Kiểu dữ liệu do người dùng định nghĩa

Mục tiêu

Sau khi học xong chương này, sinh viên cần phải nắm:

• Khái niệm về trừu tượng hóa, kiểu dữ liệu do người lập trình định nghĩa.
• Mục đích của việc định nghĩa kiểu dữ liệu.
• Phân biệt các hình thức xác định sự tương đương giữa các kiểu dữ liệu

Nội dung cốt lõi

• Trừu tượng hoá
• Kiểu dữ liệu do người dùng định nghĩa.
• Xác định sự tương đương giữa các kiểu dữ liệu

Kiến thức cơ bản cần thiết

Kiến thức và kĩ năng lập trình căn bản

Khái niệm trừu tượng hóa

Trừu tượng hóa là một phương pháp giúp người lập trình biết cách tập trung vào những vấn đề, những thuộc tính bản chất của chương trình mà bỏ qua các thuộc tính không cần thiết. Nó là một vũ khí chống lại độ phức tạp của chương trình, mục đích của nó là đơn giản hóa quá trình lập trình.

Có hai loại trừu tượng hóa cơ bản trong ngôn ngữ lập trình là trừu tượng hóa quá trình và trừu tượng hóa dữ liệu.

Trừu tượng hóa quá trình

Trừu tượng hóa quá trình là việc phân chia chương trình thành những chương trình con. Mỗi chương trình con đảm nhiệm một tác vụ nào đó và được đặc trưng bởi một cái tên.

Ở cấp độ chương trình chính chúng ta chỉ gọi thực hiện các chương trình con, thông qua các tên chương trình con, để thực hiện các tác vụ mà chương trình con đó đảm trách. Như vậy, ở chương trình chính, chúng ta chỉ quan tâm đến kết quả của chương trình con mang lại mà không cần biết chi tiết cài đặt bên trong chương trình con đó.

Ví dụ để viết một chương trình quản lý, ta có thể viết theo hai cách, cách thứ nhất không phân chia thành các chương trình con và cách thứ hai có sử dụng chương trình con.

Đối với phương pháp thứ nhất, ta thấy toàn bộ chương trình được viết trong chương trình chính, điều này làm cho chương trình chính rất rườm rà, khó đọc hiểu, khó kiểm soát, khó sửa lỗi,...

Đối với phương pháp thứ hai, trong chương trình chính ta chỉ thấy tên các chương trình con (nhap_du_lieu, xu_ly_du_lieu, xuat_du_lieu) và thông qua các tên này ta biết rõ chương trình chính làm những việc gì còn bản thân các việc ấy được làm như thế nào thì ta không cần biết.

Ưu điểm của trừu tượng hoá quá trình

Việc phân chia chương trình thành các chương trình con có các ưu điểm nổi bật như sau:

• Ở chương trình chính, cái tổng thể được làm nổi bật, các chi tiết bị che dấu nên chương trình sáng sủa, dễ đọc hiểu.
• Một chương trình con đã được thiết kế thì có thể gọi thực hiện nhiều lần mà không phải viết lại. Với việc truyền tham số cho chương trình con, ta nhận được các kết quả khác nhau ở các lần gọi khác nhau.
• Khi xây dựng chương trình con ta có thể kiểm thử nó một cách độc lập, nên việc phát hiện và sửa lỗi dễ dàng hơn.
• Do chương trình được chia thành nhiều chương trình con, mỗi chương trình con có thể giao cho một hoặc một nhóm lập trình viên thực hiện nên tăng khả năng làm việc theo nhóm.

Trừu tượng hóa dữ liệu

Trừu tượng hoá dữ liệu là việc tạo ra kiểu dữ liệu trừu tượng. Kiểu dữ liệu trừu tượng là một tập hợp các ĐTDL và tập hợp các phép toán, thao tác trên các ĐTDL đó.

Ngày nay, khi ta nói kiểu dữ liệu thực chất là kiểu dữ liệu trừu tượng.

Kiểu dữ liệu trừu tượng có thể được định nghĩa bởi ngôn ngữ hoặc do người lập trình định nghĩa.

Ví dụ về kiểu dữ liệu trừu tượng do ngôn ngữ định nghĩa:

Kiểu integer trong Pascal hay kiểu int trong C là một kiểu dữ liệu trừu tượng do ngôn ngữ định nghĩa. Trong đó tập các ĐTDL là tập các số nguyên từ -32768 đến 32767; tập hợp các phép toán bao gồm các phép toán một ngôi (+, -), các phép toán hai ngôi (+, -, *, DIV, MOD), các phép toán quan hệ (<, <=, =, <>, >=, >).

Ví dụ về kiểu dữ liệu trừu tượng do người lập trình định nghĩa:

Trong môn học cấu trúc dữ liệu, chúng ta đã biết một loạt các kiểu dữ liệu trừu tượng do người lập trình định nghĩa như danh sách, ngăn xếp, hàng đợi, cây,...

Chẳng hạn kiểu dữ liệu trừu tượng danh sách là một dãy các phần tử với tập hợp các phép toán như tạo danh sách rỗng, kiểm tra danh sách rỗng, xen một phần tử vào danh sách, xoá một phần tử khỏi danh sách, ...

Sau đây ta sẽ nghiên cứu kỹ hơn về kiểu dữ liệu trừu tượng do người dùng định nghĩa.

Khái niệm

Ngoài các kiểu nguyên thuỷ được định nghĩa bởi ngôn ngữ, người lập trình còn có thể định nghĩa các kiểu của riêng mình. Ðịnh nghĩa một kiểu dữ liệu mới bao gồm việc xác định các yếu tố sau:

• Tên của kiểu.
• Sự biểu diễn bộ nhớ cho các đối tượng dữ liệu của kiểu.
• Tập hợp các phép toán (các chương trình con) thao tác trên các đối tượng dữ liệu của kiểu.

Ví dụ trong Pascal ta xét định nghĩa kiểu như sau:

TYPE

RealVect = ARRAY[1..10] OF real;

Sau đó ta có thể dùng phép khai báo biến:

VAR

A: RealVect;

B,C:RealVect;

Ưu điểm của định nghĩa kiểu:

• Làm cho việc viết chương trinh trở nên ngắn gọn, sáng sủa hơn.
• Khi cần thay đổi cấu trúc dữ liệu, chỉ cần thay đổi một lần ở mức định nghĩa kiểu chứ không cần phải thay đổi nhiều lần ở mức khai báo từng biến riêng biệt.

Chúng ta thấy rằng kiểu do người dùng định nghĩa chính là một kiểu dữ liệu trừu tượng.

Tính tương đương của các kiểu định nghĩa

Kiểm tra kiểu dẫn tới sự so sánh giữa kiểu dữ liệu của đối số thực đã được cho của một phép toán và kiểu dữ liệu của đối số mà phép toán đó cần đến. Nếu kiểu giống nhau thì đối số được chấp nhận và phép toán được tiến hành, nếu kiểu khác nhau, thì một lỗi được xem xét hoặc một sự cưỡng bức chuyển đổi kiểu được dùng để đổi kiểu của đối số thực thành kiểu thích hợp.

Vấn đề ở đây là cần phải xác định hai kiểu như thế nào thì được coi là "giống nhau" hay tương đương. Xét ví dụ sau đây:

TYPE Vect1 = ARRAY[1..10] OF REAL;

Vect2 = ARRAY[1..10] OF REAL;

VAR x,z : Vect1;

y : Vect2;

PROCEDURE Sub(a:Vect1);

.....

END; { Sub }

BEGIN { Chương trình chính }

x := y;

Sub(y);

......

END.

Vấn đề ở đây là các biến x, y và a có cùng kiểu do đó lệnh gán x := y và lời gọi chương trình con Sub(y) là đúng hay chúng có khác kiểu.

Có hai cách giải quyết cho vấn đề này: tương đương tên và tương đương cấu trúc.