این پست از جا های مختلف کپی می کنم. برای این که با مفهوم شی و شی گرایی بیشتر آشنا بشوید. چون نوشته های زیر را افراد کامپیوتری نوشته اند به شدت شی گرایی را تبلیغ کرده اند. شما در این نوشته ها سعی کنید با مفهوم شی آشنا شوید و سعی کنید به دام احساسات (جو تبلیغاتی) آن نیافتید.
=============================
برنامهنویسی شیءگرا (به انگلیسی
Object-Oriented Programming مخفف OOP) یک شیوه برنامه نویسی است که ساختار یا بلوک اصلی اجزای آن، شی ها می باشند. در واقع دراین شیوه برنامه نویسی، برنامه به شیء گرایش پیدا می کند. به این معنا که داده ها و توابعی که قرار است بر روی این داده ها عمل کنند، تا حد امکان در قالبی به نام شی در کنار یکدیگر قرار گرفته، جمع بندی شده و یک واحد(شی) را تشکیل داده و نسبت به محیط بیرونِ خود، کپسوله می شوند و از این طریق، توابع بیگانه ی خارج از آن شی، دیگر امکان ایجاد تغییر در داده های درون آن شی را ندارند. به طور مثال حساب بانکی شما که شامل مشخصات فردی شما و میزان سپرده ی شما در بانک است، تشکیل یک شی را می دهند و به دلیل دارا بودن ویژه گی کپسوله، امکان دستکاری در میزان سپرده یا مشخصات شما، توسط دیگران وجود ندارد. از دیگر ویژه گی های برنامه نویسی شی گرا، پیچیدگی کم، هزینه ی کم، امکان گسترش سریع برنامه با خطای کمتر نسبت به سایر پارادیام های برنامه نویسی است.
کلاس
کلاس نوع خاصی از داده است که امکان ذخیره و جمع بندی تعداد زیادی المان را (که شامل داده ها و توابع هستند) برای یک شی جدید فراهم آورده و تحت یک نام مشترک ذخیره می کند. کلاس می تواند داده هایی از جنس های مختلف را ذخیره نماید. به طور مثال در نظر بگیرید که می خواهیم تاریخ 13 نوامبر 2006 را که تشکیل شده از روز، ماه و سال است مورد استفاده قرار دهیم.برای این منظور سه نوع متغییر متفاوت مورد نیاز است:
کد:
int day;
String month;
int year;
حال در نظر بگیرید که نه فقط یک تاریخ، بلکه n تاریخ متفاوت مورد نیاز است. این بدان معنی ست که می بایستی به تعداد n بار، سه متغییر بالا، جداگانه تعریف شوند و تعریفِ تک تک و پیاپی متغییرها، نه فقط از لحاظ زمانی بسیار وقت گیر می نماید، بلکه از لحاظ میزان کد مورد نیاز نیز بسیار غیر عملی ست، چرا که هر بار می بایستی نام جدیدی برای متغییرها در نظر گرفته شود (دو متغییر متفاوت نمیتوانند هم نام باشند). در اینجاست که کلاس ها به خوبی وارد عمل می شوند. با استفاده از کلاس ها می توان متغییرهای متعدد (در مثال بالا: int day ;String month, ;int year) را زیر عنوان یک جنسیت مشترک جدید(به طور مثال هر سه را در یک کلاس با نام Date)، تعریف و جمع بندی نمود. و بعد از آن، بدون نیاز به تعریف مجدد روز، ماه و سال،از کلاس Date به میزان مورد نیاز استفاده کرد:
HTML:
class Date{
int day;
String month;
int year;
}
وراثت
وراثت یا ارث بری (Inheritance) از مفاهیم اساسی برنامه نویسی شیءگراست. هر شیء یک نمونه از یک کلاس است و هر کلاس میتواند از کلاس یا کلاسهای دیگری مشتق شده باشد (خواص متدها یا رویدادهای کلاسهای دیگر را به ارث ببرد). در یک مثال ساده میتوان اتومبیلی را در نظر گرفت که برای جلوگیری از بازنویسی خواص عمومی اتومبیل شامل: چهار چرخ، متدهای حرکت چرخ، متد چرخاندن فرمان، فرمان، بدنه، در و غیره، میتوان یک کلاس پایه از اتومبیل ایجاد کرد سپس مثلاً برای اتومبیل زانتیا مدل C۵ یک کلاس جدید ایجاد کرده که خواص، متدها و رویدادهای عمومی اتومبیل را داشته باشد و فقط برای خواص، متدها و رویدادهای جدید این اتومبیل کد نوشته شود. این ویژگی باعث صرفهجویی در نوشتن کد و تا حدودی تضمین صحت کد موجود میشود. به عنوان مثال اگر کلاس پایه مشکلی داشته باشد فقط کافی است کلاس پایه تغییر داده شود و در تمامی کلاسهایی که از این کلاس پایه ویژگیای ا به ارث بردهاند این تغییر اعمال خواهد شد.
مخفیسازی
کپسوله سازی، مخفیسازی (Encapsulation)، یا لفافهبندی، به این مفهوم اشاره دارد که باید بعضی خصوصیات یا رفتارهای شیء را از دید دیگران پنهان کرد. فرض کنید شما به عنوان یک راننده میخواهید اتومبیل شخصی تان را روشن کنید و به محل کارتان عزیمت کنید سوییچ را بر میدارید، استارت میزنید و با فشار آوردن به پدالهای گاز و ترمز و چرخش فرمان و ... به محل کارتان خواهید رسید. در طول این مسیر در اتومبیل شما به عنوان یک شیء اعمال مختلفی در حال انجام بود. مثلاً لنت ترمز به دیسک چرخ برخورد میکرد و باعث کم شدن سرعت میشد یا شمعها شروع به جرقه زدن در زمانی بخصوصی میکردند. حال فرض کنید که عمل مخفی سازی وجود نداشت و شما مجبور بودید که جرقه زدن شمعها را کنترل میکردید و به سیستم سوخت رسانی در موقع لزوم دستور میدادید که سوخت را بداخل سیلندرها ارسال کند و... یا هیچگاه به مقصد نمیرسیدید! یا سالم نمیرسیدید!
عمل مخفی سازی باعث میشود که اشیاء بدون آنکه از چگونگی کارکرد یکدیگر اطلاع داشته باشند با هم کار کنند.
چندریختی
چند ریختی(Polymorphism) چند ریختی، کمیتی است که به یک رابط امکان میدهد تا از عملیات یکسانی در قالب یک کلاس عمومی استفاده کند.عمل خاص کلاس را ذات حقیقی شیء تعیین میکند.مثال سادهای از چند ریختی، فرمان اتومبیل است.عمل فرمان اتومبیل برای تمام اتومبیلها بدون توجه به ساز و کاری که دارند، یکسان است.فرمان برای اتومبیل که به طور مکانیکی کار میکند یا با نیروی برق یا هر چیز دیگری، عمل یکسانی را انجام میدهد.بنابراین، پس از اینکه شما عملکرد فرمان را یاد گرفتید، می توانید فرمان هر اتومبیلی را کنترل کنید.همین هدف در برنامه نویسی نیز اعمال میشود. به طور کلی، مفهوم چند ریختی، اغلب با عبارت ((یک رابط، چندین روش))بیان میشود. این بدین معنی است که امکان طراحی رابط عمومی برای گروهی از عملیات مرتبط وجود دارد. چند ریختی یا چندشکلی (Polymorphism) به این معنا است که اشیاء میتوانند در موقعیتهای مختلف، رفتارهای متفاوتی بروز دهند. مثلاً یک تابع در صورتی که بر روی نمونهای از کلاس آ فراخوانی شود، رفتار ب را بروز دهد در حالی که اگر بر روی کلاس ج (که فرزند کلاس آ است) فراخوانی شود، رفتاری متفاوت انجام دهد.
انتزاع / تجرید
به این معنا است که بخشی از یک موجودیّت یک مفهوم را که میان همهٔ وارثان مشترک است، پیش تعریف کنیم. این توانایی منجر به داشتن نگاه مشابه به موجودیّتهای مشابه میگردد.
=============================
مفهوم شی گرایی
یک اتومبیل BMW را در نظر بگیرید. یک طرح و سیستم آن در کارخانه طراحی و پیاده سازی شده و با توجه به نیاز بازار از آن ساخته می شود .
به کارخانه BMW سازنده و طراح آن اتومبیل گفته می شود و به طرح و سیستم کلی آن طرح و الگوی ساخته شده از آن، مدل گفته می شود هر چند که مدل ها و طرح های دیگری نیز برای BMW وجود دارد. به اتومبیل BMW740Li که در همین تهران زیر پای یک آقا یا خانم توانمند است شیی از آن مدل گفته می شود. در این بین ممکن است فردی توانمندتر، از همان مدل با ویژگی های بهتری را به شرکت سازنده سفارش دهد که با کمی تغییر در جزئیات طرح اصلی شرکت آنرا به مشتری تحویل می دهد .
در برنامه نویسی شی گرا نیز همین طرز تفکر برقرارا است. در این مورد چهار مفهوم اساسی وجود دارد که هر یک را بررسی می کنیم.
نوع داده انتزاعی یا تجریدی (Data Abstract)
در زبان C++ انواع داده ای مختلفی مانند int,char,... تعریف شده اند و می توان از آنها در طول برنامه استفاده نمود اما نوع داده انتزاعی نوعی است که صرفا توسط خود کاربر تعریف می شود و نوع خاصی را شامل نمی شود و با ایجاد یک شی از آن نوع داده انتزاعی یا تجریدی می توان از داده ها و روال ها و رخدادهای درون آن بهره گرفت .
از این دسته می توان به Class, struct اشاره نمود که صدها و هزاران نوع از آنها را می توان با داده ها و روالهای مختلف تعریف نمود و با استفاده از یک یا چند شی آنها را در برنامه پیاده سازی کرد .
محرمانگی یا بسته بندی (Encapsulation)
این مفهوم دقیقا این است که در خارج از کارخانه BMW نمیتوان مدلی از آن اتومبیل را ساخت مگر اینکه تمامی شرایط را فراهم نمود و این یعنی ساخت یک کارخانه دیگر با همان امکانات و طرح و یعنی دیوانگی محض. یا اینکه خریدار با فشار دادن پدال ترمز، اتومبیل را متوقف می سازد در حالی که از چگونگی اجرای سیستم ترمز بی خبر است .
در برنامه نویسی نیز به همین مفهوم است یعنی داده ها و روالها را بگونه ای که در خارج از آن نوع داده انتزاعی قابل دسترسی نباشند را تعریف کنیم و عملیات و روال ها دور از چشم کاربر و پشت صحنه کار خود را انجام می دهند بدون اینکه کاربر نحوه انجام آنرا متوجه شود .
وراثت (Inheritance)
در کارخانه BMW ممکن است از یک سری خصوصیات و روالهای معینی برای مدلهای مختلف تولیدی استفاده نمود مانند آرم آن شرکت که در تمامی مدلهای تولیدی موجود است و در اصطلاح به آنها ارث رسیده است .
در برنامه نویسی شی گرا نیز همین گونه است یعنی برخی اوقات انواع داده انتزاعی به عنوان طرح کلی یا پدر ساخته می شود که در نوعهای دیگر یا فرزندان هم قابل استفاده است .
چند ریختی (polymorphism)
طرف میره کارخانه BMW و تقاضا می کند که روی همین دنده ای که وجود دارد یک دنده هوایی برای پرواز کردن هم قرار بگیرد. شرکت هم سیستمی را پیاد سازی می کند که مثلا دنده X مثل قبل کار کند و در این شرایط به دنده هوایی تبدیل شود .
در برنامه نویسی شی گرا هم این مورد صادق است و میتوان برای یک نمونه چندین تعریف مجزا را بیان نمود مثل عملگر جمع یا ... !!!
کلاس (Class)
همان طرح با خصوصیات و روالهای مشخص و تعریف شده در کارخانه است که با استفاده از آن یک نمونه را ساخته و به بازار وارد می کنند .
شی (Object)
همان مدلی است که در تهران زیر پای شخص خاصی است. یعنی استفاده از خصوصیات و روالهای تعریفی در Class برای استفاده از آن .
=============================
کلاس
کلاس روشی برای بسته بندی نوع داده مجرد است . در کلاس امکان بسته بندی و محصور کردن (Encapsulation) مجموعه ای از داده ها است . روال های پردازش کننده این داده ها را به صورت یک بسته فراهم می کند.
داده های داخل یک کلاس به وسیله کلاس محافظت می گردد. به گونه ای که پردازش داده های خصوصی یک کلاس از طریق روال های دخلی آن امکان پذیر است . داده های یک کلاس را متغیرهای کلاس و روال های آن را روش نامیده اند.
برای مثال کلاس انسان ها یک کلاس قابل تعریف است. در این کلاس خصوصیات مشترک انسانها تعریف می گردد و هیچ انسان خاصی را نشان نمی دهد. کلاس یک نوع است. همانگونه که مثلا int یک نوع است.
عملیات محاسباتی (یا غیر محاسباتی) بر روی نوع داده انجام نمی شود. بلکه این عملیات بر روی متغیرهایی که از این نوع داده تعریف می گردد انجام می شود. به طور مشابه عملیات محاسباتی (یا غیر محاسباتی) روی کلاس انجام نمی شود.
برنامه نویسی شی گرا
برنامه نویسی شی گرا شیوه نوینی است که در آن می توان قطعاتی را ایجاد کرد و در برنامه های مختلف مورد استفاده قرار داد.قابلیت خوانایی برنامه هایی که در این روش نوشته می شوند بالا بوده ، تست ، عیب یابی و اصلاح آن ها آسان است . شی گرایی ، بر اشیا تاکید دارد. در برنامه نویسی شی گرا اشیا به صورت انتزاع مطرح می شوند.
انتزاع: به آن چیزی می گویند که شما در مورد آن فکر می کنید و در یک دید کلی مطرح می کنید. مثلاً وقتی به یک دانه شن فکر می کنید ناخوداگاه فکرتان به سمت ساحل می رود یا وقتی به یک درخت فکر می کنید ذهنتان به سمت جنگل متمرکز می شود. به این انتزاع می گویند که در این سبک برنامه نویسی مطرح می شود که اشیا با توجه به کلاس های خودشان ساخته می شوند که خود کلاس ها ممکن است که از کلاسهای دیگری مشتق شده باشند.
شی گرایی در زبان C++
از آنجا که اساس تکوین C++ برنامه نویسی شی گرا است. پس مهم است که تعریف دقیقی را از برنامه نویسی شی گرا ارائه دهیم . شی گرا از بهترین مفاهیم برنامه سازی ساخت یافته بوجود آمده است و با چندین مفهوم قوی ترکیب شده که امکان سازماندهی برنامه ها را به طور کارآمد را فراهم می کند.
به طور کلی هنگامی که در حالتی شی گرا نیز برنامه می نویسید مساله را به بخش های تشکیل دهنده آن تجزیه می کنید. هر مولفه ای یک شی خود ظرف می شود که شامل دستورالعملهای خودش و داده های مرتبط با آن شی است . از طریق این عملیات پیچیدگی کاهش یافته و می توان برنامه های بزرگ را مدیریت کرد . همه زبان های برنامه نویسی شی گرا در سه چیز مشترک هستند : کپسوله سازی ، چند ریختی و وراثت. که در زیر اشاره مختصری به هریک از آنها می کنیم.
کپسوله سازی
همانطور که می دانید تمام برنامه ها از دو عنصر اصلی تشکیل می شوند : عبارت برنامه (کد) و داده ها . کد بخشی از برنامه است کد عملیات را اجرا می کند و داده ها اطلاعاتی است که توسط این عملیات تحت تاثیر قرار گرفته . کپسوله سازی یک مکانیزم برنامه نویسی است که کد و داده ها را با هم در یک جا قرار داده و هر دو را از استفاده نادرست و تداخل خارجی ایمن نگه می دارد .
در یک زبان شی گرا ، کد و داده ممکن است با هم در چنین روش محدود شوند که یک جعبه سیاه خود ظرف را ایجاد می کند . درون جعبه تمام داده های مورد نیاز و کد است . هنگامی که در این روش کد و داده ها با هم پیوند برقرار می کنند یک شی به وجود می آید . به عبارت دیگر یک شی ابزاری است که ازکپسوله سازی پشتیبانی می کند.
درون یک شی (کد وداده ها) یا هردو ممکن است برای آن شی محلی (خصوصی/Private) یا عمومی (Public) باشند.کد یا داده های محلی فقط توسط بخش دیگری از شی شناخته شده و قابل دست یابی هستند.
به همین دلیل کد یا داده محلی برای قطعه ای از برنامه که خارج از شی است قابل دسترس نمی باشد . هنگامی که کد یا داده ها عمومی هستند بخش ها دیگری از برنامه ممکن است به آنها دسترسی داشته باشند حتی اگر درون شی تعریف شده باشند بخش های عمومی یک شی برای ارائه یک ارتباط کنترل شده با عناصر محلی شی مورد استفاده قرار می گیرند.
چند ریختی
چند ریختی کمیتی است که به یک رابط امکان می دهد تا برای یک کلاس عمومی از عملیات مورد استفاده قرار می گیرد . عمل خاص توسط ذات حقیقی شی تعیین می شود.به عنوان مثال یک پشته را در نظر بگیرید . ممکن است برنامه ای داشته باشید که نیاز به سه نوع مختلف پشته داشته باشید یک پشته برای مقادیر صحیح ،یک پشته برای اعداد اعشاری و یک پشته برای کاراکترها مورد استفاده قرار می گیرد.در این صورت الگوریتمی که هر سه پشته را پیاده می کند یکسان است حتی اگر داده هایی که در آنها ذخیره می شود متفاوت باشند . در یک زبان غیر شی گرا نیاز خواهید داشت تا سه نوع مختلف از روال های پشته را ایجاد کرده . به هر کدام نام متفاوتی قرار داده و برای هر کدام از روابط خاص خودش استفاده کنید . به دلیل وجود چند ریختی در C++ می توانید یک مجموعه روال عمومی از پشته ایجاد کرده وآن را برای هر سه نوع به کار ببرید.
به طور کلی مفهوم چندریختی اغلب توسط عبارت "یک رابط چندین روشی" بیان می شود . این بدین معنی است که امکان طراحی یک رابط عمومی برای گروهی از عملیات مرتبط وجود دارد.
چند ریختی با اعمال رابط یکسانی که برای تعیین یک کلاس عمومی مورد استفاده قرار می گیرد . به کاهش پیچیدگی کمک می کند . این است وظیفه کامپایلر تا فعالیت خاصی (مثل متد) را برای اعمال روی آن انتخاب کند . شما به عنوان برنامه نویس نیاز ندارید تا این انتخاب را انجام دهید شما فقط نیاز دارید روابط عمومی را به خاطر سپرده و استفاده کنید.
زبان های برنامه نویسی شی گرای اولیه چون به صورت مفسری بودند از چند ریختی در زمان اجرا پشتیبانی می کردند. ولی چون C++ کامپایلری است پس هم در زمان اجرا و هم در زمان کامپایل از چند ریختی پشتیبانی می کند.
وراثت
وراثت عملی است که یک شی می تواند مشخصه های شی دیگری را به دست آورد. به همین دلیل از مفهوم دسته بندی سلسه مراتبی پشتیبانی می کند.
بدون استفاده از وراثت هر شی به طور مجزا بایستی تمام مشخصه های خودش را تعریف کند . با استفاده از وراثت شی فقط نیاز به تعریف مشخصه هایی دارد که در داخل آن کلاس منحصر به فرد هستند . این سبب می شود که صفات عمومی را از پدرشان به ارث ببرند.
بنابراین مکانیزم وراثت به یک شی امکان می دهد تا نمونه خاص از یک حالت عمومی تر باشد.