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 
Bộ Môn Công Nghệ Phần Mềm – Khoa CNTT 
Trường Đại Học Thủy Lợi 
NỘI DUNG 
1. Nhắc lại về vector 
2. C-string và lớp String 
3. Khuôn mẫu hàm 
4. Khuôn mẫu lớp 
2 
Bài giảng có sử dụng hình vẽ trong cuốn sách “Practical Debugging in C++, 
A. Ford and T. Teorey, Prentice Hall, 2002” 
1. NHẮC LẠI VỀ VECTOR 
MỘT KHUÔN MẪU LỚP (CLASS TEMPLATE) 
CƠ BẢN VỀ VECTOR 
 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 
4 
MỘT SỐ HÀM THÀNH VIÊN CỦA VECTOR 
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 
5 
Danh sách đầy đủ có thểm xem tại đây 
SỬ DỤNG ITERATOR 
 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  
6 
2. C-STRING VÀ LỚP STRING 
MỤC TIÊU 
 C-Strings: một kiểu mảng cho chuỗi ký tự 
 Các công cụ thao tác ký tự (char) 
 Character I/O 
 Hàm thành viên get, put 
 Một số hàm khác: pushback, peek, ignore  
 Lớp String chuẩn 
 Xử lý chuỗi ký tự với lớp String 
8 
HAI CÁCH BIỂU DIỄN CHUỖI (STRING) 
 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) 
9 
C-STRINGS 
 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 
10 
BIẾN C-STRING 
 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"; 
11 
THAO TÁC VỚI C-STRING QUA CHỈ SỐ 
 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 
12 
TOÁN TỬ = VÀ == VỚI C-STRINGS 
 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! 
13 
SO SÁNH C-STRINGS 
 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."; 
14 
DANH SÁCH HÀM THAO TÁC CHUỖI 
TRONG (1/2) 
15 
DANH SÁCH HÀM THAO TÁC CHUỖI 
TRONG (2/2) 
16 
HÀM STRLEN() 
 “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 
17 
HÀM STRCAT() 
 “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 " 
18 
ĐỐI SỐ VÀ THAM SỐ C-STRING 
 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 19 
I/O VỚI C-STRING 
 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! 
20 
VÍ DỤ 
NHẬP DỮ LIỆU CHO C-STRING DÙNG CIN 
 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” 
21 
NHẬP DỮ LIỆU CHO C-STRING 
DÙNG HÀM GETLINE 
 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 
22 
HÀM THÀNH VIÊN GET() 
 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 ! 
23 
HÀM THÀNH VIÊN PUT() 
 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 
24 
MỘT VÀI HÀM THÀNH VIÊN KHÁC 
 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” 
25 
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 
 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! 
29 
CHƯƠNG TRÌNH VỚI LỚP STRING 
30 
I/O VỚI LỚP STRING 
 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) 
31 
HÀM GETLINE() VỚI LỚP STRING 
 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 “?” 
32 
CÂU HỎI 
 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()! 33 
HÀM XỬ LÝ CỦA LỚP STRING 
 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 
34 
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 
 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()); 
37 
TÓM TẮT C-STRING VÀ LỚP STRING 
 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 
38 
3. KHUÔN MẪU 
Templates 
MỤC TIÊU 
Khuôn mẫu hàm (Function Templates) 
Khuôn mẫu lớp (Class Templates) 
Khuôn mẫu và Kế thừa 
Thư viện khuôn mẫu chuẩn (STL) 
40 
KHUÔN MẪU HÀM 
 Một mô hình (một mẫu) giúp tạo định nghĩa của 
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 
41 
VÍ DỤ VỀ KHUÔN MẪU HÀM (1/2) 
 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; 
 } 
42 
VÍ DỤ VỀ KHUÔN MẪU HÀM (2/2) 
 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; 
 } 
43 
SỬ DỤNG KHUÔN MẪU HÀM 
 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 
44 
BÀI TẬP CHO KHUÔN MẪU HÀM 
 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) 
 {  } 
45 
MỘT VÀI LƯU Ý CHO KHUÔN MẪU HÀM 
 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 
46 
KHUÔN MẪU LỚP 
 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 
47 
VÍ DỤ VỀ KHUÔN MẪU LỚP (1/2) 
 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;} 
}; 
48 
VÍ DỤ VỀ KHUÔN MẪU LỚP (2/2) 
 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;} 
 }; 
49 
SỬ DỤNG KHUÔN MẪU LỚP 
 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 
50 
BÀI TẬP KHUÔN MẪU LỚP 
 Cài đặt giao diện lớp sau 
51 
KHUÔN MẪU LỚP VÀ KẾ THỪA 
 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 
52 
THƯ VIỆN KHUÔN MẪU CHUẨN 
 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 
53 
BỘ CHỨA (CONTAINER) 
 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 
54 
TẠO ĐỐI TƯỢNG CONTAINER 
 Tạo một danh sách (list) của kiểu int 
 list mylist; 
 Tạo một vector của những đối tượng string: 
 vector myvector; 
55 
BỘ LẶP (ITERATOR) 
 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 
56 
CONTAINER VÀ ITERATOR 
 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; 57 
DUYỆT QUA MỘT CONTAINER 
 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 
58 
GIẢI THUẬT 
 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 
  
59 
SỬ DỤNG GIẢI THUẬT TRONG STL 
 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 
60 
GIÁO TRÌNH THAM KHẢO 
 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 Kĩ Thuật, 2006 
61