من قصد دارم در قالب چند مطلب برخی از مفاهیم پایه و مهم برنامه نویسی را که پیش نیازی برای درک اکثر مطالب موجود در وب سایت است به زبان ساده بیان کنم تا دایره افرادی که می‌توانند از مطالب ارزشمند این وب سایت استفاده کنند وسعت بیشتری پیدا کند. لازم به توضیح است از آنجا که علاقه ندارم اینجا تبدیل به نسخه فارسی MSDN یا کتاب آنلاین آموزش برنامه نویسی شود این سری آموزش‌ها بیشتر شامل مفاهیم کلیدی خواهند بود.
این مطلب به عنوان اولین بخش از این سری مطالب منتشر میشود.
هدف این نوشته بررسی جزییات برنامه نویسی در رابطه با کلاس و شیء نیست. بلکه دریافتن چگونگی شکل گرفتن ایده شیء گرایی و علت مفید بودن آن است.
مشاهده مفاهیم شیء گرایی در پیرامون خود
حتماً در دنیای برنامه نویسی شیء گرا بارها با کلمات کلاس و شیء روبرو شده اید. درک صحیح از این مفاهیم بسیار مهم و البته بسیار ساده است. کار را با یک مثال شروع میکنیم. به تصویر زیر نگاه کنید.
در سمت راست بخشی از نقشه یک ساختمان و در سمت چپ ساختمان ساخته شده بر اساس این نقشه را می‌بینید. ساختمان همان شیء است. و نقشه ساختمان کلاس آن است چراکه امکان ایجاد اشیائی که تحت عنوان ساختمان طبقه بندی (کلاس بندی) می‌شوند را فراهم میکند. به همین سادگی. کلاسها طرح اولیه، نقشه یا قالبی هستند که جزییات یک شی را توصیف می‌کنند.
حتماً با من موافق هستید اگر بگویم:
- در نقشه ساختمان نمی‌توانید زندگی کنید اما در خود ساختمان میتوانید.
- از روی یک نقشه میتوان به تعداد دلخواه ساختمان ساخت.
- هنگامی که در یک ساختمان زندگی میکنید نیازی نیست تا دقیقاً بدانید چگونه ساخته شده و مثلاً سیم کشی یا لوله کشی‌های آن چگونه است! تنها کافیست بدانید برای روشن شدن لامپ باید کلید آن را بزنید.
- ساختمان دارای ویژگی هایی مانند متراژ، ضخامت دیوار، تعداد پنجره و ابعاد هر یک و ... است که در هنگام ساخت و بر اساس اطلاعات موجود در نقشه تعیین شده اند.
- ساختمان دارای کارکرد هایی است. مانند بالا و پایین رفتن آسانسور و یا باز و بسته شدن درب پارکینگ. هر یک از این کارکرد‌ها نیز بر اساس اطلاعات موجود در نقشه پیاده سازی و ساخته شده اند.
- ساختمان تمام اجزای لازم برای اینکه از آن بتوانیم استفاده کنیم و به عبارتی در آن بتوانیم زندگی کنیم را در خود دارد.
در محیط پیرامون ما تقریباً هر چیزی را میتوان در یک دیدگاه شیء تصور کرد. به عبارتی هر چیزی که بتوانید به صورت مستقل در ذهن بیاورید و سپس برخی ویژگی‌ها و رفتارها یا کارکردهای آنرا برشمارید تا آن چیز را قابل شناسایی کند شیء است. مثلاً من به شما می‌گویم موجودی چهار پا دارد، مو... مو... میکند و شیر میدهد و ... . شما خواهید گفت گاو! و نمی‌گویید گربه. چرا؟ چون توانستید در ذهن خود موجودیتی را به صورت مستقل تصور کنید و از روی ویژگی‌ها و رفتارش آنرا دقیقاً شناسایی کنید.
سوال: کلاس یا نقشه ایجاد گاو چیست؟ اگر از من بپرسید خواهم گفت طرح اولیه گاو هم ممکن است وجود داشته باشد البته در اختیار خداوند و با سطح دسترسی ملکوت!
اتومبیل، تلویزیون و ... همگی مثال هایی از اشیاء پیرامون ما در دنیای واقعی هستند که حتماً میتوانید کلاس یا نقشه ایجاد آنها را نیز بدست آورید و یا ویژگی‌ها و کارکردهای آنها را برشمارید.
مفاهیم شیء گرایی در مهندسی نرم افزار
مفاهیمی که تاکنون در مورد دنیای واقعی مرور کردیم همان چیزی است که در دنیای برنامه نویسی ـ به عقیده من دنیای واقعی‌تر از دنیای واقعی ـ با آن سر و کار داریم. علت این امر آن است که اصولاً ایده روش برنامه نویسی شیء گرا با مشاهده محیط پیرامون ما به وجود آمده است.
برای نوشتن برنامه جهت حل یک مسئله بزرگ باید بتوان آن مسئله را به بخش‌های کوچکتری تقسیم نمود. در این رابطه مفهوم شیء و کلاس با همان کیفیتی که در محیط پیرامون ما وجود دارد به صورت مناسبی امکان تقسیم یه مسئله بزرگ به بخش‌های کوچکتر را فراهم میکند. و سبب میشود هماهنگی و تقارن و تناظر خاصی بین اشیاء برنامه و دنیای واقعی بوجود آید که یکی از مزایای اصلی روش شیء گراست.
از آنجا که در یک برنامه اصولاً همه چیز و همه مفاهیم در قالب کدها و دستورات برنامه معنا دارد، کلاس و شیء نیز چیزی بیش از قطعاتی کد نیستند. قطعه کد هایی که بسته بندی شده اند تا تمام کار مربوط به هدفی که برای آنها در نظر گرفته شده است را انجام دهند.
همان طور که در هر زبان برنامه نویسی دستوراتی برای کارهای مختلف مانند تعریف یک متغیر یا ایجاد یک حلقه و ... در نظر گرفته شده است، در زبان‌های برنامه نویسی شیء گرا نیز دستوراتی وجود دارد تا بتوان قطعه کدی را بر اساس مفهوم کلاس بسته بندی کرد.
به طور مثال قطعه کد زیر را در زبان برنامه نویسی سی شارپ در نظر بگیرید.
class Player
{
public string Name;
public int Age;
public void Walk()
{
// کدهای مربوط به پیاده سازی راه رفتن
}
public void Run()
{
// کدهای مربوط به پیاده سازی دویدن
}
}
در این قطعه کد با استفاده از کلمه کلیدی class در زبان سی شارپ کلاسی ایجاد شده است که دارای دو ویژگی نام و سن و دو رفتار راه رفتن و دویدن است.
این کلاس به چه دردی می‌خورد؟ کجا میتوانیم از این کلاس استفاده کنیم؟
پاسخ این است که این کلاس ممکن است برای ما هیچ سودی نداشته باشد و هیچ کجا نتوانیم از آن استفاده کنیم. اما بیایید فرض کنیم برنامه نویسی هستیم که قصد داریم یک بازی فوتبال بنویسیم. به جای آنکه قطعات کد مجزایی برای هر یک از بازیکنان و کنترل رفتار و ویژگی‌های آنان بنویسیم با اندکی تفکر به این نکته پی می‌بریم که همه بازیکنان مشترکات بسیاری دارند و به عبارتی در یک گروه یا کلاس قابل دسته بندی هستند. پس سعی میکنیم نقشه یا قالبی برای بازیکن‌ها ایجاد کنیم که دربردارنده ویژگی‌ها و رفتارهای آنها باشد.
همان طور که در نقشه ساختمان نمی‌توانیم زندگی کنیم این کلاس هم هنوز آماده انجام کارهای واقعی نیست. چراکه برخی مقادیر هنوز برای آن تنظیم نشده است. مانند نام بازیکن و سن و ....
و همان طور که برای سکونت لازم است ابتدا یک ساختمان از روی نقشه ساختمان بسازیم برای استفاده واقعی از کلاس یاد شده نیز باید از روی آن شیء بسازیم. به این فرآیند وهله سازی یا نمونه سازی نیز می‌گویند. یک زبان برنامه نویسی شیء گرا دستوراتی را برای وهله سازی نیز در نظر گرفته است. در C# کلمه کلیدی new این وظیفه را به عهده دارد.
Player objPlayer = new Player();
objPlayer.Name = “Ali Karimi”;
objPlayer.Age = 30;
objPlayer.Run();
وقتی فرآیند وهله سازی صورت می‌گیرد یک نمونه یا شیء از آن کلاس در حافظه ساخته میشود که در حقیقت میتوانید آنرا همان کدهای کلاس تصور کنید با این تفاوت که مقداردهی‌های لازم صورت گرفته است. به دلیل تعیین مقادیر لازم، حال شیء تولید شده می‌تواند به خوبی اعمال پیش بینی شده را انجام دهد. توجه نمایید در اینجا پیاده سازی داخلی رفتار دویدن و اینکه مثلاً در هنگام فراخوانی آن چه کدی باید اجرا شود تا تصویر یک بازیکن در حال دویدن در بازی نمایش یابد مد نظر و موضوع بحث ما نیست. بحث ما چگونگی سازماندهی کدها توسط مفهوم کلاس و شیء است. همان طور که مشاهده میکنید ما تمام جزییات بازیکن‌ها را یکبار در کلاس پیاده سازی کرده ایم اما به تعداد دلخواه میتوانیم از روی آن بازیکن‌های مختلف را ایجاد کنیم. همچنین به راحتی رفتار دویدن یک بازیکن را فراخوانی میکنیم بدون آنکه پیاده سازی کامل آن در اختیار و جلوی چشم ما باشد.
تمام آنچه که بازیکن برای انجام امور مربوط به خود نیاز دارد در کلاس بازیکن کپسوله میشود. بدیهی است در یک برنامه واقعی ویژگی‌ها و رفتارهای بسیار بیشتری باید برای کلاس بازیکن در نظر گرفته شود. مانند پاس دادن، شوت زدن و غیره.
به این ترتیب ما برای هر برنامه میتوانیم مسئله اصلی را به تعدادی مسئله کوچکتر تقسیم کنیم و وظیفه حل هر یک از مسائل کوچک را به یک شیء واگذار کنیم. و بر اساس اشیاء تشخیص داده شده کلاس‌های مربوطه را بنویسیم. برنامه نویسی شیء گرا سبب میشود تا مسئله توسط تعدادی شیء که دارای نمونه‌های متناظری در دنیای واقعی هستند حل شود که این امر زیبایی و خوانایی و قابلیت نگهداری و توسعه برنامه را بهبود میدهد.
احتمالاً تاکنون متوجه شده اید که برای نگهداری ویژگی‌های اشیاء از متغیرها و برای پیاده سازی رفتارها یا کارکردهای اشیاء از توابع استفاده میکنیم.
با توجه به این که هدف این مطلب بررسی مفهوم شیء گرائی بود و نه جزییات برنامه نویسی، بنابراین بیان برخی مفاهیم در این رابطه را که بیشتر در مهندسی نرم افزار معنا دارند تا در دنیای واقعی در
مطالب بعدی بررسی میکنیم.
