outside the object. When code and data is public, other parts of your program can access it even though it is defined within an object. Typically, the public parts of an object are used to provide a controlled interface to the private elements of the object. Trong phạm vi của một đối tượng, mã, dữ liệu , hay cả hai có thể là phần private (phần riêng) của đối tượng hay là public (phần chung). Phần mã và dữ liệu trong phần private được biết và truy xuất bởi các thành phần khác của đối 13 tượng. Nghĩa là mã và dữ liệu trong phần private không thể được truy xuất bởi bất kỳ phần nào trong chương trình mà tồn tại bên ngoài đối tượng đó. Khi mã và dữ liệu là kiểu public thì mọi phần trong chương trình của bạn đều có thể truy xuất đến nó ngay cả khi nó được định nghĩa bên trong một đối tượng. Đặc trưng là những phần có kiểu public của một đối tượng thì được sử dụng để cung cấp một giao diện điều khiển những thành phần kiểu private của một đối tượng. For all intents and purposes, an object is variable of a user-defined type. It may seem strange that an object that links both code and data can be thought of as a variable. However, in an object-oriented programming, this is precisely the case. Each time you define a new type of object, you are creating new data type. Each specific instance of this data type is a compound variable. Để phù hợp với nhiều ý định và mục đích, một đối tượng có thể xem là một biến theo kiểu người dùng tự định nghĩa. Có thể bạn sẽ lấy làm ngạc nhiên khi một đối tượng có thể liên kết những lệnh(hay mã) và dữ liệu lại mà lại xem như là một biến. Tuy vậy, trong lập trình hướng đối tượng thì điều đó là hoàn toàn chính xác. Mỗi khi bạn định nghĩa một loại đối tượng thì bạn đang tạo ra một kiểu dữ liệu mới. Mỗi một kiểu đối tượng như vậy được coi là một biến phức hợp (hay biến ghép). Polymorphism Polymorphism (from the Greek,meaning “many form”) is the quality that allows one name to be used for two or more related but technically different purposes. As it relates to OOP, polymorphism allows one name to specify a general class of actions. Within a general class of actions, the specific action are be replied is determined by the type of data. For example, in C, which does not significantly support polymorphism, the absolute value action requires three distinct function names: abs( ), labs( ), and fabs( ). Three functions compute and return the absolute value of an integer, a long integer, and float-point value, respectively. However, in C++, which supports polymorphism, each function can be called by the same name, such as abs( ). (One way this can be accomplished is shown later in the chapter.) The type of the data used to call the function determines which 14 specific version of the function is actually executed. As you will see, in C++, it is possible to use ine function name for many different purposes. This is called function overloading. Tính đa dạng Polymorphism (Theo tiếng Hy Lạp có nghĩa là “đa thể” ) hay tính đa dạng là đặc tính cho phép một tên có thể được sử dụng cho hai hay nhiều họ nhưng với nhiều mục đích ngữ nghĩa khác nhau. Vì nó liên quan đến OOP, nên tính đa dạng cho phép một tên để chỉ rõ những hành động chung của một lớp. Bên trong những hành động chung của một lớp, hành động đặc trưng để ứng dụng được định nghĩa bởi một kiểu dữ liệu. Ví dụ, trong C, thì tính đa dạng không được hỗ trợ một cách đáng kể, hành động lấy giá trị tuyệt đối đòi hỏi ba tên hàm riêng biệt là: abs( ), labs( ), fabs( ). Những hàm này tính toán và trả lại giá trị tuyệt đối của một số nguyên, một số nguyên dài, và một số thực một cách riêng biệt. Tuy nhiên, trong C++, được hỗ trợ cho tính đa dạng thì chỉ cần mỗi hàm abs( ). (Cách này sẽ được nêu đầy đủ trong phần sau của chương này). Kiểu dữ liệu dùng trong hàm sẽ quyết định việc hàm nào sẽ được gọi thực thi. Bạn sẽ thấy, trong C++, hoàn toàn có thể sử dụng một tên hàm cho nhiều mục đích khác nhau. Điều này còn được gọi là sự quá tải hàm (function overloading). More generally, the concept of polymorphism is characterized by the idea of “one interface, multiple methods”, which means using a generic interface for a group of related activities. The advantage of polymorphism is that it helps to reduce complexity by allowing one interface to specify a general class of action. It is the compiler’s job to select the specific action as it applies to each situation. You, the programmer, don’t need to do this selection manually. You need only remember and utilize the general interface. As the example in the preceeding paragraph illustrates, having three names for the absolute value function instead of just one makes the general activity of obtaining the absolute value of a number more complex than it actually is. Tổng quát hơn, khái niệm tính đa dạng được đặc trưng bởi ý tưởng “ một giao diện nhưng nhiều cách thức ”, điều này có nghĩa là sử dụng một giao diện chung cho một nhóm những hành động có liên quan. Sự thuận lợi của tính đa dạng là giúp giảm bớt sự phức tạp bằng cách cho phép một giao diện để chỉ rõ hành động của một lớp tổng quát. Đó là cách mà trình biên dịch chọn hành động đặc trưng để thi hành trong từng tình huống cụ thể. Bạn, một người lập trình, không cần phải làm công việc này một cách thủ công. Bạn cần nhớ và 15 tận dụng cái giao diện chung. Như thí dụ minh họa trong đoạn văn trước, cần đến ba tên hàm để lấy giá trị tuyệt đối thay vì chỉ cần một tên nhưng chỉ hành động chung là tính giá trị tuyệt đối của một số mà thật sự phức tạp. Polymorphism can be applied to operators, too. Virtually all programming languages contain a limited application of polymorphism as it relates to the arithmetic operators. For example, in C++, the + sign is used to add integers, long intefer, characters, and floating-point values. In these cases, the compiler automatically knows which type of arithmetic to apply. In C++, you can extend this concept to other types of data that you define. This type of polymorphism is called operator overloading. Tính đa dạng cũng có thể sử dụng cho các toán tử. Hầu như mọi ngôn ngữ lập trình đều có một sự giới hạn tính đa dạng đối với các toán tử số học. Ví dụ, trong C, dấu + được dung để cộng các giá trị số nguyên, số nguyên dài, ký tự và số thực. Trong những trường hợp này, trình biên dịch tự động hiểu loại số học nào sẽ được áp dụng. Trong C++, bạn có thể mở rộng khái niệm này đối với những kiểu dữ liệu khác mà bạn định nghĩa. Loại đa dạng này được gọi là sử quá tải các toán tử (operator overloading). The key point to remember about polymorphism is that it allows you to handle greater complexity by allowing the creation of stamdard interfaces to related activities. Điểm mấu chốt của vấn đề cần nhớ là tính đa dạng cho phép bạn kiểm soát với độ phức tạp rất cao bằng cách cho phép tạo ra một giao diện tiêu chuẩn cho các hành động có liên quan. Inheritance Inheritance is the process by which one object can be acquire the properties of another. More specifically, an object can inherit a general set of properties to which it can add those features that are specific only to itself. Inheritance is important because it allows an object to support the concept of hierarchical classification. Most information is made manageable by hierarchical classification. For example, think about the description of a house. A house is part of the general called building. In turn, building is 16 part of the more general class structure, which is part of the even more general of objects that we call man-made. In each case, the child class inherits all those qualities associated with the parent and adds to them its own defining characteristics. However, through inheritance, it is possible to describe an object by stating what general class (or classes) it belongs to along with those specific traits that make it unique. As you will see, inheritace plays a very important role in OOP. Tính kế thừa Tính kế thừa là một quá trình mà một đối tượng có thể sử dụng các đặc tính của một đối tượng khác. Cụ thể hơn, một đối tượng có thể thừa hưởng những đặc tính chung của đối tượng khác để thêm các tính năng khác này vào như một phần của chính bản thân nó. Sự thừa hưởng rất quan trọng bởi vì nó cho phép một đối tượng chấp nhận khái niệm sự phân loại có tôn ti (hierachial classification). Hầu hết các thông tin được tạo ra được quản lý bởi sự sự phân loại có trật tự này. Ví dụ, hãy nghĩ về một ngôi nhà. Một ngôi nhà là một phần của một lớp tổng quát gọi là công trình. Cứ như vậy, công trình lại là một phần của một lớp chung gọi là kiến trúc, và kiến trúc lại là thành phần của một lớp mà ta gọi là những vật phẩm nhân tạo. Trong mỗi trường hợp, lớp con thừa hưởng tất cả những tính chất được liên đới với lớp cha và cộng thêm với những tính chất được định nghĩa bên trong chúng. Nếu không sử dụng sự phân loại có trật tự thì mỗi đối tượng sẽ phải định nghĩa tất cả những đặc tính mà rõ ràng liên quan đến nó. Tuy nhiên, qua sự kế thừa, ta có thể mô tả một đối tượng bằng cách phát biểu những đặc điểm nổi bật thuộc về một lớp tổng quát (hay một họ các lớp) mà tạo nên tính độc nhất của chúng. Bạn sẽ thấy rằng sự thừa hưởng chiếm một vai trò rất quan trọng trong OOP. CÁC VÍ DỤ : 1.Sự đóng gói không phải là điều gì hoàn toàn mới mẻ trong OOP. Theo một góc độ thì sự đóng gói có thể là một thành tựu khi sử dụng ngôn ngữ C. Ví dụ, khi bạn sử dụng một hàm của thư viện thì thật ra bạn đang sử dụng thủ tục cái “hộp đen”, những gì bên trong bạn đâu thể gây ảnh hưởng hay tác động vào chúng (trừ phi, có lẽ là chỉ “bó tay” với những hành động cố tình phá hoại). Hãy xem xét hàm fopen( ), khi dùng để mở một file, thì vài biến nội bộ sẽ được khởi tạo và gán giá trị. Càng xa khỏi vùng chương trình liên quan thì càng bị ẩn và khó truy cập. Tuy nhiên, C++ vẫn cung cấp cho bạn nhiều cách tiếp cận sự đóng gói này an toàn hơn. 2.Trong thế giới thực, những ví dụ về sự đa dạng thì khá là chung chung. Ví dụ, hãy xem xét cái vô-lăng lái xe của bạn. Nó làm việc cũng giống như chiếc xe bạn sử dụng thiết bị lái năng lượng, thiết bị lái bằng thanh răng, hay tiêu chuẩn, thiết 17 bị lái thủ công. Vấn đề là cái bề ngoài hình dáng không quan trọng mà là cái cách các động cơ bánh răng hoạt động (hay cái phương thức). 3.Sự thừa kế các đặc tính và khái niệm tổng quát hơn về lớp là nền tảng để hiểu cách tổ chức. Ví dụ, rau cần tây là một loại(hay thành viên) của lớp rau quả, rau quả lại là một thành phần của lớp cây trồng. Lần lượt như vậy, cây trồng là những sinh vật sống, và cứ thế. Nếu không có sự sự phân loại trong tôn ti thì hệ thống hệ thống kiến thức sẽ không khả thi. BÀI TẬP: Hãy nghĩ về vai trò của sự phân loại và tính đa dạng trong cuộc sống hằng ngày của chúng ta. 1.2. TWO VERSIONS OF C++ - HAI PHIÊN BẢN CỦA C++ At the time of this writing, C++ is in the midst of a transformation. As explained in the preface to this book, C++ has been undergoing the process of standardization for the past several years. The goal has been to create a stable, standardized, featured-rich language, that will suit the needs of programmers well into the next century. As a result, there are really two versions of C++. The first is the traditional version that is based upon Bjarne Stroustrup’s original designs. This is the version of C++ that has been used by programmers for the past decade. The second is the new Standard C++, which was created by Stroustrup and the ANSI/ISO standardization committee. While these two versions of C++ are very similar at there core, Standard C++ contains several enhancements not found in traditional C++. Thus, Standard C++ is essentially a superset of traditional C++. Vào thời điểm viết cuốn sách này, C++ là cái chuyển giao của một sự thay đổi. Như đã nói trong phần mở đầu của cuốn sách, C++ phải trải qua một quá trình chuẩn hóa trong vài năm trước đây. Mục tiêu là tạo ra sự ổn định, được chuẩn hóa, một ngôn ngữ giàu tính năng để phục vụ tốt cho các lập trình viên trong thế kỷ tiếp theo. Kết quả là đã tạo ra hai phiên bản C++. Cái đầu tiên là phiên bản truyền thống mà dựa trên nguồn gốc bản phác thảo của Bjarne Stroustrup. Đây là phiên bản C++ được các lập trình viên sử dụng trong thập niên trước đây. Cái thứ hai là “new Standard C++”, được tạo ra bởi Stroustrup và ủy ban tiêu chuẩn ANSI/ISO. Trong khi hai phiên bản C++ có hạt nhân khá là giống nhau thì Standard C++(hay C++ chuẩn) chứa vài sự nổi bật mà không 18 tìm thấy được trong phiên bản C++ truyền thống. Vì vậy, C++ chuẩn một cách đặc biệt là một tập cha của bản C++ truyền thống. This book teaches Standard C++. This is the version of C++ defined by the ANSI/ISO standardization committee, and it is the version implemented by all modern C++ compilers. The code in this book reflects the contemporary coding style and practices as encouraged by Standard C++. This means that what you learn in this book will be applicable today as well as tomorrow. Put directly, Standard C++ is the future. And, since Standard C++ encompasses all features found in earlier versions of C++, what you learn in this book will enable you work in all C++ programming environments. Cuốn sách này viết về C++ chuẩn. Phiên bản này được định nghĩa bởi ủy ban tiêu chuẩn ANSI/ISO, và nó là công cụ của tất cả các trình biên dịch C++ hiện nay. Những đoạn mã viết trong cuốn sách này tương ứng với phong cách viết mã đương thời và những bài thực hành theo bản C++ chuẩn. Điều này có nghĩa là những gì bạn học trong cuốn sách này thì đều sự dụng được hiện nay cũng như tương lai. Nói trực tiếp là C++ chuẩn chính là tương lai. Và, vì C++ đã hoàn thiện tất cả các tính năng có trong các bản C++ trước nên tất cả những gì bạn học đều có thể làm việc trong tất cả các môi trường lập trình C++. However, if you are using an older compiler, it might not accept all the programs in this book. Here’s why: During the process of standardization, the ANSI/ISO committee added many new features to the language. As these features were defined, they were implemented by the compiler developers. Of course, there is always a lag time between the addition of a new feature to the language and the availability of the features in commercial compilers. Since features were added to C++ over a period of years, an older compiler might not support one or more of them. This important because two recent additions to the C++ language affect every program that you will write-even the simplest. If you are using an oder compiler that does not accept these new features, don’t worry. There is an easy workaround, which is described in the following paragraphs. Tuy nhiên, nếu bạn sử dụng một trình biên dịch quá cũ, thì có khả năng nó sẽ không chấp nhận những đoạn mã viết trong cuốn sách này. Đây cũng là nguyên nhân mà trong suốt quá trình chuẩn hóa, ủy ban tiêu chuẩn ANSI/ISO đã tăng thêm nhiều tính năng mới cho ngôn ngữ này. Khi những tính năng này được định nghĩa thì chúng cũng được các nhà phát triển trình biên dịch bổ 19 sung. Tất nhiên đây luôn là một khoảng thời gian chậm chạp giữa việc thêm tính năng vào một ngôn ngữ và việc biến nó khả thi trong các trình biên dịch. Những tính năng này đã được thêm vào trong một thời kỳ nhiều năm nên những trình biên dịch đời cũ thì không được hỗ trợ để biên dịch chúng. Và quan trọng hơn là hai sự bổ sung gần đây vào ngôn ngữ C++ sẽ ảnh hưởng đến mỗi chương trình mà bạn sẽ viết, thậm chí dù là chương trình đơn giản nhất. Nếu bạn sử dụng trình biên dịch cũ hơn thì nó sẽ không chấp nhận những tính năng mới này, nhưng đừng quá lo lắng. Có một cách giải quyết dễ dàng sẽ được mô tả trong những đoạn tiếp theo. The differences between old-style and modern code involve two new features: new-style headers and the namespace statement. To demonstrate these deffirences we will begin by looking at two versions of a minimal, donothing C++ program. The first version, shown here, reflects theway C++ programs were written until recently. (That is, it uses old-style coding.) Sự khác biệt giữa phong cách viết mã cũ và hiện đại liên quan đến hai tính năng sau: những kiểu khai báo mới và sự giới thiệu không gian tên (namespace). Để chứng minh những sự khác biệt này chúng tôi sẽ bắt đầu bằng việc nhìn lại hai bản C++ ở một khía cạnh nhỏ, không đụng đến chương trình C++. Trong bản đầu tiên, hãy xem sau đây, phản ánh cách những chương trình C++ được viết trong thời gian gần đây. (Đó là viết mã theo phong cách cũ.) /* Những chương trình với phong cách C++ truyền thống /* #include int main() { /* vùng mã chương trình */ return 0; } 20