Khái niệm hướng đối tượng trong Python



Python là một ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng. Do đó với những bạn đã học qua C++ chắc rằng đã khá quen thuộc với các khái niệm về hướng đối tượng này. Chương này sẽ trình bày sơ qua về các thuật ngữ liên quan đến hướng đối tượng cùng với các ví dụ minh họa giúp bạn dễ hiểu hơn về vấn đề đã trình bày.

Một số khái niệm hướng đối tượng

  • Lớp: Một nguyên mẫu được định nghĩa bởi người dùng cho một đối tượng mà định nghĩa một tập hợp các thuộc tính mà xác định rõ bất kỳ đối tượng nào của lớp đó. Các thuộc tính là các thành viên dữ liệu (các biến class và biến instance) và các phương thức được truy cập thông qua toán tử dot (dấu chấm .).

  • Biến class: Đây là một biến được chia sẻ bởi tất cả các instance (sự thể hiện) của một lớp. Các biến class được định nghĩa bên trong một lớp nhưng ở bên ngoài bất cứ phương thức nào của lớp đó. Biến class không được sử dụng thường xuyên như biến instance.

  • Thành viên dữ liệu: Là một biến class hoặc biến instance mà giữ dữ liệu được liên kết với một lớp và các đối tượng của nó.

  • Nạp chồng hàm (overloading): Là phép gán của nhiều hơn một hành vi tới một hàm cụ thể. Hoạt động được thực hiện là đa dạng do các kiểu của các đối tượng hoặc tham số liên quan.

  • Biến instance: Là một biến được định nghĩa bên trong một phương thức và chỉ thuộc sở hữu của instance hiện tại của một lớp đó.

  • Tính kế thừa: Là việc truyền các đặc trưng của một lớp cho các lớp khác mà kế thừa từ lớp ban đầu.

  • Instance: Là một đối tượng riêng của một lớp nào đó. Một đối tượng obj mà thuộc một lớp Circle là một instance (sự thể hiện) của lớp Circle.

  • Trình khởi tạo: Là trình tạo một sự thể hiện của một lớp.

  • Phương thức: Một loại hàm đặc biệt mà được định nghĩa trong một phần định nghĩa lớp.

  • Đối tượng: Một instance duy nhất của một cấu trúc dữ liệu mà được định nghĩa bởi lớp của nó. Một đối tượng gồm các thành viên dữ liệu (biến class và biến instance) và các phương thức.

  • Nạp chồng toán tử: Là phép gán của nhiều hơn một hàm cho một toán tử cụ thể.

Tạo các lớp trong Python

Trong Python, lệnh class được sử dụng để tạo một lớp mới. Tên của lớp theo ngay sau từ khóa class và được theo sau bởi dấu hai chấm, như sau:

class TenLop:
   'Phan documentation string cho lop la tuy y'
   class_suite
  • Lớp có một Documentation String mà có thể được truy cập thông qua TenLop.__doc__.

  • class_suite gồm tất cả các lệnh thành phần mà định nghĩa các thành viên lớp, cấu trúc dữ liệu và hàm.

Dưới đây là ví dụ đơn giản về một lớp trong Python:

class Sinhvien:
   'Class co so chung cho tat ca sinh vien'
   svCount = 0

   def __init__(self, ten, hocphi):
      self.ten = ten
      self.hocphi = hocphi
      Sinhvien.svCount += 1
   
   def displayCount(self):
     print "Tong so Sinh vien %d" % Sinhvien.svCount

   def displaySinhvien(self):
      print "Ten : ", self.ten,  ", Hoc phi: ", self.hocphi
  • Biến svCount là một biến class có giá trị được chia sẻ trong tất cả instance của lớp Sinhvien này. Biến này có thể được truy cập dưới dạng Sinhvien.svCount từ bên trong lớp hoặc bên ngoài lớp.

  • Phương thức đầu tiên __init__() là một phương thức đặc biệt, là constructor của lớp hoặc phương thức khởi tạo mà Python gọi khi bạn tạo một instance mới của lớp này.

  • Bạn khai báo các phương thức khác như các hàm thông thường với exception là tham số đầu tiên cho mỗi phương thức là self. Python thêm tham số self tới List cho bạn; bạn không cần bao nó khi bạn gọi các phương thức.

Tạo Instance trong Python

Để tạo các instance của một lớp, bạn gọi lớp này bởi sử dụng tên lớp và truyền vào bất kỳ tham số nào mà phương thức __init__ của nó chấp nhận. Bạn theo dõi ví dụ sau:

"Lenh nay tao doi tuong dau tien cua lop Sinhvien"
sv1 = Sinhvien("Hoang", 4000000)
"Lenh nay tao doi tuong thu hai cua lop Sinhvien"
sv2 = Sinhvien("Huong", 4500000)

Truy cập các thuộc tính trong Python

Bạn truy cập các thuộc tính của đối tượng bởi sử dụng toán tử dot (dấu chấm) với đối tượng. Biến class sẽ được truy cập bởi sử dụng tên lớp như sau:

sv1.displaySinhvien()
sv2.displaySinhvien()
print "Tong so Sinh vien %d" % Sinhvien.svCount

Bây giờ đặt tất cả khái niệm cùng với nhau:

 

class Sinhvien:
   'Class co so chung cho tat ca sinh vien'
   svCount = 0

   def __init__(self, ten, hocphi):
      self.ten = ten
      self.hocphi = hocphi
      Sinhvien.svCount += 1
   
   def displayCount(self):
     print "Tong so Sinh vien %d" % Sinhvien.svCount

   def displaySinhvien(self):
      print "Ten : ", self.ten,  ", Hoc phi: ", self.hocphi

"Lenh nay tao doi tuong dau tien cua lop Sinhvien"
sv1 = Sinhvien("Hoang", 4000000)
"Lenh nay tao doi tuong thu hai cua lop Sinhvien"
sv2 = Sinhvien("Huong", 4500000)
sv1.displaySinhvien()
sv2.displaySinhvien()
print "Tong so Sinh vien %d" % Sinhvien.svCount

Khi code trên được thực thi sẽ cho kết quả:

Ten :  Hoang ,Hoc phi:  4000000
Ten :  Huong ,Hoc phi:  4500000
Tong so Sinh vien 2

Bạn có thể thêm, xóa, hoặc sửa đổi các thuộc tính của các lớp và đối tượng tại bất cứ thời điểm nào.

sv1.tuoi = 21  # Them mot thuoc tinh 'tuoi'.
sv1.tuoi = 20  # Sua doi thuoc tinh 'tuoi'.
del sv1.tuoi  # Xoa thuoc tinh 'tuoi'.

Thay vì sử dụng các lệnh chính thức để truy cập các thuộc tính, bạn có thể sử dụng các hàm sau:

  • Hàm getattr(obj, name[, default]) : Để truy cập thuộc tính của đối tượng.

  • Hàm hasattr(obj,name) : Để kiểm tra xem một thuộc tính có tồn tại hay không.

  • Hàm setattr(obj,name,value) : Để thiết lập một thuộc tính. Nếu thuộc tính không tồn tại, thì nó sẽ được tạo.

  • Hàm delattr(obj, name) : Để xóa một thuộc tính.

Ví dụ:

hasattr(sv1, 'tuoi')    # Tra ve true neu thuoc tinh 'tuoi' ton tai
getattr(sv1, 'tuoi')    # Tra ve gia tri cua thuoc tinh 'tuoi'
setattr(sv1, 'tuoi', 20) # Thiet lap thuoc tinh 'tuoi' la 20
delattr(sv1, 'tuoi')    # Xoa thuoc tinh 'tuoi'

Các thuộc tính đã có sẵn cho lớp trong Python

Mỗi lớp Python đều giữ các thuộc tính đã được xây dựng sẵn sau và chúng có thể được truy cập bởi sử dụng toán tử dot (dấu chấm .) như bất kỳ thuộc tính khác:

  • __dict__: Là Dictionary chứa namespace của lớp.

  • __doc__: Được sử dụng để truy cập Documentation String của lớp nếu có.

  • __name__: Là tên lớp.

  • __module__: Là tên Module trong đó lớp được định nghĩa. Thuộc tính là __main__ trong chế độ tương tác.

  • __bases__: Là một Tuple chứa các lớp cơ sở.

Với lớp Sinhvien trên, chúng ta sẽ thử truy cập tất cả các thuộc tính này.

 

class Sinhvien:
   'Class co so chung cho tat ca sinh vien'
   svCount = 0

   def __init__(self, ten, hocphi):
      self.ten = ten
      self.hocphi = hocphi
      Sinhvien.svCount += 1
   
   def displayCount(self):
     print "Tong so Sinh vien %d" % Sinhvien.svCount

   def displaySinhvien(self):
      print "Ten : ", self.ten,  ", Hoc phi: ", self.hocphi

print "Sinhvien.__doc__:", Sinhvien.__doc__
print "Sinhvien.__name__:", Sinhvien.__name__
print "Sinhvien.__module__:", Sinhvien.__module__
print "Sinhvien.__bases__:", Sinhvien.__bases__
print "Sinhvien.__dict__:", Sinhvien.__dict__

Khi code trên được thực thi sẽ cho kết quả:

Sinhvien.__doc__: Class co so chung cho tat ca sinh vien
Sinhvien.__name__: Sinhvien
Sinhvien.__module__: __main__
Sinhvien.__bases__: ()
Sinhvien.__dict__: {'__module__': '__main__', 'displayCount':
<function displayCount at 0xb7c84994>, 'svCount': 2, 
'displaySinhvien': <function displaySinhvien at 0xb7c8441c>, 
'__doc__': 'Class co so chung cho tat ca sinh vien', 
'__init__': <function __init__ at 0xb7c846bc>}

Hủy đối tượng (Trình dọn rác) trong Python

Python sẽ hủy các đối tượng mà không cần đến nữa (các kiểu đã được xây dựng sẵn hoặc instance của lớp) một cách tự động để giải phóng không gian bộ nhớ. Tiến trình này được gọi là Garbage Collection được thực hiện bởi trình dọn rác Garbage Collector.

Trình dọn rác của Python chạy trong khi thực thi chương trình và được kích hoạt khi số tham chiếu của một đối tượng tiến về 0. Số tham chiếu của một đối tượng thay đổi khi số alias mà trỏ tới nó thay đổi.

Số tham chiếu của một đối tượng tăng khi nó được gán một tên mới hoặc được đặt trong một container (chẳng hạn như List, Tuple, Dictionary). Số tham chiếu của một đối tượng giảm khi nó bị xóa với lệnh del, tham chiếu của nó được tái gán, hoặc tham chiếu của nó thoát ra khỏi phạm vi. Khi số tham chiếu của một đối tượng tiến về 0, thì Python thu thập nó một cách tự động. Ví dụ:

a = 40      # Tao doi tuong <40>
b = a       # Tang so tham chieu cua <40> 
c = [b]     # Tang so tham chieu cua <40> 

del a       # Giam so tham chieu cua <40>
b = 100     # Giam so tham chieu cua <40> 
c[0] = -1   # Giam so tham chieu cua <40> 

Thường thì bạn sẽ không chú ý khi trình dọn rác hủy một instance và giải phóng bộ nhớ. Nhưng một lớp có thể triển khai phương thức đặc biệt là __del__(), được gọi là một destructor, mà được triệu hồi khi instance là chuẩn bị được hủy. Phương thức này có thể được sử dụng để xóa bất kỳ nguồn bộ nhớ nào được sử dụng bởi một instance.

Ví dụ

__del__() destructor này in tên lớp của một instance mà chuẩn bị được hủy.

 

class Point:
   def __init( self, x=0, y=0):
      self.x = x
      self.y = y
   def __del__(self):
      class_name = self.__class__.__name__
      print class_name, "destroyed"

pt1 = Point()
pt2 = pt1
pt3 = pt1
print id(pt1), id(pt2), id(pt3) # in id cua doi tuong
del pt1
del pt2
del pt3

Khi code trên được thực thi sẽ cho kết quả sau:

3083401324 3083401324 3083401324
Point destroyed

Ghi chú: Một cách lý tưởng nhất là bạn nên định nghĩa các lớp của bạn trong file riêng biệt, sau đó bạn nên import chúng trong file chương trình chính bởi sử dụng lệnh import.

Kế thừa lớp trong Python

Thay vì bắt đầu viết code cho một lớp mới, bạn có thể tạo một lớp bằng việc kế thừa nó từ một lớp đã tồn tại trước đó bằng cách liệt kê lớp cha trong cặp dấu ngoặc đơn sau tên lớp mới.

Lớp con kế thừa các thuộc tính của lớp cha của nó, và bạn có thể sử dụng các thuộc tính như thể là chúng đã được định nghĩa trong lớp con đó. Một lớp con cũng có thể ghi đè các thành viên dữ liệu và các phương thức từ lớp cha.

Cú pháp

Các lớp kế thừa được khai báo khá giống như lớp cha của nó; tuy nhiên, một danh sách lớp cơ sở để kế thừa từ đó được cung cấp sau tên lớp mới.

class Tenlopcon (LopCha1[, LopCha2, ...]):
   'Phan documentation string cua Class la tuy y'
   class_suite

Ví dụ

 

class Parent:        # dinh nghia lop cha
   parentAttr = 100
   def __init__(self):
      print "Goi constructor cua lop cha"

   def parentMethod(self):
      print 'Goi phuong thuc cua lop cha'

   def setAttr(self, attr):
      Parent.parentAttr = attr

   def getAttr(self):
      print "Thuoc tinh cua lop cha :", Parent.parentAttr

class Child(Parent): # dinh nghia lop con
   def __init__(self):
      print "Goi constructor cua lop con"

   def childMethod(self):
      print 'Goi phuong thuc cua lop con'

c = Child()          # instance cua lop con
c.childMethod()      # lop con goi phuong thuc cua no
c.parentMethod()     # goi phuong thuc cua lop cha
c.setAttr(200)       # tiep tuc goi phuong thuc cua lop cha
c.getAttr()          # tiep tuc goi phuong thuc cua lop cha

Khi code trên được thực thi sẽ cho kết quả sau:

Goi constructor cua lop con
Goi phuong thuc cua lop con
Goi phuong thuc cua lop cha
Thuoc tinh cua lop cha : 200

Theo cách tương tự, bạn có thể kế thừa một lớp từ nhiều lớp cha như sau:

class A:        # dinh nghia lop A
.....

class B:         # dinh nghia lop B
.....

class C(A, B):   # lop con cua A va B
.....

Bạn có thể sử dụng các hàm issubclass() hoặc isinstance() để kiểm tra mối quan hệ của hai lớp và instance.

  • Hàm issubclass(sub, sup) trả về true nếu lớp con sub đã cho thực sự là lớp con của lớp cha sup.

  • Hàm isinstance(obj, Class) trả về true nếu obj là một instance của lớp Class hoặc là một instance của lớp con của Class.

Ghi đè phương thức trong Python

Bạn có thể ghi đè các phương thức của lớp cha. Một trong các lý do để thực hiện việc ghi đè phương thức của lớp cha là bạn muốn có tính năng khác biệt hoặc đặc biệt trong lớp con.

Ví dụ

 

class Parent:        # dinh nghia lop cha
   def myMethod(self):
      print 'Goi phuong thuc cua lop cha'

class Child(Parent): # dinh nghia lop con
   def myMethod(self):
      print 'Goi phuong thuc cua lop con'

c = Child()          # instance cua lop con
c.myMethod()         # lop con goi phuong thuc duoc ghi de

Kết quả là:

Goi phuong thuc cua lop con

Nạp chồng phương thức trong Python

Bảng dưới đây liệt kê một số tính năng chung mà bạn có thể ghi đè trong các lớp riêng của bạn.

STTPhương thức, Miêu tả và Lời gọi mẫu
1__init__ ( self [,args...] )
Là constructor (với bất kỳ tham số tùy ý nào)
Lời gọi mẫu : obj = tenLop(args)
2__del__( self )
Là destructor, xóa một đối tượng
Lời gọi mẫu : del obj
3__repr__( self )
Biểu diễn chuỗi có thể ước lượng
Lời gọi mẫu : repr(obj)
4__str__( self )
Biểu diễn chuỗi có thể in được
Lời gọi mẫu : str(obj)
5__cmp__ ( self, x )
So sánh đối tượng
Lời gọi mẫu : cmp(obj, x)

Nạp chồng toán tử trong Python

Giả sử bạn đã tạo một lớp Vector để biểu diễn các vector hai chiều. Điều gì xảy ra khi bạn sử dụng toán tử cộng (+) để cộng chúng? Có thể nói vui rằng, lúc đó Python sẽ la hét vào mặt bạn.

Tuy nhiên, bạn có thể định nghĩa phương thức __add_ trong lớp của bạn để thực hiện phép cộng vector và sau đó phép cộng vector sẽ vận hành như bạn mong đợi.

Ví dụ

 

class Vector:
   def __init__(self, a, b):
      self.a = a
      self.b = b

   def __str__(self):
      return 'Vector (%d, %d)' % (self.a, self.b)
   
   def __add__(self,other):
      return Vector(self.a + other.a, self.b + other.b)

v1 = Vector(2,10)
v2 = Vector(5,-2)
print v1 + v2

Kết quả là:

Vector(7,8)

Ẩn dữ liệu (Data Hiding) trong Python

Các thuộc tính của một đối tượng có thể hoặc không thể là nhìn thấy với bên ngoài phần định nghĩa lớp. Bạn cần đặc tên các thuộc tính với một tiền tố là hai dấu gạch dưới, và sau đó các thuộc tính này sẽ không là nhìn thấy với bên ngoài.

Ví dụ

 

class JustCounter:
   __secretCount = 0
  
   def count(self):
      self.__secretCount += 1
      print self.__secretCount

counter = JustCounter()
counter.count()
counter.count()
print counter.__secretCount

Kết quả là:

1
2
Traceback (most recent call last):
  File "test.py", line 12, in <module>
    print counter.__secretCount
AttributeError: JustCounter instance has no attribute '__secretCount'

Python bảo vệ các thành viên đó bằng cách thay đổi nội tại tên để bao tên lớp. Bạn có thể truy cập các thuộc tính này dưới dạng như doi_tuong._tenLop__tenThuocTinh. Nếu bạn thay thế dòng cuối cùng như sau, thì nó sẽ làm việc cho bạn.

.........................
print counter._JustCounter__secretCount

Kết quả là:

1
2
2