Java được biết đến như một ngôn ngữ hướng đối tượng (OO – object-oriented), bạn có thể sử dụng ngôn ngữ này để lập trình hướng đối tượng. Điều này rất khác so với lập trình thủ tục, và có thể hơi lạ lùng đối với hầu hết các lập trình viên không hướng đối tượng. Bước đầu tiên bạn phải hiểu đối tượng là gì, vì đó là khái niệm cơ sở của OOP.

Một đối tượng là một bó mã lệnh tự thân trọn vẹn (self-contained), tự hiểu chính mình và có thể nói cho các đối tượng khác về chính mình nếu chúng đưa ra các yêu cầu mà nó hiểu được. Một đối tượng có các thành phần dữ liệu (các biến) và các phương thức, chính là những yêu cầu mà nó biết cách trả lời (dù chúng không được diễn đạt bằng lời như các câu hỏi). Tập các phương thức mà một đối tượng biết cách trả lời được gọi là giao diện của đối tượng. Một vài phương thức là mở công cộng, nghĩa là các đối tượng khác có thể gọi đến chúng. Tập các phương thức này được gọi là giao diện công cộng của đối tượng.

Khi một đối tượng gọi phương thức của một đối tượng khác, thì được gọi là gửi một thông điệp (sending a message hoặc message send). Cụm từ này là thuật ngữ của OO nhưng hầu hết trong giới Java mọi người hay nói, “gọi phương thức này” hơn là “gửi thông điệp này”. Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét một ví dụ minh họa khái niệm giúp bạn hiểu vấn đề này rõ ràng hơn.

Ví dụ minh họa khái niệm đối tượng

Giả sử chúng ta có đối tượng Person. Mỗi Person có tên, tuổi, chủng tộc và giới tính. Mỗi Person cũng biết nói và biết đi. Một Person có thể hỏi tuổi của một Person khác, hoặc yêu cầu một Person khác bắt đầu đi (hay dừng). Diễn đạt theo thuật ngữ lập trình, bạn có thể tạo một đối tượng Person và khai báo một số biến (như tên và tuổi). Nếu bạn tạo một đối tượng Person thứ hai, đối tượng này có thể hỏi tuổi của đối tượng thứ nhất hoặc yêu cầu đối tượng thứ nhất bắt đầu đi. Nó có thể thực hiện những điều ấy bằng cách gọi đến các phương thức của đối tượng Person đầu tiên. Khi chúng ta bắt đầu viết mã lệnh bằng ngôn ngữ Java, bạn sẽ hiểu ngôn ngữ này triển khai thực hiện khái niệm đối tượng ra sao.

Nói chung, khái niệm đối tượng là như nhau trong ngôn ngữ Java và các ngôn ngữ hướng đối tượng khác, mặc dù việc triển khai thực hiện là khác nhau giữa các ngôn ngữ. Các khái niệm là phổ quát. Vì sự thật này, lập trình viên hướng đối tượng, bất chấp họ lập trình bằng ngôn ngữ nào, có xu hướng phát biểu khác so với những lập trình viên thủ tục. Các lập trình viên thủ tục thường nói về các hàm và các mô đun. Lập trình viên hướng đối tượng lại nói về các đối tượng và họ thường nói về các đối tượng này bằng cách sử dụng các đại từ nhân xưng. Chẳng hề bất thường khi bạn nghe một lập trình viên hướng đối tượng nói với đồng nghiệp, “đối tượng Supervisor nói với đối tượng Employee, ‘cho tôi ID của cậu,’” vì anh ta cần những thứ này để gán nhiệm vụ cho Employee.

Lập trình viên hướng thủ tục có thể nghĩ cách nói chuyện này thật lạ lùng, nhưng nó lại hoàn toàn bình thường đối với lập trình viên hướng đối tượng. Trong thế giới lập trình của họ, mọi thứ đều là đối tượng (cũng có một vài ngoại lệ đáng chú ý trong ngôn ngữ Java) và các chương trình là chỉ là sự tương tác (hay nói chuyện) giữa các đối tượng với nhau.

Các nguyên tắc hướng đối tượng cơ bản

Khái niệm đối tượng là trọng yếu đối với lập trình hướng đối tượng, và dĩ nhiên, ý tưởng các đối tượng giao tiếp với nhau bằng các thông điệp cũng vậy. Nhưng có 3 nguyên tắc cơ bản mà bạn cần hiểu.

Bạn có thể nhớ 3 nguyên tắc hướng đối tượng cơ bản bằng cụm viết tắt PIE:

* Đa hình ( Polymorphism)

* Thừa kế ( Inheritance)

* Bao gói ( Encapsulation)

Đó là những từ trừu tượng nhưng những khái niệm này thực sự không quá khó hiểu. Trong các phần tiếp theo, chúng ta sẽ bàn về từng khái niệm này ở mức độ chi tiết hơn, theo thứ tự ngược lại.

Bao gói

Hãy nhớ rằng, một đối tượng là tự thân trọn vẹn, chứa đựng các thành phần dữ liệu và hành động mà nó có thể thực hiện trên các thành phần dữ liệu ấy. Đây là việc triển khai thực hiện nguyên lý gọi là ẩn giấu thông tin. Ý tưởng của nó là một đối tượng tự nó hiểu mình. Nếu một đối tượng khác muốn điều gì từ đối tượng này thì nó phải hỏi. Theo thuật ngữ lập trình hướng đối tượng, phải gửi một thông điệp đến một đối tượng khác để hỏi về tuổi. Theo thuật ngữ Java, phải gọi một phương thức của đối tượng khác để nó trả lại kết quả là tuổi.

Sự bao gói đảm bảo rằng mỗi đối tượng là khác nhau và chương trình là một cuộc chuyện trò giữa các đối tượng. Ngôn ngữ Java cho phép các lập trình viên vi phạm nguyên lý này nhưng hầu như luôn là một ý tưởng tồi nếu làm như thế.

Thừa kế

Khi bạn được sinh ra, nói về khía cạnh sinh học, bạn là tổ hợp DNA của cha mẹ mình. Bạn không hoàn toàn giống ai trong số họ, mà bạn giống cả hai người. OO cũng có nguyên tắc tương tự đối với các đối tượng. Quay lại với đối tượng Person. Ta nhớ lại rằng mỗi người có một chủng tộc. Không phải tất cả các Person đều cùng chủng tộc, nhưng dù sao thì họ cũng có điểm tương tự như nhau chứ? Chắc chắn vậy! Họ chẳng phải ngựa, tinh tinh hay cá voi mà là người. Mọi con người đều có những điểm chung nhất định và điều này giúp phân biệt con người với các loài động vật khác. Nhưng giữa mọi người cũng có khác biệt với nhau. Một đứa trẻ có giống hệt một người trưởng thành không? Không. Đi lại và nói là khác nhau rồi. Nhưng một đứa trẻ thì vẫn chắc chắn là một con người.

Theo ngôn ngữ hướng đối tượng, Person và Baby là các lớp sự vật hiện tượng thuộc cùng một hệ thống phân bậc, và Baby thừa kế các đặc tính và hành vi từ lớp cha của nó. Chúng ta có thể nói rằng một Baby cụ thể là một kiểu Person hay Baby thừa kế từ Person. Nhưng không có chiều ngược lại – một Person không nhất thiết phải là một Baby. Mỗi đối tượng Baby là một cá thể của lớp Baby và khi chúng ta tạo một đối tượng Baby, chúng ta cá thể hóa lớp này. Hãy coi lớp như là khuôn mẫu chung cho các cá thể của lớp đó. Nói chung, đối tượng có thể làm những gì tùy thuộc vào kiểu của đối tượng đó là gì – hoặc nói theo cách khác, đối tượng đó là cá thể của lớp nào. Cả Baby và Adult đều thuộc kiểu Person, nhưng một đối tượng (Adult) có thể có một việc làm (job) còn đối tượng kia (Baby) thì không.

Theo thuật ngữ Java, Person là một lớp bậc trên (superclass) của Baby và Adult, và các lớp này là lớp con của Person. Một khái niệm có liên quan khác là ý tưởng về trừu tượng hóa. Person có mức trừu tượng hóa cao hơn Baby hay Adult. Cả hai đều là kiểu Person nhưng có những khác biệt nho nhỏ. Tất cả các đối tượng Person đều có những điểm chung (như tên và tuổi). Bạn có thể cá thể hóa một Person? Thực sự là không! Bạn hoặc có một Baby hoặc có một Adult. Trong Java, Person được gọi là lớp trừu tượng. Bạn không thể trực tiếp có một cá thể của lớp Person. Bạn sẽ có Baby hoặc Adult, cả hai đều là kiểu Person, nhưng là Person đã được thực tế hóa. Các lớp trừu tượng nằm ngoài phạm vi của tài liệu này, chúng tôi sẽ không nói thêm về chúng nữa.

Bây giờ, ta hãy suy nghĩ xem với một Baby, “nói” (speak) có nghĩa là gì. Chúng ta sẽ xét đến các hệ quả trong phần thảo luận tiếp theo.

Đa hình

Baby có “nói” như Adult không? Dĩ nhiên là không rồi. Một Baby có thể ê a, nhưng không nhất thiết nói ra những lời hiểu được như Adult. Do đó, nếu tôi cá thể hóa một đối tượng Baby (hay là “cá thể hóa một Baby” cũng có cùng ý nghhĩa – từ “đối tượng” được ngầm hiểu) và cho nó nói, thì nó chỉ có nghĩa là những tiếng ê a. Ta hy vọng rằng Adult “nói” thì mạch lạc hơn.

Trong hệ thống phân bậc con người, chúng ta có Person nằm ở đỉnh với Baby và Adult nằm phía dưới nó, là các lớp con. Tất cả mọi người đều có thể nói, Baby và Adult cũng vậy, nhưng sẽ nói khác nhau. Baby chỉ ê a và phát những âm thanh đơn giản. Adult nói thành lời. Đó chính là sự đa hình: các đối tượng làm việc theo cách riêng của chúng.

Ngôn ngữ Java có phải là ngôn ngữ hướng đối tượng không ?

Như chúng ta sẽ thấy, ngôn ngữ Java cho phép bạn tạo các đối tượng hạng nhất (first-class), nhưng không phải bất cứ cái gì trong ngôn ngữ này đều là đối tượng. Một số ngôn ngữ OO như Smalltalk lại hoàn toàn khác. Smalltalk hoàn toàn là OO, có nghĩa là mọi thứ trong ngôn ngữ này đều là đối tượng. Java là ngôn ngữ lai tạp giữa đối tượng và phi đối tượng. Nó cho phép một đối tượng biết rõ các đối tượng khác, nếu với tư cách là một lập trình viên bạn cho phép điều đó xảy ra. Điều này vi phạm nguyên lý bao gói.

Tuy nhiên, ngôn ngữ Java cũng cung cấp cho tất cả các lập trình viên OO những công cụ cần thiết để tuân theo mọi quy tắc OO và viết mã lệnh OO rất chuẩn. Nhưng làm được như vậy cần phải tự có kỷ luật. Ngôn ngữ không ép bạn làm việc đúng đắn được.

Trong khi những người thuần túy chủ nghĩa hướng đối tượng tranh luận xem liệu Java là hướng đối tượng hay không, thực sự đây không phải là một lý lẽ mang lại ích lợi. Nền tảng Java sẽ giữ vững vị trí của nó. Hãy học cách lập trình hướng đối tượng tốt nhất có thể với mã lệnh Java và cứ để những lý lẽ thuần túy chủ nghĩa cho những người khác. Ngôn ngữ Java giúp bạn viết chương trình rõ ràng, khá ngắn gọn, dễ bảo trì, điều này là khá đủ trong cuốn sách của tôi đối với hầu hết các tình huống nghề nghiệp.

Giới thiệu

Công nghệ Java bao trùm nhiều thứ, nhưng bản thân ngôn ngữ Java lại không lớn lắm. Tuy nhiên, trình bày nó bằng ngôn ngữ thông thuờng, lại không phải là nhiệm vụ đơn giản. Phần này sẽ không bàn kỹ về ngôn ngữ này. Thay vào đó, sẽ nêu những gì bạn cần biết để khởi đầu và những gì bạn hầu như chắc chắn sẽ gặp với tư cách là lập trình viên mới vào nghề. Các tài liệu hướng dẫn khác (xem Các tài nguyên để nhận được những gợi ý về một số tài liệu này) sẽ trình bày các khía cạnh khác nhau của ngôn ngữ này, các thư viện hữu ích bổ trợ do Sun cung cấp, các tài nguyên khác và thậm chí cả các IDE.

Chúng tôi sẽ trình bày đầy đủ ở đây cả lời dẫn giải và các ví dụ mã lệnh để bạn có thể bắt đầu viết các chương trình Java và học cách lập trình hướng đối tượng đúng đắn trong môi trường Java. Từ đó, vấn đề chỉ còn là việc thực hành và học tập.

Hầu hết các tài liệu hướng dẫn nhập môn đọc lên giống như những cuốn sách tham khảo đặc tả ngôn ngữ. Đầu tiên bạn thấy tất cả các quy tắc cú pháp, sau đó bạn xem các ví dụ áp dụng, tiếp đó là nói về những chủ đề nâng cao hơn, như các đối tượng chẳng hạn. Ở đây chúng tôi sẽ không đi theo con đường đó. Đó là vì nguyên nhân chính dẫn đến các mã lệnh hướng đối tượng tồi tệ viết bằng ngôn ngữ Java là những lập trình viên mới vào nghề không đặt mình vào môi trường hướng đối tượng ngay từ đầu. Các đối tượng có khuynh hướng bị đối xử như một chủ đề phụ thêm (add-on) hay lệ thuộc. Thay vào đó, chúng tôi sẽ đan xen việc học cú pháp Java thông qua quá trình học Java hướng đối tượng. Bằng cách này, bạn sẽ có được một bức tranh mạch lạc về việc sử dụng ngôn ngữ ra sao trong bối cảnh hướng đối tượng.

Cấu trúc của một đối tượng Java

Hãy nhớ rằng, đối tượng là một thứ được bao gói kín, tự biết mọi điều về mình và có thể làm một số việc khi được yêu cầu thích hợp. Mọi ngôn ngữ đều có quy tắc định nghĩa một đối tượng như thế nào. Trong ngôn ngữ Java, đối tượng nói chung nom giống như liệt kê dưới đây, mặc dù chúng có thể thiếu hụt một số thành phần:

?

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

package  packageName;

import  packageNameToImport;

accessSpecifier class  ClassName {

accessSpecifier

dataType

variableName [=  initialValue ];

...

accessSpecifier ClassName(  arguments ) {

constructor statement(s)

}

accessSpecifier

returnValueDataType

methodName (  arguments ) {

statement(s)

}

}

Ở đây có một số khái niệm mới mà chúng ta sẽ thảo luận trong vài phần tiếp sau.

Các gói

Khai báo gói phải xuất hiện đầu tiên khi bạn định nghĩa một lớp:

?

1

package  packageName;

Mọi đối tượng Java đều nằm trong một package. Nếu bạn không nói rõ ràng nó thuộc gói nào, Java sẽ đặt nó vào trong gói mặc định. Một package chỉ đơn giản là một tập các đối tượng, tất cả (thường là thế) liên quan với nhau theo một cách nào đó. Các package quy chiếu theo đường dẫn đến tệp tin trong hệ thống tệp của bạn. Tên của các gói dùng ký pháp dấu chấm (.) để dịch đường dẫn tệp tin này thành một thứ mà nền tảng Java hiểu được. Mỗi mẩu trong tên package gọi là một nút (node).

Ví dụ, trong gói có tên là java.util.ArrayList, java là một nút, util là một nút và ArrayList là một nút. Nút cuối cùng trỏ đến tệp ArrayList.java.

Các câu lệnh nhập khẩu

Tiếp theo là các câu lệnh nhập khẩu, khi bạn định nghĩa một lớp:

?

1

2

3

import  packageNameToImport;

...

Khi đối tượng của bạn sử dụng các đối tượng trong các gói khác, trình biên dịch của Java cần biết tìm chúng ở đâu. Một lệnh nhập khẩu (import) sẽ cho trình biên dịch biết nơi tìm những lớp bạn cần dùng. Ví dụ, nếu bạn muốn dùng lớp ArrayList từ gói java.util, bạn cần nhập khẩu theo cách sau:

?

1

import java.util.ArrayList;

Mỗi lệnh import kết thúc bằng một dấu chấm phẩy (;), giống như hầu hết các câu lệnh trong ngôn ngữ Java. Bạn có thể viết bao nhiêu câu lệnh nhập khẩu cũng được khi bạn cần cho Java biết tìm tất cả các lớp mà bạn dùng ở đâu. Ví dụ, nếu tôi muốn dùng lớp ArrayList từ gói java.util, lớp BigInteger từ gói java.math, tôi sẽ nhập khẩu chúng như sau:

?

1

2

import java.util.ArrayList;

import java.math.BigInteger;

Nếu bạn nhập khẩu nhiều hơn một lớp từ cùng một gói, bạn có thể dùng cách viết tắt để cho biết bạn muốn nạp tất cả các lớp trong gói này. Ví dụ, nếu tôi muốn dùng cả ArrayList và HashMap, cả hai đều từ gói java.util, tôi sẽ nhập khẩu chúng như sau:

?

1

import java.util.*;

Bạn muốn nhập khẩu gói nào thì phải có lệnh nhập khẩu riêng cho gói đó.

Khai báo một lớp

Tiếp theo là khai báo lớp, khi bạn định nghĩa một lớp:

?

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

accessSpecifier class  ClassName {

accessSpecifier

dataType

variableName [=  initialValue ];

...

accessSpecifier ClassName(  arguments ) {

constructor statement(s)

}

accessSpecifier

returnValueDataType

methodName (  arguments ) {

statement(s)

}

}

Bạn định nghĩa một đối tượng Java như một lớp. Hãy nghĩ rằng lớp là khuôn mẫu của đối tượng, một thứ gì đó giống như máy cắt bánh quy vậy. Lớp định nghĩa kiểu của đối tượng bạn có thể tạo ra từ lớp. Bạn có thể dập khuôn ra bao nhiêu đối tượng thuộc cùng kiểu đó như bạn muốn. Khi bạn làm thế, bạn đã tạo ra một cá thể của lớp – hoặc nói theo cách khác là bạn đã cụ thể hóa một đối tượng. (Chú ý: từ đối tượng được dùng hoán đổi lẫn lộn để chỉ một lớp lẫn một cá thể của lớp.)

Định tố truy cập (access specifier) của một lớp có thể có nhiều giá trị, nhưng hầu hết đều là public (công cộng), và đó cũng là tất cả những gì chúng ta sẽ nói tới trong tài liệu hướng dẫn này. Bạn có thể đặt một cái tên bất kỳ nào bạn thích cho một lớp, nhưng tên của lớp theo quy ước bắt đầu bằng bằng một chữ cái viết hoa, và mỗi từ tiếp theo trong tên cũng bắt đầu bằng một chữ cái viết hoa.

Lớp có hai kiểu thành phần: các biến (hay thành phần dữ liệu) và các phương thức. Tất cả các thành phần của lớp đều được định nghĩa trong thân lớp, nằm giữa cặp ngoặc nhọn của lớp.

Các biến

Giá trị của các biến trong một lớp là cái để phân biệt từng cá thể của lớp, đó là lý do vì sao chúng thường được gọi là các biến cá thể. Một biến có một định tố truy cập chỉ rõ những đối tượng nào được phép truy cập nó, một kiểu dữ liệu, một tên và (tùy chọn) một giá trị khởi tạo. Đây là danh sách các định tố truy cập và ý nghĩa của chúng:

* public (công cộng): Bất kỳ đối tượng nào trong bất kỳ gói nào đều có thể thấy biến này.

* protected (có bảo vệ): Bất kỳ một cá thể nào của lớp, lớp con trong cùng một gói và bất kỳ lớp nào không phải là lớp con nhưng nằm trong cùng một gói có thể thấy biến này. Lớp con trong các gói khác không thể thấy nó.

* private (riêng tư): Không một đối tượng nào ngoài cá thể cụ thể của lớp có thể thấy được biến, thậm chí cả lớp con.

* Không có định tố, (hoặc package protected (có bảo vệ theo gói)): Chỉ có các lớp trong cùng một gói với lớp chứa biến là có thể thấy biến mà thôi.

Nếu bạn cố truy cập một biến không thể truy cập được, trình biên dịch sẽ thông báo biến đó là không nhìn thấy đối với bạn. Bạn sẽ dùng định tố truy cập gì trong những hoàn cảnh nào là nhờ vào óc suy xét, và chúng ta sẽ quay trở lại vấn đề này sau.

Các phương thức

Các phương thức của một lớp định nghĩa lớp có thể làm những gì. Có hai loại phương thức trong ngôn ngữ Java:

* Hàm tạo

* Các phương thức khác

Cả hai đều có định tố truy cập (để chỉ ra những đối tượng nào có thể sử dụng chúng) và phần thân (giữa cặp ngoặc nhọn), có chứa một hay nhiều câu lệnh. Ngoài điều này ra, khuôn dạng và chức năng của chúng rất khác nhau. Chúng ta sẽ đề cập đến từng loại phương thức này ở hai phần tiếp sau.

Hàm tạo

Các hàm tạo cho phép bạn chỉ rõ cách cá thể hóa một lớp. Bạn khai báo một hàm tạo như sau:

?

1

2

3

accessSpecifier ClassName(  arguments ) {

constructor statement(s)

}

Bạn nhận được sẵn một hàm tạo mặc định (không có tham số truyền vào) cho mọi lớp mà bạn tạo ra mà không phải làm gì. Thậm chí bạn không phải định nghĩa nó. Các hàm tạo trông khác với các phương thức khác ở chỗ chúng không có kiểu dữ liệu của giá trị trả về. Đó là vì kiểu dữ liệu giá trị trả lại của nó chính là lớp đó. Bạn viết mã lệnh gọi một hàm tạo như sau:

?

1

ClassName variableHoldingAnInstanceOfClassName = new ClassName(  arguments );

Khi bạn gọi một hàm tạo, bạn dùng từ khóa new. Các hàm tạo có thể nhận tham số truyền vào hoặc không (hàm tạo mặc định không có tham số vào). Nghiêm túc mà nói, các hàm tạo không phải là phương thức hay thành viên của lớp. Chúng là một sinh thể đặc biệt trong ngôn ngữ Java. Tuy vậy, trong thực tế, vẻ bề ngoài và hoạt động của chúng nhiều lúc cũng giống các phương thức khác, và nhiều người gộp cả hai vào với nhau. Hãy ghi nhớ rằng chúng là đặc biệt.

Các phương thức không là hàm tạo

Các phương thức không là hàm tạo trong ngôn ngữ Java là thứ mà bạn thường sử dụng nhất. Bạn khai báo chúng như sau:

?

1

2

3

4

5

accessSpecifier

returnValueDataType

methodName (  arguments ) {

statement(s)

}

Tất cả các phương thức đều có kiểu trả về, nhưng không phải mọi phương thức đều trả lại thứ gì đó. Nếu phương thức không trả lại gì, bạn dùng từ khóa void để chỉ kiểu trả về. Bạn có thể đặt bất cứ tên gì mà bạn thích cho phương thức miễn là cái tên đó hợp lệ (không được khởi đầu bằng dấu chấm, ví dụ thế), nhưng theo quy ước thì tên phương thức là:

* Là xâu ký tự các chữ cái

* Bắt đầu bằng một ký tự viết thường

* Bắt đầu các từ tiếp theo bằng ký tự viết hoa.

Bạn gọi một phương thức như sau:

?

1

2

returnType variableForReturnValue =

instanceOfSomeClass.methodName(parameter1, parameter2, ...);

Như vậy, bạn đang gọi phương thức methodName() của đối tượng instanceOfSomeClass, và truyền cho phương thức này một vài đối số. Sự khác biệt giữa tham số và đối số là không nhiều, nhưng chúng khác nhau. Phương thức nhận các tham số. Khi bạn truyền giá trị cụ thể vào phương thức lúc bạn gọi thì những giá trị này được gọi là đối số của lời gọi.