Bài giảng Ngôn ngữ lập trình - Bài 7: Khuôn mẫu (Template) và Thư viện chuẩn (STL) - Lê Nguyễn Tuấn Thành

Ngôn ngữ lập trình
Bài 7:
Khuôn mẫu (Template) và 
Thư viện chuẩn (STL)
Giảng viên: Lê Nguyễn Tuấn Thành
Email:thanhlnt@tlu.edu.vn
BộMôn Công Nghệ Phần Mềm – Khoa CNTT
Trường Đại Học Thủy Lợi
Nội dung
2
1. Nhắc lại về vector
2. C-string và lớp String
3. Khuôn mẫu hàm
4. Khuôn mẫu lớp
Bài giảng có sử dụng hình vẽ trong cuốn sách “Absolute C++. W. Savitch, Addison Wesley, 2002”
1. Nhắc lại về vector
MỘT KHUÔN MẪU LỚP (CLASS TEMPLATE)
Cơ bản về vector
4
 Dùng để lưu trữ tập dữ liệu CÙNG KIỂU, giống mảng, 
 Nhưng vector có thể phình to hoặc thu nhỏ kích thước 
trong lúc chạy chương trình (không giống như mảng có 
kích thước cố định)
 Thư viện: #include 
 Ví dụ khai báo
 vector vIA; // Khai báo một vector chứa dữ liệu 
kiểu int
 vector vIB (10); // Khai báo một vector có kích 
thước ban đầu là 10, chứa dữ liệu kiểu int
 vector vIC (10, 2); // Khai báo một vector có kích 
thước ban đầu là 10, chứa dữ liệu kiểu int và dữ liệu được 
khởi tạo giá trị 2
Một số hàm thành viên của vector
5
Phương thức Mục đích
v.assign(n,e) Gán tập giá trị mới cho vector, thay thế nội dung hiện 
tại của nó đồng thời thay đổi kích thước
v[i] hoặc v.at[i] Tham chiếu đến phần tử thứ i của vector
v.clear() Làm rỗng vector 
v.pop_back() Xóa phần tử cuối cùng của vector
v.push_back(e) Thêm phần tử e vào cuối của vector
v.resize(new_size) Thay đổi kích thước của vector
Danh sách đầy đủ có thểm xem tại đây
Sử dụng iterator
6
 Trong lập trình hướng đối tượng (OOP), một 
iterator là một đối tượng cho phép lập trình viên 
duyệt qua (traverse) các phần tử trong một 
container, như danh sách (list), mảng, vector 
2. C-string và lớp string
Mục tiêu
8
 C-Strings: một kiểu mảng cho chuỗi ký tự
 Các công cụ thao tác ký tự (char)
 Character I/O, cin
 Hàm thành viên: get, put
 Một số hàm khác: pushback, peek, ignore 
 Lớp String chuẩn
 Xử lý chuỗi ký tự với lớp String
Hai cách biểu diễn chuỗi (string)
9
 C-strings
 Một mảng với các phần tử có kiểu cơ sở char
 Chuỗi được kết thúc với kí tự null, “\0”
 Là phương thức cũ được kế thừa từ C
 Lớp String
 Sử dụng khuôn mẫu (template)
C-strings
10
 Một mảng các phần tử với kiểu cơ sở char
 Mỗi phần tử của mảng là một ký tự
 Ký tự mở rộng “\0”
 Được gọi là ký tự rỗng (null character)
 Là dấu hiệu kết thúc một chuỗi ký tự
 Chúng ta đã sử dụng C-strings!
 Ví dụ: literal “Hello” được lưu trữ như một c-string
Biến c-string
11
 Khai báo: char s[10]
 Khai báo một biến c-string để lưu trữ 9 ký tự
 Và kí tự thứ 10 là ký tự null (“\0”)
 Chỉ có một điểm khác với mảng chuẩn:
 C-strings phải chứa ký tự null !
 Khởi tạo một c-string: char s[10] = “Hi Mom!”
 Không cần thiết phải điền đầy đủ (kích thước) mảng
 Đặt ký tự “\0” ở cuối
 Có thể bỏ qua kích thước mảng: 
char shortString[] = "abc";
Thao tác với c-string qua chỉ số
12
 Một c-string LÀ một mảng => có thể truy cập thành viên 
thông qua chỉ số (index) 
 Ví dụ: char ourString[5] = "Hi";
 ourString[0] là "H“
 ourString[1] là "i“
 ourString[2] là "\0“
 ourString[3] là không xác định (unknown)
 ourString[4] là không xác định (unknown)
 Chú ý: nếu thực hiện phép gán ourString[2] = “a”;
 Ghi đè ký tự “\0” (null) bởi ký tự “a”
 Nếu ký tự null bị ghi đè, c-string không còn hoạt động 
như c-string nữa! => kết quả không dự đoán được
Toán tử = và == với c-strings
13
 C-strings không giống những biến khác
 Không thể sử dụng phép gán hoặc so sánh
 Chỉ có thể sử dụng toán tử “=” lúc khởi tạo một c-string!
char aString[10];
aString = “Hello”; // KHÔNG HỢP LỆ
 Phải sử dụng hàm thư viện cho phép gán: strcpy(aString, 
"Hello");
 Một hàm được xây dựng sẵn trong 
 Đặt giá trị của aString bằng với “Hello”
 KHÔNG kiểm tra kích thước!
So sánh c-strings
14
 Không thể sử dụng toán tử “==” để so sánh c-strings
char aString[10] = “Hello”;
char anotherString[10] = “Goodbye”;
aString == anotherString; // KHÔNG hợp lệ
 Phải sử dụng thư viện hàm: 
if (strcmp(aString, anotherString))
cout << "Strings NOT same.";
else
cout << "Strings are same.";
Danh sách hàm thao tác chuỗi 
trong (1/2)
15
Danh sách hàm thao tác chuỗi 
trong (2/2)
16
Hàm STRLEN()
17
 “STRing LENgth” – độ dài của chuỗi
 Trả về số lượng ký tự
 Không bao gồm ký tự null
 Ví dụ:
char myString[10] = "dobedo";
cout << strlen(myString);
 Giá trị trả về: 6
Hàm strcat()
18
 “STRing ConcATnate”
 Dùng để nối chuỗi
char stringVar[20] = "The rain";
strcat(stringVar, " in Spain");
 Kết quả: stringVar bây giờ là "The rain in Spain "
Đối số và tham số c-string
19
 Nhớ lại: c-string là một mảng
 Vì vậy có thể dùng c-string làm tham số mảng
 c-string được truyền vào hàm có thể bị thay đổi bởi hàm tiếp 
nhận!
 Giống như mảng, thông thường cũng truyền cả kích 
thước của c-string vào hàm
 Hàm cũng “có thể” sử dụng kí tự “\0” để kiểm tra kích thước
 Do đó tham số kích thước có thể không cần nếu hàm không 
thay đổi tham số c-string
 Sử dung “const” để bảo vệ những đối số c-string không bị thay 
đổi
I/O với C-string
20
 Xuất dữ liệu với toán tử chèn: <<
 Do toán tử << đã được nạp chồng cho c-strings!
 Nhập dữ liệu với toán tử: >>
 Chú ý khi nhập dữ liệu: khoảng trắng (whitespace) được 
dùng để phân cách (delimiter)
 Tab, space, ngắt dòng (line breaks) bị bỏ qua
 Dữ liệu đọc vào sẽ dừng ghi bắt gặp delimiter
 Phải ước lượng kích thước c-string đủ lớn để chứa toàn 
bộ chuỗi, C++ không đưa ra bất kỳ cảnh bảo nào cho 
các tình huống vượt kích thước!
Ví dụ
nhập dữ liệu cho c-string dùng cin
21
char a[80], b[80];
cout << "Enter input: ";
cin >> a >> b;
cout << a << b << "END OF OUTPUT\n";
Nhập vào: Do be do to you!
Kết quả in ra màn hình: DobeEND OF OUTPUT
C-string a nhận giá trị “do”
C-string b nhận giá trị “be”
Nhập dữ liệu cho C-string 
dùng hàm getline
22
 Có thể nhận vào cả một dòng cho c-string sử dụng hàm 
định nghĩa sẵn getline()
char a[80];
cout << "Enter input: ";
cin.getline(a, 80); // chiều dài chuỗi muốn nhập vào là 79?
cout << a << "END OF OUTPUT\n";
Nhập vào: Do be do to you!
Kết quả in ra màn hình: 
Do be do to you! END OF OUTPUT
Hàm thành viên get()
23
 Đọc một ký tự một lần
 Là hàm thành viên của đối tượng cin
char nextSymbol;
cin.get(nextSymbol);
 Đọc ký tự tiếp theo và gán cho biến nextSymbol
 Đối số phải là kiểu char, không phải chuỗi !
Hàm thành viên put()
24
 Hiển thị một ký tự một lần
 Là hàm thành viên của đối tượng cout
 Ví dụ:
 cout.put("a"); // output kí tự “a” ra màn hình
 char myString[10] = "Hello";
cout.put(myString[1]); // Hiển thị ký tự “e” ra màn hình
Một vài hàm thành viên khác
25
 putback()
 Giảm vị trí hiện tại trong stream lùi về một ký tự
 cin.putback(lastChar);
 peek()
 Trả về ký tự tiếp theo, nhưng không loại bỏ nó khỏi luồng 
input
 peekChar = cin.peek();
 ignore()
 Bỏ qua input, cho đến khi gặp ký tự được chỉ định
 cin.ignore(1000, "\n"); // bỏ qua nhiều nhất 1000 kí tự cho đến khi gặp 
“\n”
Danh sách Hàm thao tác ký tự
trong thư viện (1/3)
26
Danh sách Hàm thao tác ký tự
trong thư viện (2/3)
27
Danh sách Hàm thao tác ký tự
trong thư viện (3/3)
28
Lớp string chuẩn
29
 Được định nghĩa trong thư viện 
#include 
using namespace std;
 Biến string và các biểu thức được xử lý giống như
những kiểu đơn giản khác
 Có thể gán, so sánh, cộng
string s1, s2, s3;
s3 = s1 + s2; //Concatenation
s3 = "Hello Mom!" //Assignment
 Lưu ý: c-string “Hello Mom!” được tự động chuyển thành kiểu 
string!
Chương trình với lớp string
30
I/O với lớp string
31
 Giống như những kiểu khác!
 string s1, s2;
cin >> s1;
cin >> s2;
Nhập vào: 
May the hair on your toes grow long and curly!
s1 nhận giá trị “May”
s2 nhận giá trị “the”
 Bỏ qua các khoảng trắng (whitespace)
Hàm getline() với lớp string
32
string line;
cout << "Enter a line of input: ";
getline(cin, line);
cout << line << "END OF OUTPUT";
Nhập vào: Do be do to you!
Kết quả in ra màn hình: 
Do be do to you! END OF OUTPUT
string line;
cout << "Enter input: ";
getline(cin, line, "?"); // nhập vào các ký tự cho đến khi gặp “?”
Câu hỏi
33
 int n;
string line;
cin >> n;
getline(cin, line);
 Nếu nhập vào 
42
Hello hitchhiker.
 Hai biến n và line có giá trị là gì?
 Biến n được gán giá trị 42
 Biến line được một chuỗi rỗng
 Tại sao?
 cin >> n bỏ qua leading whitespace, để lại ký tự “\n” trên 
stream cho hàm getline()!
Hàm Xử lý của lớp string
34
 Có một số hàm giống như c-strings
 Và còn nhiều hơn!
 Trên 100 hàm thành viên của lớp string chuẩn
 Một vài hàm thành viên
 .length(): trả về chiều dài của biến string
 .at(i): trả về tham chiếu tới ký tự ở vị trí i
Danh sách hàm thành viên 
của lớp string (1/2)
35
Danh sách hàm thành viên 
của lớp string (2/2)
36
Chuyển đối giữa c-string và 
đối tượng của lớp string
37
 Tự động chuyển kiểu
 Từ c-string thành đối tượng của lớp string
char aCString[] = "My C-string";
string stringVar;
stringVar = aCstring; // Hợp lệ!
 Nhưng không thể viết 
aCString = stringVar; // KHÔNG hợp lệ!
 Không thể tự động chuyển từ đối tượng của lớp string sang c-string
 Phải sử dụng chuyển tường minh bằng hàm strcpy
strcpy(aCString, stringVar.c_str());
Tóm tắt c-string và lớp string
38
 Biến c-string là một mảng các ký tự
 Cộng thêm ký tự null, “\0”
 C-strings hoạt động giống như mảng
 Không thể gán, so sánh giống như những biến đơn giản
 Các thư viện và chứa nhiều hàm thao 
tác hữu ích
 cin.get() đọc ký tự đơn tiếp theo
 getline() cho phép đọc toàn dòng
 Đối tượng của lớp string thao tác tốt hơn c-strings
3. Khuôn mẫu
Templates
Mục tiêu
40
 Khuôn mẫu hàm (Function Templates)
 Khuôn mẫu lớp (Class Templates)
 Khuôn mẫu và Kế thừa
 Thư viện khuôn mẫu chuẩn (STL)
Khuôn mẫu hàm
41
 Một mô hình (một mẫu) giúp tạo định nghĩa chung cho 
những hàm CHỈ khác nhau về kiểu dữ liệu mà chúng 
thao tác. 
 Đây là một hàm chung cho những hàm đó
 Thích hợp cho những hàm thực thi cùng một tác vụ nhưng với 
những tham số khác nhau
 Khuôn mẫu hàm tốt hơn so với nạp chồng hàm bởi vì 
đoạn mã định nghĩa thao tác trong hàm chỉ cần được 
viết MỘT LẦN
Ví dụ về khuôn mẫu hàm (1/2)
42
 Giả sử chúng ta có hai hàm sau với mục đích hoán vị giá 
trị của hai biến
 Hai hàm này chỉ khác nhau về kiểu dữ liệu tham số (kiểu 
int và char)
void swap(int &x, int &y)
{ int temp = x; x = y; 
y = temp;
}
void swap(char &x, char &y)
{ char temp = x; x = y; 
y = temp;
}
Ví dụ về khuôn mẫu hàm (2/2)
43
 Hai hàm này có thể được thay thế bởi MỘT khuôn mẫu 
hàm sau
template
void swap(T &x, T &y)
{ 
T temp = x; x = y; 
y = temp;
}
Sử dụng khuôn mẫu hàm
44
 Khi gọi một khuôn mẫu hàm với một kiểu dữ liệu, trình 
biên dịch sẽ tạo một định nghĩa hàm thực sự từ khuôn 
mẫu này dựa theo kiểu dữ liệu của tham số
int i = 1, j = 2; 
swap(i,j);
 Đoạn mã trên sẽ khiến trình biên dịch khởi tạo khuôn 
mẫu hàm với kiểu dữ liệu int thay thế cho kiểu tham số
T
Bài tập cho khuôn mẫu hàm
45
 Viết một khuôn mẫu hàm tìm kiếm một phần tử trong
một mảng và in ra vị trí của phần tử đó trong mảng nếu
tìm thấy, ngược lại in ra -1
 template
int search(const T a[], int numberUsed, T target)
{  }
Một vài lưu ý cho khuôn mẫu hàm
46
 Khuôn mẫu hàm không sử dụng bộ nhớ
 Mã thực sự chỉ được tạo khi tên khuôn mẫu được gọi
 Khi truyền một đối tượng của lớp cho một khuôn mẫu hàm,
phải đảm bảo rằng mọi toán tử được chỉ định trong khuôn
mẫu đã được định nghĩa hoặc nạp chồng trong định nghĩa của
lớp
 Mọi kiểu dữ liệu chỉ định trong khuôn mẫu hàm phải được
dùng bên trong thân của khuôn mẫu hàm
 Lời gọi hàm phải truyền đầy đủ tham số (với kiểu dữ liệu)
được chỉ định trong khuôn mẫu hàm
 Khuôn mẫu hàm có thể được nạp chồng – với danh sách
tham số khác nhau
 Giống như các hàm thông thường, khuôn mẫu hàm phải được
định nghĩa trước khi gọi
Khuôn mẫu lớp
47
 Có thể định nghĩa khuôn mẫu cho lớp. Những lớp kiểu
này định nghĩa những kiểu dữ liệu trừu tượng
 Không giống như khuôn mẫu hàm, một khuôn mẫu lớp
được khởi tạo bằng cách cung cấp cụ thể kiểu dữ liệu
(ví dụ: int, float, string, ) khi định nghĩa đối tượng
Ví dụ về khuôn mẫu lớp (1/2)
48
 Xem xét hai lớp sau
 Một lớp để cộng hai số nguyên
class Joiner
{ 
public: 
int combine(int x, int y)
{return x + y;}
};
 Một lớp để nối hai chuỗi
class Joiner
{ 
public:
string combine(string x, string y)
{return x + y;}
};
Ví dụ về khuôn mẫu lớp (2/2)
49
 Hai lớp trên có thể được thay thế bởi CHỈ một khuôn 
mẫu lớp sau
template 
class Joiner
{
public:
T combine(T x, T y)
{return x + y;}
};
Sử dụng khuôn mẫu lớp
50
Joiner jd;
Joiner sd;
cout << jd.combine(3.0, 5.0); 
cout << sd.combine("Hi ", "Ho");
Kết quả in ra màn hình: 8.0 và Hi Ho
Bài tập khuôn mẫu lớp
51
 Cài đặt giao diện lớp sau
Khuôn mẫu lớp và kế thừa
52
 Khuôn mẫu có thể được kết hợp với kế thừa
 Chúng ta có thể:
 Kế thừa một lớp thông thường từ một khuôn mẫu lớp
 Kế thừa một khuôn mẫu lớp từ một khuôn mẫu lớp khác
Thư viện khuôn mẫu chuẩn
53
 STL – Standard Template Libray
 Một thư viện bao gồm những khuôn mẫu được sử dụng 
thường xuyên cho cấu trúc dữ liệu và thuật toán (algorithms)
 Chương trình có thể được phát triển nhanh hơn nếu 
chúng ta sử dụng những khuôn mẫu sẵn có này
 Hai kiểu cấu trúc dữ liệu quan trọng trong STL
 Bộ chứa (container): những lớp lưu trữ dữ liệu và 
 Bộ lặp (iterator): giống con trỏ, cung cấp cơ chế để truy 
cập các thành viên trong một container
Bộ chứa (Container)
54
 Có hai kiểu bộ chứa (container) trong STL
 Bộ chứa tuần tự (sequential containers): tổ chức và truy xuất
dữ liệu một cách tuần tự, giống như kiểu mảng. Bao gồm:
vector,dequeue và list
 Bộ chứa liên kết (associative containers): sử dụng key để cho
phép các phần tử có thể được truy cập một cách nhanh
chóng.Bao gồm: set, multiset,map và multimap
Tạo đối tượng container
55
 Tạo một danh sách (list) của kiểu int
list mylist;
 Tạo một vector của những đối tượng string:
vector myvector;
Bộ lặp (Iterator)
56
 Tổng quát hóa khái niệm con trỏ (pointer), được sử
dụng để truy xuất thông tin trong bộ chứa (container)
 Có nhiều loại lặp:
 Lặp tiến (forward) : sử dụng toán tử ++
 Lặp hai chiều (bidirectional): sử dụng ++ và –
 Truy cập ngẫu nhiên (random-access)
 Input: có thể sử dụng với đối tượng cin và istream
 Output: có thể sử dụng với đối tượng cout và ostream
Container và iterator
57
 Mỗi lớp container định nghĩa:
 Một kiểu iterator, sử dụng để truy xuất các thành viên của nó
 Những hàm trả về iterator
 begin(): đặt iterator vào phần tử đầu tiên
 end(): đặt iterator vào phần tử cuối cùng
 Iterator hỗ trợ các thao tác giống con trỏ (*iter, iter ++, 
iter --)
 Kiểu của một iterator được quyết định bởi kiểu của 
container
list::iterator x; 
list::iterator y;
Duyệt qua một container
58
 Xét một vector
vector v;
for (int k=1; k<= 5; k++) 
v.push_back(k*k);
 Duyệt qua vector này sử dụng iterator
vector::iterator iter = v.begin();
while (iter != v.end())
{ cout << *iter << " "; iter++}
Kết quả in ra màn hình: 1 4 9 16 25
Giải thuật
59
 STL bao gồm một số giải thuật được cài đặt như những 
khuôn mẫu hàm thực thi trên các containers
 Yêu cầu khai báo file tiêu đề “algorithm” (#include 
)
 Tập hợp các giải thuật bao gồm
 binary_search
 for_each
 max_element, min_element
 random_shuffle
 find
 sort
 
Sử dụng giải thuật trong stl
60
 max_element(iter1, iter2): tìm phần tử lớn nhất
trong một khoảng giới hạn bởi iter1 và iter2 của
container
 min_element(iter1, iter2): tương tự với phần tử nhỏ
nhất
 random_shuffle(iter1, iter2): đảo ngẫu nhiên các giá
trị trong khoảng giới hạn bởi iter1 và iter2
 sort(iter1, iter2): sắp xếp theo giá trị tăng dần của
khoảng giới hạn bởi iter1 và iter2
Giáo trình Tham khảo
61
 Giáo trình chính: W. Savitch, Absolute C++, Addison 
Wesley, 2002
 Tham khảo:
 A. Ford and T. Teorey, Practical Debugging in C++, Prentice Hall, 
2002
 Nguyễn Thanh Thủy, Kĩ thuật lập trình C++, NXB Khoa học và 
KĩThuật, 2006