Tìm hiểu về lập trình hướng đối tượng (Object Oriented Programming)

Lập trình hướng đối tượng (OOP) là một trong những kỹ thuật lập trình rất quan trọng hiện nay. Nó được áp dụng ở hầu hết các ứng dụng thực tế xây dựng tại các doanh nghiệp. Hầu hết các ngôn ngữ lập trình và framework lập trình phổ biến hiện nay như Java, PHP, .NET, ruby đều hỗ trợ lập trình hướng đối tượng. Các lập trình viên đa phần đã được học về lập trình hướng đối tượng ở trường đại học nhưng các nguyên lý cơ bản của lập trình hướng đối tượng đôi khi lại không nắm rõ dẫn đến sử dụng sai, không đúng triết lý của lập trình hướng đối tượng.

Trong bài viết này, tôi sẽ tóm lược lại các nguyên lý cơ bản của lập trình hướng đối tượng nhằm giúp các bạn có được một cái nhìn tổng quát về OOP cũng như cách áp dụng nó.

Lập trình hướng đối tượng là gì? Lập trình hướng đối tượng là một kỹ thuật lập trình cho phép lập trình viên tạo ra các đối tượng trong code trừu tượng hóa các đối tượng thực tế trong cuộc sống. Hướng tiếp cận này hiện đang rất thành công và đã trở thành một trong những khuôn mẫu phát triển phần mềm, đặc biệt là các phần mềm cho doanh nghiệp.

Khi phát triển ứng dụng sử dụng OOP, chúng ta sẽ định nghĩa các lớp (class) để mô hình các đối tượng thực tế. Trong ứng dụng các lớp này sẽ được khởi tạo thành các đối tượng và trong suốt thời gian ứng dụng chạy, các phương thức (method) của đối tượng này sẽ được gọi.

Lớp định nghĩa đối tượng sẽ như thế nào: gồm những phương thức và thuộc tính (property) gì. Một đối tượng chỉ là một thể hiện của lớp. Các lớp tương tác với nhau bởi các public API: là tập các phương thức, thuộc tính public của nó.

Lớp và đối tượng

OOP có 3 nguyên lý cơ bản chúng ta sẽ cùng tìm hiểu chi tiết sau đây đó là:

Tính đóng gói (Encapsulation)

Tính đóng gói tức là quy tắc yêu cầu trạng thái bên trong của một đối tượng được bảo vệ và tránh truy cập được từ code bên ngoài (tức là code bên ngoài không thể trực tiếp nhìn thấy và thay đổi trạng thái của đối tượng đó). Bất cứ truy cập nào tới trạng thái bên trong này bắt buộc phải thông qua một public API để đảm bảo trạng thái của đối tượng luôn hợp lệ bởi vì các public API chịu trách nhiệm thực hiện kiểm tra tính hợp lệ cũng như trình tự cập nhật trạng thái của đối tượng đó.

Nói chung trạng thái đối tượng không hợp lệ thường do: chưa được kiểm tra tính hợp lệ, các bước thực hiện không đúng trình tự hoặc bị bỏ qua nên trong OOP có một quy tắc quan trọng cần nhớ đó là phải luôn khai báo các trạng thái bên trong của đối tượng là private và chỉ cho truy cập qua các public/protected method/property. Khi sử dụng các đối tượng ta không cần biết bên trong nó làm việc như thế nào, ta chỉ cần biết các public API là gì và điều này đảm bảo những gì thay đổi đối tượng sẽ được kiểm tra bởi các quy tắc logic bên trong, tránh đối tượng bị sử dụng không chính xác.

Nguyên lý đóng gói như thế này ở đâu ta cũng có thể bắt gặp ví dụ như thiết kế viên thuốc, chúng ta chỉ biết nó chữa bệnh này, bệnh kia và một số thành phần chính còn cụ thể bên trong nó có những gì thì hoàn toàn không biết.

Tính kế thừa (Inheritance)

Khi bắt đầu xây dựng ứng dụng chúng ta sẽ bắt đầu việc thiết kế các lớp, thông thường chúng ta sẽ thấy có trường hợp một số lớp dường như có quan hệ với những lớp khác, chúng có những đặc tính khá giống nhau. VD: 3 lớp AndroidPhone, IPhone, WindowsPhone

Mỗi lớp đều đại diện cho một loại smartphone khác nhau nhưng lại có những thuộc tính giống nhau. Thay vì sao chép những thuộc tính này, sẽ hay hơn nếu ta đặt chúng ở một nơi có thể dùng bởi những lớp khác. Điều này được thực hiện bởi tính kế thừa trong OOP: chúng ta có thể định nghĩa lớp cha – base class (trong trường hợp này là Smartphone ) và có những lớp con kế thừa từ nó (derived class), tạo ra một mối quan hệ cha/con.

Bây giờ, các lớp con có thể kế thừa 3 thuộc tính từ lớp cha. Nếu các chức năng của lớp cha đã được định nghĩa đầy đủ thì lập trình viên sẽ không phải làm bất cứ việc gì ở lớp con. Còn nếu một lớp con muốn chức năng khác so với định nghĩa ở lớp cha thì nó có thể ghi đè (override) chức năng đã được định nghĩa trên lớp cha này.

Tính đa hình (Polymorphism)

Với đa số lập trình viên thì tính Kế thừa và Đóng gói trong OOP khá dễ hiểu còn tính Đa hình khi mới tiếp cận sẽ thấy khó hiểu hơn một chút. Tuy nhiên đây lại là một tính chất có thể nói là chứa đựng hầu hết sức mạnh của lập trình hướng đối tượng. Hiểu một cách đơn giản: Đa hình là khái niệm mà hai hoặc nhiều lớp có những phương thức giống nhau nhưng có thể thực thi theo những cách thức khác nhau.

Ví dụ như ở phần trên, mỗi một smartphone kế thừa từ lớp Smartphone nhưng có thể lưu trữ dữ liệu trên cloud theo những cách khác nhau:

AndroidPhone lưu trữ bằng Google Drive Iphone lưu trên iCloud WindowsPhone sử dụng SkyDrive.

Bởi vì tất cả đều là Smartphone nên nếu ta viết một hàm dùng kiểu Smartphone làm tham số thì khi gọi hàm ta có thể truyền vào một đối tượng kiểu AndroidPhone, Iphone hoặc WindowsPhone bởi vì chúng đều kế thừa từ lớp Smartphone nên được chấp nhận (hiểu nôm na một AndroidPhone, Iphone, WindowsPhone cũng là một Smartphone). Bên cạnh đó hàm này thậm chí không cần quan tâm smartphone nào được truyền vào do nó chỉ cần biết đối tượng đang xử lý ở đây là Smartphone với những public method/property đã được định nghĩa. Nếu các lớp con không định nghĩa lại (overrides) phương thức CloudStore() thì phương thức CloudStore() trên lớp cha (Smartphone) sẽ được gọi. Còn nếu lớp con override lại phương thức CloudStore() của lớp cha như ở hình trên thì phương thức CloudStore() trên lớp con sẽ được gọi mặc dù code trong hàm đang thao tác với đối tượng kiểu Smartphone.

Tính Đa hình như trên là một tính chất rất mạnh mẽ bởi vì nó mang lại cho code khả năng tổng quát hóa cao. Chúng ta không cần tạo ra phương thức cho mỗi kiểu kế thừa từ lớp cha Smartphone mà chỉ cần nhận một biến kiểu Smartphone và có thể làm việc với bất cứ lớp nào kế thừa từ nó. Điều duy nhất không làm được ở đây là sử dụng những phương thức mà chỉ được khai báo trên các lớp con. VD: nếu ta có một phương thức trên lớp IPhone gọi là OpenSiri() nhưng không được khai báo trên lớp Smartphone, khi đó muốn gọi nó sẽ bắt buộc phải ép kiểu từ Smartphone sang IPhone trước khi gọi.

Interface

Đa hình dựa trên Kế thừa không phải bao giờ cũng là lựa chọn tốt nhất. Ta thấy rõ ràng rằng 3 lớp bên dưới (Iphone, Laptop, FingerprintScanner) đều là những thứ có thể truy cập được bằng vân tay nhưng chúng thực hiện theo những cách khác nhau. Những lớp này có chung một hành động tạm gọi là định danh bằng sinh trắc học – BiometricAuth(). Nếu ta cố gắng gộp cả 3 lớp này vào thành 1 lớp chung sẽ không hay vì rất khó để tìm ra điểm chung tổng quát của chúng ngoài việc có thể truy cập bằng vân tay.

Do vậy thay vì sử dụng Kế thừa ở đây, ta có thể sử dụng một kỹ thuật khác đó là Interface. Interface đơn giản là một giao ước chỉ ra rằng code của bạn sẽ thực thi và hỗ trợ một public API cụ thể nào đó. Tuy nhiên các public API này được thực hiện như thế nào thì không được chỉ ra trên Interface mà sẽ được chỉ ra trên lớp thực thi interface này. Về cơ bản giao ước là một danh sách các public method/property mà chắc chắn sẽ được thực thi trong lớp của bạn.

Áp vào VD trên, ta có thể tạo ra một interface là IBiometricAuth với một phương thức là BiometricAuth(). Tiếp theo cho các lớp Iphone, Laptop, FingerprintScanner thực thi interface IBiometricAuth này như hình sau

Vì mỗi lớp trên đều thực thi interface IBiometricAuth nên ta có thể đảm bào rằng chúng đều có phương thức BiometricAuth() và khai báo của phương thức sẽ giống y như được định nghĩa trên interface IBiometricAuth. Tương tự Kế thừa dựa trên Đa hình, sử dụng Interface cho phép chúng ta khai báo phương thức nhận tham số kiểu IBiometricAuth nhưng chấp nhận bất cứ đối tượng nào truyền vào mà kiểu của nó thực thi interface IBiometricAuth này. Các lớp thực thi IBiometricAuth không cần phải có chung lớp cha ngoại trừ interface IBiometricAuth. Trong phương thức ở trên, ta có thể gọi bất cứ phương thức nào đã được định nghĩa trên interface IBiometricAuth của đối tượng truyền vào mà không cần quan tâm kiểu thực sự của nó là gì: Không cần quan tâm nó là Iphone, Laptop hay FingerprintScanner, chỉ cần biết nó hỗ trợ interface IBiometricAuth là có thể gọi được phương thức BiometricAuth(), hết sức linh hoạt và mềm dẻo.

Tóm lại

Trong bài viết này tôi đã tóm lược lại 3 nguyên lý cơ bản của lập trình hướng đối tượng sao cho đơn giản và dễ hiểu nhất. Mặc dù chúng rất cơ bản và hầu như ai học về lập trình cũng đã từng được học hoặc đọc nhưng hy vọng bài viết này sẽ mang đến một điều gì đó dễ dàng tiếp cận hơn cho các bạn, nhất là những lập trình viên mới tiếp cận OOP. Hãy chia sẻ phản hồi của bạn về bài viết và share cho bạn bè nếu bạn thấy nó hữu ích nhé. Nếu bạn có câu hỏi gì xin vui lòng comment dưới bài viết để chúng ta cùng thảo luận.