Lập trình Python

Lập trình hướng đối tượng trong Python

Posted on by Đỗ Thành
25
Th3
View: 22

Lập trình hướng đối tượng là gì?

Lập trình hướng đối tượng (Object-Oriented Programming – OOP) là một phương pháp lập trình dựa trên khái niệm về các đối tượng (objects) và các tương tác giữa chúng. OOP cho phép các đối tượng được tổ chức thành các lớp (classes), và các đối tượng cùng một lớp sẽ có các thuộc tính (attributes) và hành vi (behaviors) tương tự nhau.

Các ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng như Python cung cấp các công cụ và cú pháp cho phép người lập trình dễ dàng định nghĩa và sử dụng các lớp, đối tượng, thuộc tính và phương thức. Lập trình hướng đối tượng giúp cho việc phát triển phần mềm trở nên dễ dàng hơn và có tính tái sử dụng cao.

Ý nghĩa của lập trình hướng đối tượng

  1. Tái sử dụng code Với OOP, bạn có thể định nghĩa các lớp, đối tượng và các phương thức riêng biệt, sau đó sử dụng lại chúng trong các chương trình khác mà không cần viết lại code. Điều này giúp tiết kiệm thời gian, tăng năng suất và giảm thiểu lỗi code.

  2. Tính bảo mật và ổn định OOP cung cấp khả năng giới hạn truy cập đối tượng và dữ liệu của chúng, giúp bảo mật hơn cho dữ liệu của ứng dụng. Bên cạnh đó, khi bạn sử dụng OOP, chương trình của bạn có tính ổn định cao hơn bởi vì các đối tượng và phương thức được đóng gói và kiểm soát chặt chẽ.

  3. Dễ bảo trì Khi phần mềm được viết bằng OOP, nó dễ dàng hơn để bảo trì và mở rộng sau này. Do các đối tượng và phương thức được đóng gói, nó có thể được thay đổi mà không ảnh hưởng đến các thành phần khác trong chương trình.

  4. Tăng tính linh hoạt OOP cho phép bạn tạo ra các đối tượng và phương thức mới một cách dễ dàng và linh hoạt. Bạn có thể sử dụng các đối tượng và phương thức đã được định nghĩa sẵn hoặc tạo ra các đối tượng mới phù hợp với nhu cầu

Các khái niệm cơ bản trong lập trình hướng đối tượng

  1. Lớp (Class): là một bản thiết kế hay mẫu (template) để tạo ra các đối tượng, mỗi lớp sẽ có các thuộc tính và phương thức riêng.

  2. Đối tượng (Object): là một thể hiện cụ thể của một lớp, được tạo ra bằng cách sử dụng từ khóa new trong các ngôn ngữ lập trình.

  3. Phương thức (Method): là các hành động hoặc chức năng mà các đối tượng của lớp có thể thực hiện. Các phương thức có thể được gọi bởi các đối tượng của lớp tương ứng.

  4. Thuộc tính (Attribute): là các đặc điểm của một đối tượng, được định nghĩa trong lớp và lưu trữ giá trị riêng cho mỗi đối tượng.

  5. Kế thừa (Inheritance): là một tính năng cho phép một lớp con (subclass) kế thừa các thuộc tính và phương thức của một lớp cha (superclass). Kế thừa cho phép tái sử dụng code và tạo ra các lớp mới dựa trên các lớp đã có sẵn.

  6. Đa hình (Polymorphism): là tính năng cho phép các đối tượng của các lớp khác nhau có thể phản ứng khác nhau với cùng một phương thức hoặc toán tử.

  7. Đóng gói (Encapsulation): là quá trình đóng gói dữ liệu và phương thức trong một lớp, bảo vệ chúng khỏi sự can thiệp từ bên ngoài.

  8. Giao diện (Interface): là một tập hợp các phương thức được định nghĩa để giao tiếp giữa các lớp. Giao diện giúp tách biệt việc định nghĩa và triển khai phương thức của một lớp.

Cú pháp khai báo class trong Python

Để khai báo một lớp (class) trong Python, bạn sử dụng từ khóa class theo sau là tên lớp, đóng sau là dấu hai chấm (:) để bắt đầu khối định nghĩa lớp. Ví dụ:

class MyClass:
    # Khối định nghĩa lớp
    pass

Trong đó MyClass là tên của lớp và pass là một câu lệnh trống, dùng để không thực hiện bất kỳ hành động gì trong khối định nghĩa lớp.

Bạn có thể định nghĩa các thuộc tính và phương thức bên trong khối định nghĩa lớp. Ví dụ:

class Person:
    # Thuộc tính
    name = "Unknown"
    age = 0
    
    # Phương thức
    def introduce(self):
        print("My name is", self.name, "and I am", self.age, "years old.")

Trong đó, lớp Person có hai thuộc tính là name và age, và một phương thức là introduce(). Phương thức introduce() được truyền vào tham số self, đại diện cho đối tượng được gọi phương thức.

Cách tạo đối tượng và sử dụng các phương thức và thuộc tính của class

Để tạo một đối tượng từ một lớp trong Python, bạn sử dụng cú pháp sau:

object_name = ClassName()

Trong đó, object_name là tên đối tượng bạn muốn tạo, ClassName là tên lớp mà bạn muốn tạo đối tượng từ đó.

Ví dụ, để tạo một đối tượng từ lớp Person mà chúng ta đã định nghĩa trong câu hỏi trước, bạn có thể sử dụng cú pháp sau:

person1 = Person()

Sau khi bạn đã tạo một đối tượng, bạn có thể truy cập các thuộc tính và phương thức của đối tượng bằng cách sử dụng toán tử .

Ví dụ, để truy cập thuộc tính name của đối tượng person1, bạn có thể sử dụng cú pháp sau:

person1.name

Tương tự, để gọi phương thức introduce() của đối tượng person1, bạn có thể sử dụng cú pháp sau:

person1.introduce()

Kết quả sẽ được in ra màn hình là chuỗi "My name is Unknown and I am 0 years old.", bởi vì giá trị mặc định của thuộc tính name là "Unknown" và thuộc tính age là 0. Tuy nhiên, bạn có thể gán các giá trị khác cho các thuộc tính này bằng cách sử dụng toán tử = như sau:

person1.name = "John"
person1.age = 25

Sau khi bạn đã gán các giá trị mới cho các thuộc tính của đối tượng, khi bạn gọi lại phương thức introduce(), kết quả sẽ được in ra là chuỗi "My name is John and I am 25 years old.".

Kế thừa trong Python

Kế thừa là tính năng quan trọng trong lập trình hướng đối tượng, cho phép bạn tái sử dụng mã của một lớp đã có và mở rộng hoặc thay đổi chúng để tạo ra một lớp mới. Trong Python, để kế thừa một lớp, bạn sử dụng cú pháp sau:

class ChildClass(ParentClass):
    # Khối định nghĩa lớp con
    pass

Trong đó, ChildClass là tên của lớp con (lớp mới sẽ được tạo ra), ParentClass là tên của lớp cha (lớp đã có), và khối định nghĩa lớp con chứa các thuộc tính và phương thức mới.

Khi một đối tượng được tạo từ lớp con, nó kế thừa tất cả các thuộc tính và phương thức của lớp cha, và có thể sử dụng chúng bằng cách sử dụng toán tử ..

Ví dụ, giả sử chúng ta có một lớp Person và muốn tạo một lớp con mới Employee, ta có thể kế thừa từ Person để sử dụng lại các thuộc tính và phương thức của lớp cha:

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def introduce(self):
        print("My name is", self.name, "and I am", self.age, "years old.")

class Employee(Person):
    def __init__(self, name, age, salary):
        super().__init__(name, age)
        self.salary = salary

    def display_salary(self):
        print("My salary is", self.salary)

Trong ví dụ này, lớp Employee được kế thừa từ lớp Person. Lớp Employee có một thuộc tính mới là salary và một phương thức mới là display_salary(). Phương thức khởi tạo __init__() của lớp con được gọi với super().__init__() để gọi lại phương thức khởi tạo của lớp cha và khởi tạo các thuộc tính name và age.

Sau khi chúng ta đã định nghĩa lớp Employee, chúng ta có thể tạo một đối tượng employee1 từ lớp Employee và sử dụng các phương thức và thuộc tính của lớp cha và lớp con:

employee1 = Employee("John", 30, 5000)
employee1.introduce()     # In ra "My name is John and I am 30 years old."
employee1.display_salary()  # In ra "My salary is 5000"

Đa hình trong Python

Đa hình là một khái niệm quan trọng trong lập trình hướng đối tượng, cho phép các đối tượng có thể có hành vi khác nhau dựa trên loại của chúng. Trong Python, đa hình có thể được thực hiện bằng cách sử dụng kỹ thuật ghi đè phương thức (method overriding) và ghi đè thuộc tính (attribute overriding).

Ghi đè phương thức là quá trình định nghĩa lại một phương thức trong lớp con mà đã được định nghĩa trong lớp cha. Khi đối tượng của lớp con được gọi, phương thức sẽ được thực thi trong lớp con thay vì trong lớp cha. Điều này cho phép lớp con có thể thay đổi hoặc mở rộng hành vi của phương thức được kế thừa từ lớp cha.

Ghi đè thuộc tính là quá trình định nghĩa lại một thuộc tính trong lớp con mà đã được định nghĩa trong lớp cha. Khi đối tượng của lớp con được tạo, giá trị của thuộc tính sẽ được lấy từ lớp con thay vì từ lớp cha.

Ví dụ, chúng ta có thể định nghĩa một lớp Animal với một phương thức speak() và một lớp con Dog kế thừa từ lớp Animal và định nghĩa lại phương thức speak() để cho phép chó kêu gâu gâu:

class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def speak(self):
        print("The animal speaks.")

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        print("The dog says 'woof woof!'")

Bây giờ, khi chúng ta tạo một đối tượng Dog và gọi phương thức speak(), chúng ta sẽ nhận được kết quả “The dog says ‘woof woof!'” thay vì “The animal speaks.”:

my_dog = Dog("Fido")
my_dog.speak()  # In ra "The dog says 'woof woof!'"

Đây là một ví dụ đơn giản về đa hình trong Python, trong đó lớp con đã ghi đè phương thức được kế thừa từ lớp cha để thay đổi hành vi của nó.

Trừu tượng trong Python

Trừu tượng là một khái niệm quan trọng trong lập trình hướng đối tượng, cho phép ta tạo ra các lớp trừu tượng mà không cần phải biết chi tiết về cách các phương thức hoạt động. Trong Python, ta có thể sử dụng kỹ thuật trừu tượng bằng cách sử dụng các lớp trừu tượng và phương thức trừu tượng.

Một lớp trừu tượng là một lớp không thể được tạo ra các đối tượng trực tiếp, mà chỉ có thể được sử dụng như một lớp cơ sở để kế thừa các lớp khác. Một lớp trừu tượng thường bao gồm các phương thức trừu tượng, tức là các phương thức chỉ có khai báo mà không có cài đặt cụ thể. Các phương thức trừu tượng này được sử dụng để mô tả các hành vi cơ bản mà các lớp con phải triển khai.

Để định nghĩa một phương thức trừu tượng, chúng ta có thể sử dụng decorator @abstractmethod từ module abc. Sau đó, các lớp con phải định nghĩa lại các phương thức trừu tượng này để triển khai hành vi cụ thể cho lớp của chúng.

Ví dụ, chúng ta có thể định nghĩa một lớp trừu tượng Shape với một phương thức trừu tượng area(), và một lớp con Rectangle kế thừa từ Shape và triển khai phương thức area() để tính diện tích của hình chữ nhật:

from abc import ABC, abstractmethod

class Shape(ABC):
    @abstractmethod
    def area(self):
        pass

class Rectangle(Shape):
    def __init__(self, width, height):
        self.width = width
        self.height = height

    def area(self):
        return self.width * self.height

Bây giờ, chúng ta có thể tạo một đối tượng Rectangle và gọi phương thức area() để tính diện tích của nó:

my_rectangle = Rectangle(3, 4)
print(my_rectangle.area())  # In ra 12

Đây là một ví dụ đơn giản về trừu tượng trong Python, trong đó chúng ta đã sử dụng lớp trừu tượng để định nghĩa một phương thức trừu tượng và lớp con để triển khai hành vi cụ thể của phương thức đó.

Tính đóng gói và bảo mật trong lập trình hướng đối tượng

Tính đóng gói (Encapsulation) và tính bảo mật (Security) là hai khái niệm quan trọng trong lập trình hướng đối tượng. Chúng được sử dụng để giữ cho mã của chúng ta được tổ chức, dễ đọc và bảo mật. Trong Python, chúng ta có thể sử dụng các thuộc tính và phương thức để đạt được tính đóng gói và tính bảo mật.

Tính đóng gói được định nghĩa như việc gói gọn các thành phần của một đối tượng trong một vùng được giới hạn để ngăn chặn truy cập trực tiếp từ bên ngoài. Trong Python, chúng ta có thể đạt được tính đóng gói bằng cách sử dụng các thuộc tính và phương thức có phạm vi truy cập khác nhau.

Các phạm vi truy cập trong Python bao gồm:

  • public: thuộc tính hoặc phương thức có thể truy cập từ bất kỳ đâu bên trong hoặc bên ngoài class.
  • protected: thuộc tính hoặc phương thức có thể truy cập từ bên trong class hoặc các class con kế thừa.
  • private: thuộc tính hoặc phương thức chỉ có thể truy cập từ bên trong class.

Để định nghĩa một thuộc tính hoặc phương thức có phạm vi truy cập, chúng ta có thể sử dụng các ký hiệu _ và __ trước tên thuộc tính hoặc phương thức. Ví dụ:

class MyClass:
    def __init__(self):
        self.public_variable = "public"
        self._protected_variable = "protected"
        self.__private_variable = "private"

    def public_method(self):
        print("This is a public method")

    def _protected_method(self):
        print("This is a protected method")

    def __private_method(self):
        print("This is a private method")

Trong ví dụ trên, public_variable là một thuộc tính public, _protected_variable là một thuộc tính protected và __private_variable là một thuộc tính private. Tương tự, public_method là một phương thức public, _protected_method là một phương thức protected và __private_method là một phương thức private.

Tính bảo mật được định nghĩa như việc ngăn chặn các thao tác không được ủy quyền đối với các thuộc tính hoặc phương thức của một đối tượng. Trong Python, chúng ta có thể đạt được tính bảo mật bằng cách sử dụng tính đóng gói và các phạm vi truy cập. Tuy nhiên, tính bảo mật có nghĩa là các thuộc tính và phương thức chỉ được truy cập bởi các phương thức công khai, và không được truy cập trực tiếp từ bên ngoài lớp. Điều này giúp ngăn chặn việc thay đổi giá trị của thuộc tính hoặc thực thi phương thức một cách không đúng cách.

Ví dụ:

class BankAccount:
    def __init__(self, account_number, balance):
        self.__account_number = account_number
        self.__balance = balance

    def deposit(self, amount):
        self.__balance += amount

    def withdraw(self, amount):
        if amount <= self.__balance:
            self.__balance -= amount
        else:
            print("Insufficient funds")

    def get_balance(self):
        return self.__balance

Trong ví dụ trên, các thuộc tính account_number và balance được định nghĩa là private bằng cách sử dụng hai dấu gạch dưới __ trước tên của chúng. Các phương thức deposit, withdraw và get_balance là các phương thức public có thể được truy cập từ bên ngoài lớp. Tuy nhiên, các thuộc tính account_number và balance chỉ có thể được truy cập thông qua các phương thức public.

Với tính đóng gói và tính bảo mật, chúng ta có thể giảm thiểu các lỗi logic và tăng tính bảo mật của chương trình. Tính đóng gói giúp cho mã của chúng ta dễ đọc và dễ bảo trì, còn tính bảo mật giúp ngăn chặn các tác động từ bên ngoài vào các thành phần quan trọng của chương trình.

Ví dụ Xây dựng ứng dụng Quản lý sinh viên

Đây là một ví dụ đơn giản về cách sử dụng lập trình hướng đối tượng để xây dựng một ứng dụng quản lý sinh viên. Trong ví dụ này, chúng ta sẽ tạo ra một lớp SinhVien để lưu trữ thông tin của một sinh viên và một lớp QuanLySinhVien để quản lý danh sách sinh viên.

class SinhVien:
    def __init__(self, ma_sinh_vien, ten_sinh_vien, gioi_tinh, diem):
        self.ma_sinh_vien = ma_sinh_vien
        self.ten_sinh_vien = ten_sinh_vien
        self.gioi_tinh = gioi_tinh
        self.diem = diem

class QuanLySinhVien:
    def __init__(self):
        self.danh_sach_sinh_vien = []

    def them_sinh_vien(self, sinh_vien):
        self.danh_sach_sinh_vien.append(sinh_vien)

    def tim_sinh_vien(self, ma_sinh_vien):
        for sinh_vien in self.danh_sach_sinh_vien:
            if sinh_vien.ma_sinh_vien == ma_sinh_vien:
                return sinh_vien
        return None

    def xoa_sinh_vien(self, ma_sinh_vien):
        sinh_vien = self.tim_sinh_vien(ma_sinh_vien)
        if sinh_vien is not None:
            self.danh_sach_sinh_vien.remove(sinh_vien)
            print(f"Đã xóa sinh viên {ma_sinh_vien}")
        else:
            print(f"Không tìm thấy sinh viên {ma_sinh_vien}")

    def hien_thi_danh_sach(self):
        print("Danh sách sinh viên:")
        for sinh_vien in self.danh_sach_sinh_vien:
            print(f"MSV: {sinh_vien.ma_sinh_vien}, Tên: {sinh_vien.ten_sinh_vien}, Giới tính: {sinh_vien.gioi_tinh}, Điểm: {sinh_vien.diem}")

Trong ví dụ này, chúng ta sử dụng lớp SinhVien để lưu trữ thông tin của một sinh viên bao gồm mã sinh viên, tên, giới tính và điểm. Lớp QuanLySinhVien được sử dụng để quản lý danh sách sinh viên bằng cách cung cấp các phương thức để thêm, tìm kiếm, xóa và hiển thị danh sách sinh viên.

Chúng ta có thể sử dụng ứng dụng này để quản lý danh sách sinh viên của một lớp học, chẳng hạn như sau:

# Tạo đối tượng quản lý sinh viên
quan_ly_sinh_vien = QuanLySinhVien()

#Thêm sinh viên vào danh sách
sinh_vien_1 = SinhVien("SV001", "Nguyễn Văn A", "Nam", 8.5)
quan_ly_sinh_vien.them_sinh_vien(sinh_vien_1)

#Xóa sinh viên có mã SV001
quan_ly_sinh_vien.xoa_sinh_vien("SV001")

#Hiển thị danh sách sinh viên sau khi xóa
quan_ly_sinh_vien.hien_thi_danh_sach_sinh_vien()

#Sửa thông tin sinh viên có mã SV002
sinh_vien = quan_ly_sinh_vien.tim_kiem_sinh_vien("SV002")
if sinh_vien:
sinh_vien.sua_thong_tin("Trần Thị Bích", "Nam", 8.0)
print("Thông tin sinh viên sau khi sửa:")
sinh_vien.hien_thi_thong_tin()
else:
print("Không tìm thấy sinh viên có mã SV002")

#Hiển thị danh sách sinh viên sau khi sửa
quan_ly_sinh_vien.hien_thi_danh_sach_sinh_vien()

#Sắp xếp danh sách sinh viên theo điểm từ cao đến thấp
quan_ly_sinh_vien.sap_xep_sinh_vien()

#Hiển thị danh sách sinh viên sau khi sắp xếp
quan_ly_sinh_vien.hien_thi_danh_sach_sinh_vien()

Kết luận

Lập trình hướng đối tượng là một phương pháp lập trình được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghệ thông tin hiện nay. Nó cho phép ta tạo ra các đối tượng với các thuộc tính và phương thức riêng biệt, giúp cho việc lập trình trở nên dễ dàng hơn và dễ bảo trì hơn.

Python là một ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng, có nhiều tính năng hỗ trợ cho việc lập trình hướng đối tượng như kế thừa, đa hình và trừu tượng. Việc sử dụng lập trình hướng đối tượng trong Python giúp cho chương trình trở nên dễ đọc, dễ bảo trì và dễ mở rộng.

Trong bài viết này, chúng ta đã tìm hiểu về các khái niệm cơ bản của lập trình hướng đối tượng, cách tạo lớp, tạo đối tượng, sử dụng phương thức và thuộc tính của lớp, kế thừa, đa hình, trừu tượng, tính đóng gói và bảo mật trong lập trình hướng đối tượng. Chúng ta cũng đã xây dựng một ứng dụng quản lý sinh viên đơn giản để minh họa cho việc sử dụng lập trình hướng đối tượng trong Python.

Với các tính năng và lợi ích của lập trình hướng đối tượng, nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ lập trình phần mềm đến lập trình web, trò chơi điện tử, trí tuệ nhân tạo và nhiều lĩnh vực khác.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *