Các mở rộng của C++ (phần 1)

Để bổ sung các tính năng mới vào C, một số từ khóa (keyword) mới đã được đưa vào C++ ngoài các từ khóa có trong C. Các chương trình bằng C nào sử dụng các tên trùng với các từ khóa cần phải thay đổi trước khi chương trình được dịch lại bằng C++. Các từ khóa mới này là :

 C++ chấp nhận hai kiểu chú thích. Các lập trình viên bằng C đã quen với cách chú thích bằng /*…*/. Trình biên dịch sẽ bỏ qua mọi thứ nằm giữa /*…*/.

Ví dụ 2.1: Trong chương trình sau :

#include <iostream.h> 
int main()
{
	int I;
	for(I = 0; I <10 ; ++ I) // 0 - 9
	 cout<<I<<"
";	// In ra
	return 0;
}

Mọi thứ nằm giữa /*…*/ từ dòng 1 đến dòng 3 đều được chương trình bỏ qua. Chương trình này còn minh họa cách chú thích thứ hai. Đó là cách chú thích bắt đầu bằng // ở dòng 8 và dòng 9. Chúng ta chạy ví dụ 2.1, kết quả ở hình 2.1.

Nói chung, kiểu chú thích /*…*/ được dùng cho các khối chú thích lớn gồm nhiều dòng, còn kiểu // được dùng cho các chú thích một dòng.

Trong chương trình C, chúng ta thường sử dụng các hàm nhập/xuất dữ liệu là printf() và scanf(). Trong C++ chúng ta có thể dùng dòng nhập/xuất chuẩn (standard input/output stream) để nhập/xuất dữ liệu thông qua hai biến đối tượng của dòng (stream object) là cout và cin.

Ví dụ 2.2: Chương trình nhập vào hai số. Tính tổng và hiệu của hai số vừa nhập.

//Chuong trinh 2.2
#include <iostream.h>
int main()
{
	int X, Y;
	cout<< "Nhap vao mot so X:";
	cin>>X;
	cout<< "Nhap vao mot so Y:";
	cin>>Y;
	cout<<"Tong cua chung:"<<X+Y<<"
";
	cout<<"Hieu cua chung:"<<X-Y<<"
";
	return 0;
}

Để thực hiện dòng xuất chúng ta sử dụng biến cout (console output)kết hợp với toán tử chèn (insertion operator) << như ở các dòng 5, 7, 9 và 10. Còn dòng nhập chúng ta sử dụng biến cin (console input) kết hợp với toán tử trích (extraction operator) >> như ở các dòng 6 và 8. Khi sử dụng cout hay cin, chúng ta phải kéo file iostream.h như dòng 1. Chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ về dòng nhập/xuất ở chương 8. Chúng ta chạy ví dụ 2.2 , kết quả ở hình 2.2.

Hình thức chuyển đổi kiểu trong C tương đối tối nghĩa, vì vậy C++ trang bị thêm một cách chuyển đổi kiểu giống như một lệnh gọi hàm.

Ví dụ 2.3:

#include <iostream.h>
int main()
{
	int X = 200;
	long Y = (long) X; //Chuyen doi kieu theo cach cua C
	long Z = long(X);  //Chuyen doi kieu theo cach moi cua C++
	cout<< "X = "<<X<<"
";
	cout<< "Y = "<<Y<<"
";
	cout<< "Z = "<<Z<<"
"; 
	return 0;
}

Chúng ta chạy ví dụ 2.3 , kết quả ở hình 2.4.

Trong chương trình C đòi hỏi tất cả các khai báo bên trong một phạm vi cho trước phải được đặt ở ngay đầu của phạm vi đó. Điều này có nghĩa là tất cả các khai báo toàn cục phải đặt trước tất cả các hàm và các khai báo cục bộ phải được tiến hành trước tất cả các lệnh thực hiện. Ngược lại C++ cho phép chúng ta khai báo linh hoạt bất kỳ vị trí nào trong một phạm vi cho trước (không nhất thiết phải ngay đầu của phạm vi), chúng ta xen kẽ việc khai báo dữ liệu với các câu lệnh thực hiện.

Ví dụ 2.4: Chương trình mô phỏng một máy tính đơn giản

1: #include <iostream.h>
2: int main()
3: {
4:    int X;
5:    cout<< "Nhap vao so thu nhat:";
6:    cin>>X;
7:    int Y;
8:    cout<< "Nhap vao so thu hai:";
9:    cin>>Y;
10:    char Op;
11:    cout<<"Nhap vao toan tu (+-*/):";
12:    cin>>Op;
13:    switch(Op)
14:    {
15:       case ‘+’:
16:          cout<<"Ket qua:"<<X+Y<<"
";
17:          break;
18:       case ‘-’:
19:          cout<<"Ket qua:"<<X-Y<<"
";
20:          break;
21:       case ‘*’:
22:          cout<<"Ket qua:"<<long(X)*Y<<"
";
23:          break;
24:       case ‘/’: 
25:          if (Y)
26:             cout<<"Ket qua:"<<float(X)/Y<<"
";
27:          else
28:             cout<<"Khong the chia duoc!" <<"
"; 9; 9; 
29:          break;
30:       default :
31:          cout<<"Khong hieu toan tu nay!"<<"
";
32:    }
33:    return 0;
34: }

Trong chương trình chúng ta xen kẻ khai báo biến với lệnh thực hiện ở dòng 4 đến dòng 12. Chúng ta chạy ví dụ 2.4, kết quả ở hình 2.5.

Khi khai báo một biến trong chương trình, biến đó sẽ có hiệu lực trong phạm vi của chương trình đó kể từ vị trí nó xuất hiện. Vì vậy chúng ta không thể sử dụng một biến được khai báo bên dưới nó.

Trong ANSI C, muốn định nghĩa một hằng có kiểu nhất định thì chúng ta dùng biến const (vì nếu dùng #define thì tạo ra các hằng không có chứa thông tin về kiểu). Trong C++, các biến const linh hoạt hơn một cách đáng kể:

C++ xem const cũng như #define nếu như chúng ta muốn dùng hằng có tên trong chương trình. Chính vì vậy chúng ta có thể dùng const để quy định kích thước của một mảng như đoạn mã sau:

const int ArraySize = 100;

int X[ArraySize];

Khi khai báo một biến const trong C++ thì chúng ta phải khởi tạo một giá trị ban đầu nhưng đối với ANSI C thì không nhất thiết phải làm như vậy (vì trình biên dịch ANSI C tự động gán trị zero cho biến const nếu chúng ta không khởi tạo giá trị ban đầu cho nó).

Phạm vi của các biến const giữa ANSI C và C++ khác nhau. Trong ANSI C, các biến const được khai báo ở bên ngoài mọi hàm thì chúng có phạm vi toàn cục, điều này nghĩa là chúng có thể nhìn thấy cả ở bên ngoài file mà chúng được định nghĩa, trừ khi chúng được khai báo là static. Nhưng trong C++, các biến const được hiểu mặc định là static.

Trong C++, các struct và union thực sự các các kiểu class. Tuy nhiên có sự thay đổi đối với C++. Đó là tên của struct và union được xem luôn là tên kiểu giống như khai báo bằng lệnh typedef vậy.

struct Complex
{
float Real;
float Imaginary;
};
…………………..
struct Complex C;

struct Complex
{
float Real;
float Imaginary;
};
…………………..
Complex C;

Quy định này cũng áp dụng cho cả union và enum. Tuy nhiên để tương thích với C, C++ vẫn chấp nhận cú pháp cũ.

Một kiểu union đặc biệt được thêm vào C++ gọi là union nặc danh (anonymous union). Nó chỉ khai báo một loạt các trường(field) dùng chung một vùng địa chỉ bộ nhớ. Một union nặc danh không có tên tag, các trường có thể được truy xuất trực tiếp bằng tên của chúng. Chẳng hạn như đoạn mã sau:

union 
{
int Num;
float Value;
};

Cả hai Num và Value đều dùng chung một vị trí và không gian bộ nhớ. Tuy nhiên không giống như kiểu union có tên, các trường của union nặc danh thì được truy xuất trực tiếp, chẳng hạn như sau:

Num = 12;

Value = 30.56;

Toán tử định phạm vi (scope resolution operator) ký hiệu là ::, nó được dùng truy xuất một phần tử bị che bởi phạm vi hiện thời.

Ví dụ 2.5 :

1: #include <iostream.h>
2: int X = 5;
3: int main()
4: {
5:    int X = 16;
6:    cout<< "Bien X ben trong = "<<X<<"
";
7:    cout<< "Bien X ben ngoai = "<<::X<<"
";
8:    return 0;
9: }

Chúng ta chạy ví dụ 2.5, kết quả ở hình 2.6

Toán tử định phạm vi còn được dùng trong các định nghĩa hàm của các phương thức trong các lớp, để khai báo lớp chủ của các phương thức đang được định nghĩa đó. Toán tử định phạm vi còn có thể được dùng để phân biệt các thành phần trùng tên của các lớp cơ sở khác nhau.

Trong các chương trình C, tất cả các cấp phát động bộ nhớ đều được xử lý thông qua các hàm thư viện như malloc(), calloc() và free(). C++ định nghĩa một phương thức mới để thực hiện việc cấp phát động bộ nhớ bằng cách dùng hai toán tử new và delete. Sử dụng hai toán tử này sẽ linh hoạt hơn rất nhiều so với các hàm thư viện của C.

int *P;
P = malloc(sizeof(int));
if (P==NULL)
printf("Khong con du bo nho de cap phat
");
else
{
*P = 290;
printf("%d
", *P);
free(P);
}

int *P;
P = new int;
if (P==NULL)
cout<<"Khong con du bo nho de cap phat
";
else
{
*P = 290;
cout<<*P<<"
";
delete P;
}

Chúng ta nhận thấy rằng, cách viết của C++ sáng sủa và dễ sử dụng hơn nhiều. Toán tử new thay thế cho hàm malloc() hay calloc() của C có cú pháp như sau :

new type_name

new ( type_name )

new type_name initializer

new ( type_name ) initializer

Trong đó :

type_name: Mô tả kiểu dữ liệu được cấp phát. Nếu kiểu dữ liệu mô tả phức tạp, nó có thể được đặt bên trong các dấu ngoặc.

initializer: Giá trị khởi động của vùng nhớ được cấp phát.

Nếu toán tử new cấp phát không thành công thì nó sẽ trả về giá trị NULL.

Còn toán tử delete thay thế hàm free() của C, nó có cú pháp như sau :

delete pointer

delete [] pointer

Chúng ta có thể vừa cấp phát vừa khởi động như sau :

int *P;
P = new int(100);
if (P!=NULL)
{
cout<<*P<<"
";
delete P;
}
else
cout<<"Khong con du bo nho de cap phat
";

Để cấp phát một mảng, chúng ta làm như sau :

int *P;
P = new int[10]; //Cấp phát mảng 10 số nguyên
if (P!=NULL)
{
for(int I = 0;I<10;++)
P[I]= I;
for(I = 0;I<10;++)
cout<<P[I]<<"
";
delete []P;
}else cout<<"Khong con du bo nho de cap phat
";

Chú ý: Đối với việc cấp phát mảng chúng ta không thể vừa cấp phát vừa khởi động giá trị cho chúng, chẳng hạn đoạn chương trình sau là sai :

int *P;

P = new (int[10])(3); //Sai !!!

Ví dụ 2.6: Chương trình tạo một mảng động, khởi động mảng này với các giá trị ngẫu nhiên và sắp xếp chúng.

1: #include <iostream.h>
2: #include <time.h>
3: #include <stdlib.h>
4: int main()
5: {
6:    int N;
7:    cout<<"Nhap vao so phan tu cua mang:";
8:    cin>>N;
9:    int *P=new int[N];
10:    if (P==NULL)
11:    {
12:       cout<<"Khong con bo nho de cap phat
";
13:       return 1;
14:    }
15:    srand((unsigned)time(NULL));
16:    for(int I=0;I<N;++I)
17:      P[I]=rand()%100; //Tạo các số ngẫu nhiên từ 0 đến 99
18:    cout<<"Mang truoc khi sap xep
";
19:    for(I=0;I<N;++I)
20:       cout<<P[I]<<" ";
21:    for(I=0;I<N-1;++I)
22:       for(int J=I+1;J<N;++J)
23:          if (P[I]>P[J])
24:          {
25:             int Temp=P[I];
26:             P[I]=P[J];
27:             P[J]=Temp;
28:          }
29:    cout<<"
Mang sau khi sap xep
";
30:    for(I=0;I<N;++I)
31:       cout<<P[I]<<" ";
32:    delete []P;
33:    return 0;
34:  }

Chúng ta chạy ví dụ 2.6, kết quả ở hình 2.7

Kết quả của ví dụ 2.6 (Hình 2.7)

Ví dụ 2.7: Chương trình cộng hai ma trận trong đó mỗi ma trận được cấp phát động.

Chúng ta có thể xem mảng hai chiều như mảng một chiều như hình 2.8

Gọi X là mảng hai chiều có kích thước m dòng và n cột.

A là mảng một chiều tương ứng.

Nếu X[i][j] chính là A[k] thì k = i*n + j

Chúng ta có chương trình như sau :

1: #include <iostream.h>
2: #include <conio.h>
3: //prototype
4: void AddMatrix(int * A,int *B,int*C,int M,int N);
5: int AllocMatrix(int **A,int M,int N);
6: void FreeMatrix(int *A);
7: void InputMatrix(int *A,int M,int N,char Symbol);
8: void DisplayMatrix(int *A,int M,int N);
9: 
10: int main()
11: {
12:     int M,N;
13:     int *A = NULL,*B = NULL,*C = NULL;
14:
15:     clrscr();
16:     cout<<"Nhap so dong cua ma tran:";
17:     cin>>M;
18:     cout<<"Nhap so cot cua ma tran:";
19:     cin>>N;
20:     //Cấp phát vùng nhớ cho ma trận A
21:     if (!AllocMatrix(&A,M,N))
22:     { //endl: Xuất ra kí tự xuống dòng (‘
’)
23:         cout<<"Khong con du bo nho!"<<endl; 
24:         return 1;
25:     }
26:     //Cấp phát vùng nhớ cho ma trận B
27:     if (!AllocMatrix(&B,M,N))
28:     {
29:         cout<<"Khong con du bo nho!"<<endl;
30:         FreeMatrix(A);//Giải phóng vùng nhớ A
31:         return 1;
32:     }
33:     //Cấp phát vùng nhớ cho ma trận C
34:     if (!AllocMatrix(&C,M,N))
35:     {
36:         cout<<"Khong con du bo nho!"<<endl;
37:         FreeMatrix(A);//Giải phóng vùng nhớ A
38:         FreeMatrix(B);//Giải phóng vùng nhớ B
39:         return 1;
40:     }
41:     cout<<"Nhap ma tran thu 1"<<endl;
42:     InputMatrix(A,M,N,'A');
43:     cout<<"Nhap ma tran thu 2"<<endl;
44:     InputMatrix(B,M,N,'B');
45:     clrscr();
46:     cout<<"Ma tran thu 1"<<endl;
47:     DisplayMatrix(A,M,N);
48:     cout<<"Ma tran thu 2"<<endl;
49:     DisplayMatrix(B,M,N);
50:     AddMatrix(A,B,C,M,N);
51:     cout<<"Tong hai ma tran"<<endl;
52:     DisplayMatrix(C,M,N);
53:     FreeMatrix(A);//Giải phóng vùng nhớ A
54:     FreeMatrix(B);//Giải phóng vùng nhớ B
55:     FreeMatrix(C);//Giải phóng vùng nhớ C
56:     return 0;
57: }
68: //Cộng hai ma trận
69: void AddMatrix(int *A,int *B,int*C,int M,int N)
70: {
71:     for(int I=0;I<M*N;++I)
72:     C[I] = A[I] + B[I];
73: }
74: //Cấp phát vùng nhớ cho ma trận
75: int AllocMatrix(int **A,int M,int N)
76: {
77:     *A = new int [M*N];
78:     if (*A == NULL)
79:         return 0;
80:     return 1;
81: }
82: //Giải phóng vùng nhớ
83: void FreeMatrix(int *A)
84: {
85:     if (A!=NULL)
86:         delete [] A;
87: }
88: //Nhập các giá trị của ma trận
89: void InputMatrix(int *A,int M,int N,char Symbol)
90: {
91:     for(int I=0;I<M;++I)
92:     for(int J=0;J<N;++J)
93     {
94:         cout<<Symbol<<"["<<I<<"]["<<J<<"]=";
95:         cin>>A[I*N+J];
96:     }
97: }
100: //Hiển thị ma trận
101: void DisplayMatrix(int *A,int M,int N)
102: {
103:    for(int I=0;I<M;++I)
104:    {
105:      for(int J=0;J<N;++J)
106:     {
107:      out.awidth(7);//canh le phai voi chieu dai 7 ky tu
108:      cout<<A[I*N+J];
109:     }
110:    cout<<endl;
111:    }
112: }

Chúng ta chạy ví du 2.7 , kết quả ở hình 2.9

Một cách khác để cấp phát mảng hai chiều A gồm M dòng và N cột như sau:

int ** A = new int *[M];
int * Tmp = new int[M*N];
for(int I=0;I<M;++I)
{
A[I]=Tmp;
Tmp+=N;
}
//Thao tác trên mảng hai chiều A
…………………..
delete [ ] *A;
delete [ ] A;

Toán tử new còn có một thuận lợi khác, đó là tất cả các lỗi cấp phát động đều có thể bắt được bằng một hàm xử lý lỗi do người dùng tự định nghĩa. C++ có định nghĩa một con trỏ (pointer) trỏ đến hàm đặc biệt. Khi toán tử new được sử dụng để cấp phát động và một lỗi xảy ra do cấp phát, C++ tự gọi đến hàm được chỉ bởi con trỏ này. Định nghĩa của con trỏ này như sau:

typedef void (*pvf)();

pvf _new_handler(pvf p);

Điều này có nghĩa là con trỏ _new_handler là con trỏ trỏ đến hàm không có tham số và không trả về giá trị. Sau khi chúng ta định nghĩa hàm như vậy và gán địa chỉ của nó cho _new_handler chúng ta có thể bắt được tất cả các lỗi do cấp phát động.

Ví dụ 2.8:

1: #include <iostream.h>
2: #include <stdlib.h>
3: #include <new.h>
4:
5: void MyHandler();
6:
7: unsigned long I = 0; 9; 
8: void main()
9: {
10:    int *A;
11:    _new_handler = MyHandler;
12:    for( ; ; ++I)
13:       A = new int;
14: 
15: }
16:
17: void MyHandler()
18: {
19:    cout<<"Lan cap phat thu "<<I<<endl;
20:    cout<<"Khong con du bo nho!"<<endl;
21:    exit(1);
22: }

Sử dụng con trỏ _new_handler chúng ta phải include file new.h như ở dòng 3. Chúng ta chạy ví dụ 2.8, kết quả ở hình 2.10.

Thư viện cũng còn có một hàm được định nghĩa trong new.h là hàm có prototype sau :

void ( * set_new_handler(void (* my_handler)() ))();

Hàm set_new_handler() dùng để gán một hàm cho _new_handler.

Ví dụ 2.9:

1: #include <iostream.h>
2: #include <new.h>
3: #include <stdlib.h>
4:
5: void MyHandler();
6:
7: int main(void)
8: {
9:
10:    char *Ptr;
11:
12:    set_new_handler(MyHandler);
13:    Ptr = new char[64000u];
14:    set_new_handler(0); //Thiết lập lại giá trị mặc định
15:    return 0;
16: }
17:
18: void MyHandler()
19: {
20:    cout <<endl<<"Khong con du bo nho";
21:    exit(1);
22 }

Chúng ta chạy ví dụ 2.9, kết quả ở hình 2.11

Một chương trình có cấu trúc tốt sử dụng các hàm để chia chương trình thành các đơn vị độc lập có logic riêng. Tuy nhiên, các hàm thường phải chứa một loạt các xử lý điểm vào (entry point): tham số phải được đẩy vào stack, một lệnh gọi phải được thực hiện và sau đó việc quay trở về cũng phải được thực hiện bằng cách giải phóng các tham số ra khỏi stack. Khi các xử lý điểm vào chậm chạp thường các lập trình viên C phải sử dụng cách chép lập lại các đoạn chương trình nếu muốn tăng hiệu quả.

Để tránh khỏi phải xử lý điểm vào, C++ trang bị thêm từ khóa inline để loại việc gọi hàm. Khi đó trình biên dịch sẽ không biên dịch hàm này như một đoạn chương trình riêng biệt mà nó sẽ được chèn thẳng vào các chỗ mà hàm này được gọi. Điều này làm giảm việc xử lý điểm vào mà vẫn cho phép một chương trình được tổ chức dưới dạng có cấu trúc. Cú pháp của hàm inline như sau :

inline data_type function_name ( parameters )

{

……………………………..

}

Trong đó: data_type: Kiểu trả về của hàm.

Function_name:Tên của hàm.

Parameters: Các tham số của hàm.

Ví dụ 2.10: Tính thể tích của hình lập phương

1: #include <iostream.h>
2: inline float Cube(float S)
3: {
4: return S*S*S;
5: } 
6: 
7: int main()
8: {
9:     cout<<"Nhap vao chieu dai canh cua hinh lap phuong:";
10:    float Side;
11:    cin>>Side;
12:    cout<<"The tich cua hinh lap phuong = "<<Cube(Side);
13:    return 0;
14: }

Chúng ta chạy ví dụ 2.10, kết quả ở hình 2.12

Chú ý:

.Sử dụng hàm inline sẽ làm cho chương trình lớn lên vì trình biên dịch chèn đoạn chương trình vào các chỗ mà hàm này được gọi. Do đó thường các hàm inline thường là các hàm nhỏ, ít phức tạp.

.Các hàm inline phải được định nghĩa trước khi sử dụng. Ở ví dụ 2.10 chúng ta sửa lại như sau thì chương trình sẽ bị báo lỗi:

#include <iostream.h>
float Cube(float S);
int main()
{
    cout<<"Nhap vao chieu dai canh cua hinh lap phuong:";
    float Side;
    cin>>Side;
    cout<<"The tich cua hinh lap phuong = "<<Cube(Side);
    return 0;
}
inline float Cube(float S)
{
   return S*S*S;
}

inline float Cube(float S)

{

   return S*S*S;

}

. Các hàm đệ quy không được là hàm inline