post

البرمجة كائنية التوجه OOP – الجزء الأول

البرمجة كائنية التوجه OOP :

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته، عندما تم تطوير البرمجة كائنية التوجه Object Oriented Programming المعروفة بالإختصار OOP أحدثت ثورة كبيرة في علم البرمجة، فلقد قامت بحل العديد من الإشكاليات والمعضلات التي كانت تؤرق المطورين أنفسهم، سنأخذكم في جولة سريعة نشرح فيها أهم المبادئ للبرمجة كائنية التوجه ومن ثم نتطرق إلى كيفية إستخدامها داخل لغة #C مباشرة، فمن أهم مبادئها :

التغليف (Encapsulation ):

وتعني ببساطة منع الوصول إلى المتغيرات الموجودة داخل الكلاس بشكلٍ مباشر، والسماح بتعديلها أو استرجاعها من خلال دوال مخصصة لذلك، وتبرز أهمية التغليف في قدرتنا على وضع قواعد معينة للتعامل مع المتغيرات، مثلا لنفرض ان هناك متغير لتخزين عمر الشخص، لو أتحنا الوصول المباشر لهذا المتغير سنفقد أي تحكم بالقيمة التي سيدخلها الشخص الذي يستخدم هذه الفئة Class (مبرمج آخر)، ولربما لن يكون لديه معرفة كافية عن طريقة عمل هذه الفئة Class فربما سيفترض أن إدخاله للعمر 0 لن يسبب اي مشاكل، لكن هذا افتراض خاطئ، ربما في أحد دوال هذه الكلاس هناك عملية قسمة لمتغير آخر على هذا العمر، و القسمة على صفر تؤدي إلى حدوث خطأ، والمشكلة أن مثل هذه الأخطاء عادةً لا تظهر مباشرة لـ مستخدم الفئة Class، إنما يظهر الخطأ فيما بعد وربما أثناء عمل البرنامج لدى المستخدم النهائي وهي ما تعرف بإسم Run-Time Error، لكن لو قمنا بالسماح باستخدام هذا المتغير من خلال دالة فنستطيع التحكم وتنبيه المطور مباشرة عند ادخاله للرقم 0 للعمر، أو تحويل الـ 0 الى 1 او غيرها .. ولأن مطور الفئة Class يعرف آلية عملها بالتفصيل فيجب أن يحمي المتغيرات الموجودة داخلها.

الوراثة (Inheritance):

الوراثة هي عملية إنشاء كلاس جديد بنائاً على كلاس سابق، أو بمعنى آخر اشتقاق، وتبرز أهمية الوراثة في تمكيننا من إعادة استخدام أكواد مكتوبة سابقاً، وتعديل بعضها أو إضافة خصائص جديدة بدل من إعادة كتابتها كل مرة، وتسمى الفئة Class التي نرث منها بالأب Parent والتي نُورِّثُ إليها بالابن Son . لنفهم أهمية الوراثة نأخذ المثال التالي، لنفرض أن هناك فئة Class تقوم باستخدامها لإظهار زر على الشاشة، وهذه الفئة كتبها مبرمج غيرك وهي تعمل بكفائة، وداخل تطبيقك تحتاج لإضافة خصائص إضافية لهذا الزر ، أو خصائص غير موجودة حالياً، لنقل مثلاً خاصية النقر المزدوج، في هذه الحالة لديك عدة خيارات قد تستطيع القيام بها:
1 – الدخول إلى تلك الكلاس والقيام بتعديله وقد تقوم بتعطيل شيء فيها دون قصد.
2 – القيام بنسخ الكود الخاص بهذه الكلاس ولصقها ثم إجراء التعديلات واستخدام هذه الكلاس الجديدة، لكن في هذه الحالة أي شيء نقوم بتغييره او تطويره، او اصلاح بعض الاخطاء على الكلاس الأصلية يجب أن نغيره على هذه ايضاً، وهذا فيه إضاعة كبيرة للوقت.
3 – الوراثة ! عمل كلاس جديدة ترث الكلاس القديمة بكامل خصائصها، ثم تقوم بإضافة الخاصية الجديدة فقط، وبهذه الطريقة نتأكد من استمرارية عمل الكلاس القديمة بلا اي مشاكل، واي تطويرات على الكلاس القديمة ستنعكس ضمنياً على هذه الكلاس.

تعدد الأشكال (Polymorphism):

ويعني أن الكائن يمكن أن يتخذ أكثر من شكل، والفكرة ببساطة أن مجموعة كائنات ترث خصائصها من أب واحد، لكن كل منهم يقوم بتعديل هذه الخصائص لـ تقوم بأمر مختلف.
ومن أهم استخداماته هو القدرة على تمرير هذه الكائنات المختلفة إلى نفس الدالة، أي لو كان لدينا الكائنات التالية: مربع، مستطيل و مثلث، ولدينا كلاس اسمه Area للتعامل مع المساحات وفيها خاصية طباعة مساحة الشكل على الشاشة، بدون مفهوم تعدد الأشكال سيكون علينا أن نقوم بعمل ثلاث دوال لطباعة مساحة كل شكل من هذه الاشكال، مثلا PrintSquareArea و PrintTriangleArea و PrintRectangleArea لكن بتطبيق مبدأ تعدد الأشكال بإمكاننا الاكتفاء بـ دالة واحدة مثلا PrintArea وتستطيع استقبال جميع الاشكال، لانهم بالنهاية مشتقين من كائن واحد، وهذا ممكن ببساطة لان جميع الكلاسات الخاصة بهذه الاشكال يجب ان ترث من كلاس أب يمتلك الخصائص التي نحتاجها وليكن اسمه Shape مثلاً ولديه دالة CalculateArea لحساب المساحة، ثم تقوم كل كلاس ترث منه بتعديل طريقة حساب المساحة بما يناسبها، لكن المهم انها تمتلك هذه الدالة ! فتستطيع دالة الطباعة استدعاء الدالة على أي شكل يمرر لها دون الاهتمام بـ نوعه، المهم أنه يرث من اب يمتلك هذه الدالة فبالتأكيد أن الكائن الابن يمتلكها ايضاً.

تطبيق البرمجة كائنية التوجه OOP بواسطة #C

هناك بعض المصطلحات المرافقة للبرمجة كائنية التوجه التي يجب عليك كمطور الإلمام بها ومعرفتها، سنقوم بالتعرف عليها وإستخدامها مباشرة بشكل أسطر برمجة بإستخدام لغة C# ، وهنا  أهمها تباعاً :

1 – الفئات والكائنات (Classes and Objects)

الفئة هي عبارة عن نموذج أو وصف للكائن (blueprint)، أما الكائن فهو عبارة عن نسخة من هذه الفئة (instance)، على سبيل المثال، لو كان لدينا فئة Student فإننا نقوم بإنشاء كائنات من هذه الفئة كما يلي:

Student std = new Student();

فهنا لدينا Student هي النموذج العام، ثم قمنا بإنشاء كائن Std وهو مستقل بذاته، أي إذا قمنا بانشاء 10 كائنات، فإن التعديل على خصائص أحدهما لا يؤثر في الآخر، لكن التعديل على الفئة نفسها ينعكس على جميع الكائنات المنشئة منها. وهنا طريقة إنشاء الفئة Class في لغة #C :

Class Student
{
}

تتكون الفئة Class من التالي :
الخصائص والمتغيرات (properties): وهي عبارة عن البيانات التي يتم تخزينها داخل الفئة Class
الدوال (methods): ويمكن ان نقول انها تمثل سلوك هذه الكلاس أو بعبارة أبسط المهام والأمور التي تقوم بها هذه الكلاس، مثلا دالة Max لإيجاد الأكبر بين رقمين.
الأحداث (events): والأحداث عبارة عن قنوات للتواصل بين الفئات والكائنات المختلفة.

2 – الخصائص والمتغيرات Properties & Variables

يمكن أن نقوم بإضافة متغيرات Variables للفئات Classes في لغة ال #C كما يلي :

Class Student
{ 
       public int age;
}

لكن كما تلاحظ فقد قمنا بانتهاك أحد مبادئ البرمجة كائنية التوجه، والتي تم شرحها في بداية المقالة، وهو التغليف Encapsulation ، لذلك يجب أن نحول متغير العمر الى شيء محمي ويبقى داخل الفئة وهو ما يعرف بالإسم private  كما يلي :

Class Student
{ 
      private int age;
}

هنا يأتي دور الخصائص Properties والتي تقوم بتعديل أو طباعة قيمة هذا المتغير وتحافظ عليه من أي تعديل خارجي، حيث يمكننا تعريفها داخل لغة #C كالتالي :

Class Student
{
	private int _age;
	public int Age
	{
		get {return _age;}
		set 
		{
			if(value <= 0)
				_age = 1;
			else 
				_age = value;
		}
	}
}

وكما تلاحظ هنا، فإننا نملك تحكم كامل بالقيم المدخلة أو المرتجعة من هذا المتغير، أي أننا قمنا بتغليفه، وفي حال أننا رغبنا بتمكين لغة السي شارب من العمليات الداخلية لهذا المتغير يمكن تعريفها بصيغة مختصرة جداً كالتالي :

Class Student
{
	Public int Age { get; set; };
}

3 – الدوال Methods

الدالة عبارة عن حدث أو مهمة تقوم بإجراءات وظيفية داخل الفئة وغالباً تتعامل مع المتغيرات والخصائص الداخلية، فمثلاً تأخذ العمر وبناءاً عليه تحدد شيء معين، وتكتب بهذا الشكل

public int Method(string param)
{
// code
}

ويمكن للفئة Class امتلاك أكثر من دالة تحمل نفس الاسم، لكن بشرط اختلاف عدد المتغيرات الممررة لها Parameters او اختلاف نوعها، وهو ما يعرف ب overloading ، كالتالي :

public int Method(string param) {};
public int Method(int param) {};

4 – دوال البناء Constructors

دالة البناء هي دالة يتم استدعائها بشكل تلقائي عند إنشاء الكائن باستخدام new ويجب ألا تقوم بإرجاع أي قيمة، وان يكون اسمها نفس اسم الفئة Class، كما يمكنك انشاء اكثر من دالة بناء من خلال ال overloading وعادة تستخدم دالة البناء لتهيئة الكلاس ووضع قيم أولية لـ متغيراتها قبل البدء باستخدامه.وهذا مثال عليها

public class SampleClass 
{
	public SampleClass()
	{
	}
	public SampleClass(int age)
	{
	}
}

كما تلاحظ، قمنا بإنشاء دالتي بناء، الاولى سيتم استدعائها عندما ننشئ كائن بهذا الشكل

SampleClass sc1 = new SampleClass();

والثانية عند تمرير قيمة مثل

SampleClass sc1 = new SampleClass(22);

5 – الكلاسات المتداخلة Nested Class

بإمكاننا تعريف فئة Class داخل فئة أخرى، وتسمى nested class اي فئة داخلية أو متداخلة

class Main
{
	Class Nested
	{
	}
}

كما نلاحظ هنا الكلاس Nested موجودة داخل الكلاس Main ونستطيع استخدامها بهذا الشكل

Main.Nested nested = new Main.Nested();

6 – سماحية الوصول (Access Modifiers)

نستطيع التحكم بإمكانية الوصول إلى المتغيرات والدوال داخل الكلاس عن طريق ال Access Modifiers ، وهناك خمس أنواع :
عام (public): نستطيع الوصول إلى هذا المتغير أو الدالة من اي مكان في المشروع، او حتى من خلال مشروع آخر يعتمد على هذا المشروع.
خاص (private): نستطيع الوصول إلى هذا المتغير أو الدالة من خلال نفس الكلاس فقط، وليس من أي مكان آخر.
محمي (protected): نستطيع الوصول إلى هذا المتغير أو الدالة من نفس الكلاس او من كلاس أخرى مشتقة منها (أي ترث منها كما شرحنا سابقاً).
داخلي (internal): نستطيع الوصول إلى المتغير أو الدالة من نفس المشروع فقط، أي أن المشاريع الأخرى التي تعتمد على هذا المشروع لا تستطيع الوصول اليه.
داخلي محمي (protected internal): نستطيع الوصول إلى هذا المتغير أو الدالة من نفس المشروع أو من كلاس موجودة في مشروع آخر تشتق (ترث) من هذه الكلاس.

تم كتابة الجزء الاول من المقالة بواسطة Ward Mahmoud وترجمتها إستناداً إلى مقالة أصلية هنا، نلقاكم في الجزء الثاني قريباً إن شاء الله.