Lớp và đối tượng-các hàm và các lớp friend

Một hàm friend của một lớp được định nghĩa bên ngoài phạm vi của lớp đó, lúc này có quyền truy cập đến các thành viên private hoặc protected của một lớp. Một hàm hay toàn bộ lớp có thể được khai báo là một friend của lớp khác.

Để khai báo một hàm là một friend của một lớp, đứng trước prototype của hàm trong định nghĩa lớp với từ khóa friend. như sau:

friend <function-declarator>;

Để khai báo một lớp là friend của lớp khác như sau:

friend <class-name>;

Ví dụ 3.16: Chương trình sau minh họa khai báo và sử dụng hàm friend.

CT3_16.CPP1: #include <iostream.h>2: 3: class Count4: {5: friend void SetX(Count &, int); //Khai báo friend6: public:7: Count()//Constructor8: {9: X = 0;10: }11: void Print() const //Xuất12: {13: cout << X << endl;14: }15: private:16: int X;17: };18:19: //Có thể thay đổi dữ liệu private của lớp Count vì20: //SetX() khai báo là một hàm friend của lớp Count21: void SetX(Count &C, int Val)22: {23: C.X = Val; //Hợp lệ: SetX() là một hàm friend của lớp Count24: }25: 26: int main()27: {28: Count Object;29: 30: cout << "Object.X after instantiation: ";31: Object.Print();32: cout << "Object.X after call to SetX friend function: ";33: SetX(Object, 8); //Thiết lập X với một friend34: Object.Print();35: return 0;36: }

Chúng ta chạy ví dụ 3.16, kết quả ở hình 3.17

Hình 3.17: Kết quả của ví dụ 3.16

Có thể chỉ định các hàm được đa năng hóa là các friend của lớp. Mỗi hàm được đa năng hóa phải được khai báo tường minh trong định nghĩa lớp như là một friend của lớp.

Khi một hàm thành viên tham chiếu thành viên khác của lớp cho đối tượng cụ thể của lớp đó, làm thế nào C++ bảo đảm rằng đối tượng thích hợp được tham chiếu? Câu trả lời là mỗi đối tượng duy trì một con trỏ trỏ tới chính nó – gọi là con trỏ this – Đó là một tham số ẩn trong tất cả các tham chiếu tới các thành viên bên trong đối tượng đó. Con trỏ this cũng có thể được sử dụng tường minh. Mỗi đối tượng có thể xác định địa chỉ của chính mình bằng cách sử dụng từ khóa this.

Con trỏ this được sử dụng để tham chiếu cả các thành viên dữ liệu và hàm thành viên của một đối tượng. Kiểu của con trỏ this phụ thuộc vào kiểu của đối tượng và trong hàm thành viên con trỏ this được sử dụng là khai báo const. Chẳng hạn, một hàm thành viên không hằng của lớp Employee con trỏ this có kiểu là:

Employee * const //Con trỏ hằng trỏ tới đối tượng Employee

Đối với một hàm thành viên hằng của lớp Employee con trỏ this có kiểu là:

const Employee * const //Con trỏ hằng trỏ tới đối tượng Employee mà là một hằng

Ví dụ 3.17: Chương trình sau minh họa sử dụng tường minh của con trỏ this để cho phép một hàm thành viên của lớp Test in dữ liệu X của một đối tượng Test.

CT3_17.CPP1: #include <iostream.h>2: 3: class Test4: {5: public:6: Test(int = 0); // Constructor mặc định7: void Print() const;8: private:9: int X;10: };11:12: Test::Test(int A)13: {14: X = A;15: }16:17: void Test::Print() const18: {19: cout << " X = " << X << endl20:       << " this->X = " << this->X << endl21:       << "(*this).X = " << (*this).X << endl;22: }23:24: int main()25: {26: Test A(12);27: 28: A.Print();29: return 0;30: }

Chúng ta chạy ví dụ 3.17, kết quả ở hình 3.18

Hình 3.18: Kết quả của ví dụ 3.17

Một cách khác sử dụng con trỏ this là cho phép móc vào nhau các lời gọi hàm thành viên.

Ví dụ 3.18: Chương trình sau minh họa trả về một tham chiếu tới một đối tượng Time để cho phép các lời gọi hàm thành viên của lớp Time được móc nối vào nhau.

CT3_18.CPP1: #include <iostream.h>2:3: class Time4: {5: public:6: Time(int = 0, int = 0, int = 0); // Constructor mặc định7: // Các hàm set8: Time &SetTime(int, int, int); // Thiết lập Hour, Minute va Second9: Time &SetHour(int); // Thiết lập Hour10: Time &SetMinute(int); // Thiết lập Minute11: Time &SetSecond(int); // Thiết lập Second12: // Các hàm get13: int GetHour() const; // Trả về Hour14: int GetMinute() const; // Trả về Minute15: int GetSecond() const; // Trả về Second16: // Các hàm in17: void PrintMilitary() const; // In thời gian theo dạng giờ quân đội18: void PrintStandard() const; // In thời gian theo dạng giờ chuẩn19: private:20: int Hour; // 0 - 2321: int Minute; // 0 - 5922: int Second; // 0 - 5923: };24:25: // Constructor khởi động dữ liệu private26: // Gọi hàm thành viên SetTime() để thiết lập các biến27: // Các giá trị mặc định là 028: Time::Time(int Hr, int Min, int Sec)29: {30: SetTime(Hr, Min, Sec);31: }32:33: // Thiết lập các giá trị của Hour, Minute, và Second34: Time &Time::SetTime(int H, int M, int S)35: {36: Hour = (H >= 0 && H < 24) ? H : 0;37: Minute = (M >= 0 && M < 60) ? M : 0;38: Second = (S >= 0 && S < 60) ? S : 0;39: return *this; // Cho phép móc nối40: }41:42: // Thiết lập giá trị của Hour43: Time &Time::SetHour(int H)44: {45: Hour = (H >= 0 && H < 24) ? H : 0;46: return *this; // Cho phép móc nối47: }48: 49: // Thiết lập giá trị của Minute50: Time &Time::SetMinute(int M)51: {52: Minute = (M >= 0 && M < 60) ? M : 0;53: return *this; // Cho phép móc nối54: }55: 56: // Thiết lập giá trị của Second57: Time &Time::SetSecond(int S)58: {59: Second = (S >= 0 && S < 60) ? S : 0;60: return *this; // Cho phép móc nối61: }62:63: // Lấy giá trị của Hour64: int Time::GetHour() const65: {66: return Hour;67: }68:69: // Lấy giá trị của Minute70: int Time::GetMinute() const71: {72: return Minute;73: }74:75: // Lấy giá trị của Second76: int Time::GetSecond() const77: {78: return Second;79: }80:81: // Hiển thị thời gian dạng giờ quân đội: HH:MM:SS82: void Time::PrintMilitary() const83: {84: cout << (Hour < 10 ? "0" : "") << Hour << ":"85:       << (Minute < 10 ? "0" : "") << Minute << ":"86:       << (Second < 10 ? "0" : "") << Second;87: }88:89: // Hiển thị thời gian dạng chuẩn: HH:MM:SS AM (hay PM)90: void Time::PrintStandard() const91: {92: cout << ((Hour == 0 || Hour == 12) ? 12 : Hour % 12) << ":"93:       << (Minute < 10 ? "0" : "") << Minute << ":"94:       << (Second < 10 ? "0" : "") << Second95:       << (Hour < 12 ? " AM" : " PM");96: }97:100: int main()101: {102: Time T;103:104: // Các lời gọi móc nối vào nhau 105: T.SetHour(18).SetMinute(30).SetSecond(22); 106: cout << "Military time: ";107: T.PrintMilitary();108: cout << endl << "Standard time: ";109: T.PrintStandard();110: cout << endl << endl << "New standard time: ";111: // Các lời gọi móc nối vào nhau112: T.SetTime(20, 20, 20).PrintStandard();113: cout << endl;114: return 0;115: }

Các hàm thành viên SetTime(), SetHour(), SetMinute() và SetSecond() mỗi hàm đều trả về *this với kiểu trả về là Time &. Toán tử chấm liên kết từ trái sang phải, vì vậy biểu thức:

T.SetHour(18).SetMinute(30).SetSecond(22);

Đầu tiên gọi T.SetHour(18) thì trả về một tham chiếu tới đối tượng T là giá trị của lời gọi hàm này. Phần còn lại của biểu thức được hiểu như sau:

T.SetMinute(30).SetSecond(22);

T.SetMinute(30) gọi thực hiện và trả về tương đương của T. Phần còn của biểu thức là:

T.SetSecond(22);

Chúng ta chạy ví dụ 3.18, kết quả ở hình 3.19

Hình 3.19: Kết quả của ví dụ 3.18

Các đối tượng có thể được cấp phát động giống như các dữ liệu khác bằng toán tử new và delete. Chẳng hạn:

Time *TimePtr = new Time(1,20,26);

……………..

delete TimePtr;

Bình thường, mỗi đối tượng của một lớp có bản sao chép của chính nó của tất cả các thành viên dữ liệu của lớp. Trong các trường hợp nhất định chỉ có duy nhất một bản chép thành viên dữ liệu đặc biệt cần phải dùng chung bởi tất cả các đối tượng của một lớp. Một thành viên dữ liệu tĩnh được sử dụng cho những điều đó và các lý do khác. Một thành viên dữ liệu tĩnh biểu diễn thông tin toàn lớp (class-wide). Khai báo một thành viên tĩnh bắt đầu với từ khóa static.

Mặc dù các thành viên dữ liệu tĩnh có thể giống như các biến toàn cục, các thành viên dữ liệu tĩnh có phạm vi lớp. Các thành viên tĩnh có thể là public, private hoặc protected. Các thành viên dữ liệu tĩnh phải được khởi tạo một lần (và chỉ một lần) tại phạm vi file. Các thành viên lớp tĩnh public có thể được truy cập thông qua bất kỳ đối tượng nào của lớp đó, hoặc chúng có thể được truy cập thông qua tên lớp sử dụng toán tử định phạm vi. Các thành viên lớp tĩnh private và protected phải được truy cập thông qua các hàm thành viên public của lớp hoặc thông qua các friend của lớp. Các thành viên lớp tĩnh tồn tại ngay cả khi đối tượng của lớp đó không tồn tại. Để truy cập một thành viên lớp tĩnh public khi các đối tượng của lớp không tồn tại, đơn giản thêm vào đầu tên lớp và toán tử định phạm vi cho thành viên dữ liệu. Để truy cập một thành viên lớp tĩnh private hoặc protected khi các đối tượng của lớp không tồn tại, một hàm thành viên public phải được cung cấp và hàm phải được gọi bởi thêm vào đầu tên của nó với tên lớp và toán tử định phạm vi.

Ví dụ 3.19: Chương trình sau minh họa việc sử dụng thành viên dữ liệu tĩnh private và một hàm thành viên tĩnh public.

CT3_19.CPP1: #include <iostream.h>2: #include <string.h>3: #include <assert.h>4:5: class Employee6: {7: public:8: Employee(const char*, const char*); // Constructor9: ~Employee(); // Destructor10: char *GetFirstName() const; // Trả về first name11: char *GetLastName() const; // Trả về last name12: // Hàm thành viên tĩnh13: static int GetCount(); // Trả về số đối tượng khởi tạo14: private:15: char *FirstName;16: char *LastName;17: // static data member18: static int Count; // Số đối tượng khởi tạo19: };20:21: // Khởi tạo thành viên dữ liệu tĩnh22: int Employee::Count = 0;23:24: // Định nghĩa hàm thành viên tỉnh mà trả về số đối tượng khởi tạo25: int Employee::GetCount()26: {27: return Count;28: }29:30: // Constructor cấp phát động cho first name và last name31: Employee::Employee(const char *First, const char *Last)32: {33: FirstName = new char[ strlen(First) + 1 ];34: assert(FirstName != 0); // Bảo đảm vùng nhớ được cấp phát35: strcpy(FirstName, First);36: LastName = new char[ strlen(Last) + 1 ];37: assert(LastName != 0); // Bảo đảm vùng nhớ được cấp phát38: strcpy(LastName, Last);39: ++Count; // Tăng số đối tượng lên 140: cout << "Employee constructor for " << FirstName41:       << ' ' << LastName << " called." << endl;42: }43:44: // Destructor giải phóng vùng nhớ đã cấp phát45: Employee::~Employee()46: {47: cout << "~Employee() called for " << FirstName48:       << ' ' << LastName << endl;49: delete FirstName;50: delete LastName;51: --Count; // Giảm số đối tượng xuống 152: }53:54: // Trả về first name55: char *Employee::GetFirstName() const56: {57: char *TempPtr = new char[strlen(FirstName) + 1];58: assert(TempPtr != 0); // Bảo đảm vùng nhớ được cấp phát59: strcpy(TempPtr, FirstName);60: return TempPtr;61: }62: 63: // Trả về last name64: char *Employee::GetLastName() const65: {66: char *TempPtr = new char[strlen(LastName) + 1];67: assert(TempPtr != 0); // Bảo đảm vùng nhớ được cấp phát68: strcpy(TempPtr, LastName);69: return TempPtr;70: }71:72: int main()73: {74: cout << "Number of employees before instantiation is "75:       << Employee::GetCount() << endl; // Sử dụng tên lớp76: Employee *E1Ptr = new Employee("Susan", "Baker");77: Employee *E2Ptr = new Employee("Robert", "Jones");78: cout << "Number of employees after instantiation is "79:       << E1Ptr->GetCount() << endl;80: cout << endl << "Employee 1: "81:       << E1Ptr->GetFirstName()82:       << " " << E1Ptr->GetLastName()83:       << endl << "Employee 2: "84:       << E2Ptr->GetFirstName()85:       << " " << E2Ptr->GetLastName() << endl << endl;86: delete E1Ptr;87: delete E2Ptr;88: cout << "Number of employees after deletion is "89:       << Employee::GetCount() << endl;90:    return 0;91: }

Thành viên dữ liệu Count được khởi tạo là zero ở phạm vi file với lệnh:

int Employee::Count = 0;

Thành viên dữ liệu Count duy trì số các đối tượng của lớp Employee đã được khởi tạo. Khi đối tượng của lớp Employee tồn tại, thành viên Count có thể được tham chiếu thông qua bất kỳ hàm thành viên nào của một đối tượng Employee – trong ví dụ này, Count được tham chiếu bởi cả constructor lẫn destructor. Khi các đối tượng của lớp Employee không tồn tại, thành viên Count có thể vẫn được tham chiếu nhưng chỉ thông qua một lời gọi hàm thành viên tĩnh public GetCount() như sau:

Employee::GetCount()

Hàm GetCount() được sử dụng để xác định số các đối tượng của Employee khởi tạo hiện hành. Chú ý rằng khi không có các đối tượng trong chương trình, lời gọi hàm Employee::GetCount() được đưa ra. Tuy nhiên khi có các đối tượng khởi động hàm GetCount() có thể được gọi thông qua một trong các đối tượng như sau:

E1Ptr->GetCount()

Trong chương trình ở các dòng 34, 37, 58 và 67 sử dụng hàm assert() (định nghĩa trong assert.h). Hàm này kiểm tra giá trị của biểu thức. Nếu giá trị của biểu thức là 0 (false), hàm assert() in một thông báo lỗi và gọi hàm abort() (định nghĩa trong stdlib.h) để kết thúc chương trình thực thi. Nếu biểu thức có giá trị khác 0 (true) thì chương trình tiếp tục. Điều này rất có ích cho công cụ debug đối với việc kiểm tra nếu một biến có giá trị đúng. Chẳng hạn hàm ở dòng 34 hàm assert() kiểm tra con trỏ FirstName để xác định nếu nó không bằng 0 (null). Nếu điều kiện trong khẳng định (assertion) cho trước là đúng, chương trình tiếp tục mà không ngắt. Nếu điều kiện trong khẳng định cho trước là sai, một thông báo lỗi chứa số dòng, điều kiện được kiểm tra, và tên file trong đó sự khẳng định xuất hiện được in, và chương trình kết thúc. Khi đó lập trình viên có thể tập trung vào vùng này của đoạn mã để tìm lỗi.

Các khẳng định không phải xóa từ chương trình khi debug xong. Khi các khẳng định không còn cần thiết cho mục đích debug trong một chương trình, dòng sau:

#define NDEBUG

được thêm vào ở đầu file chương trình. Điều này phát sinh tiền xử lý bỏ qua tất cả các khẳng định thay thế cho lập trình viên xóa mỗi khẳng định bằng tay.

Chúng ta chạy ví dụ 3.19, kết quả ở hình 3.20

Hình 3.20: Kết quả của ví dụ 3.19

Một hàm thành viên có thể được khai báo là static nếu nó không truy cập đến các thành viên không tĩnh. Không giống như các thành viên không tĩnh, một hàm thành viên tĩnh không có con trỏ this bởi vì các thành viên dữ liệu tĩnh và các hàm thành viên tĩnh tồn tại độc lập với bất kỳ đối tượng nào của lớp.

Chú ý: Hàm thành viên dữ liệu tĩnh không được là const.