Nạp chồng toán tử

Thuộc phần Lập trình hướng đối tượng trong hành trình C# của Coddy. Bài học 36 trên 70.

Nạp chồng toán tử cho phép bạn định nghĩa cách các toán tử như +, - hoặc == hoạt động với các lớp tùy chỉnh của bạn. Thay vì gọi các phương thức như point1.Add(point2), bạn có thể viết cách tự nhiên hơn là point1 + point2.

Để nạp chồng toán tử, bạn tạo một phương thức tĩnh đặc biệt bằng từ khóa operator:

public class Vector
{
    public int X { get; }
    public int Y { get; }
    
    public Vector(int x, int y)
    {
        X = x;
        Y = y;
    }
    
    public static Vector operator +(Vector a, Vector b)
    {
        return new Vector(a.X + b.X, a.Y + b.Y);
    }
}

Giờ bạn có thể cộng vector một cách tự nhiên:

Vector v1 = new Vector(3, 4);
Vector v2 = new Vector(1, 2);
Vector v3 = v1 + v2;  // X = 4, Y = 6

Phương thức phải là public static, và ít nhất một tham số phải có kiểu là kiểu chứa phương thức đó. Bạn có thể nạp chồng các toán tử số học (+, -, *, /), toán tử so sánh (==, !=, <, >) và toán tử một ngôi (-, !, ++).

Lưu ý rằng bạn phải nạp chồng các toán tử so sánh theo từng cặp: nếu định nghĩa ==, bạn cũng phải định nghĩa !=.

Hãy dùng nạp chồng toán tử (operator overloading) khi cách này giúp code dễ hiểu hơn, đặc biệt với các kiểu dữ liệu toán học như vectơ, số phức hoặc tiền tệ. Tránh dùng cách này khi ý nghĩa của phép toán không rõ ràng ngay lập tức.

Thử thách

Dễ

Hãy xây dựng một lớp Fraction để thao tác với phân số một cách tự nhiên nhờ nạp chồng toán tử. Thay vì gọi các phương thức như fraction1.Add(fraction2), bạn có thể viết biểu thức trực quan fraction1 + fraction2.

Bạn sẽ sắp xếp code trong hai tệp:

Fraction.cs: Tạo lớp Fraction trong không gian tên Math để biểu diễn phân số với tử số và mẫu số. Phân số của bạn cần có:
- Hai thuộc tính số nguyên chỉ đọc: Numerator và Denominator
- Một hàm khởi tạo nhận tử số và mẫu số theo thứ tự đó
- Toán tử + được nạp chồng để cộng hai phân số theo công thức: (a/b) + (c/d) = (a*d + c*b) / (b*d)
- Toán tử * được nạp chồng để nhân hai phân số: (a/b) * (c/d) = (a*c) / (b*d)
- Toán tử == được nạp chồng, trả về true nếu hai phân số bằng nhau (so sánh bằng phép nhân chéo: a*d == c*b)
- Toán tử != được nạp chồng (bắt buộc khi bạn nạp chồng ==), trả về kết quả ngược với ==
- Một phương thức GetDisplay() trả về phân số dưới dạng chuỗi theo định dạng "{Numerator}/{Denominator}"
Program.cs: Trong tệp chính, tạo hai phân số bằng các giá trị đầu vào. Minh họa các toán tử được nạp chồng bằng cách cộng, nhân và kiểm tra xem hai phân số có bằng nhau không. In kết quả để cho thấy các toán tử hoạt động tự nhiên như thế nào.

Bạn sẽ nhận bốn giá trị đầu vào:

Tử số của phân số thứ nhất (số nguyên)
Mẫu số của phân số thứ nhất (số nguyên)
Tử số của phân số thứ hai (số nguyên)
Mẫu số của phân số thứ hai (số nguyên)

In kết quả theo định dạng sau:

Fraction 1: {GetDisplay()}
Fraction 2: {GetDisplay()}
Sum: {GetDisplay()}
Product: {GetDisplay()}
Are equal: {True/False}

Ví dụ, nếu đầu vào là 1, 2, 2 và 4, kết quả sẽ là:

Fraction 1: 1/2
Fraction 2: 2/4
Sum: 8/8
Product: 2/8
Are equal: True

Lưu ý rằng 1/2 và 2/4 được nhận biết là bằng nhau vì 1*4 == 2*2. Tổng và tích được tính mà không rút gọn, điều đó không sao trong thử thách này. Điều thú vị là giờ đây bạn có thể thao tác với phân số một cách tự nhiên bằng các toán tử quen thuộc!

Tự làm thử

using System;
using Math;

class Program
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        // Đọc đầu vào cho phân số thứ nhất
        int num1 = Convert.ToInt32(Console.ReadLine());
        int den1 = Convert.ToInt32(Console.ReadLine());
        
        // Đọc đầu vào cho phân số thứ hai
        int num2 = Convert.ToInt32(Console.ReadLine());
        int den2 = Convert.ToInt32(Console.ReadLine());
        
        // TODO: Tạo hai đối tượng Fraction từ các giá trị đầu vào
        
        // TODO: Dùng toán tử + đã nạp chồng để cộng các phân số
        
        // TODO: Dùng toán tử * đã nạp chồng để nhân các phân số
        
        // TODO: Dùng toán tử == đã nạp chồng để kiểm tra hai phân số có bằng nhau không
        
        // TODO: In đầu ra theo định dạng yêu cầu:
        // Phân số 1: {GetDisplay()}
        // Phân số 2: {GetDisplay()}
        // Tổng: {GetDisplay()}
        // Tích: {GetDisplay()}
        // Có bằng nhau không: {True/False}
    }
}