برنامه‌نویسی شی گرا

برنامه‌نویسی شی گرا
برنامه‌نویسی شی گرا (به انگلیسی Object Oriented Programming مخفف OOP) یک شیوه برنامه نویسی است که ساختار یا بلوک اصلی تشکیل دهنده برنامه‌ها در آن ها اشیا هستند. اشیاء صورت‌های مجرد از ماهیت‌های مطرح در مسئله هستند که دارای وضعیت (درونی) و همچنین عملیات بر روی داده‌ها (وضعیت درونی) می‌باشند. این نوع نگرش دارای مزایای بسیاری از جمله مدیریت پیچیدگی وهزینه نگهداری کمتری است.

زبان‌های برنامه نویسی شی ‌گرا، زبان‌هایی هستند که در آن برنامه نویس می‌تواند اشیا مختلفی را تعریف نماید و از اشیاء تولید شده استفاده نماید. امروزه اکثر زبان‌های دستوری برنامه نویسی از فنون شی گرایی پشتیبانی می‌کنند. زبانهایی مانند جاوا، سی++، سی شارپ، ایفل از جمله زبان های شی گرا هستند. حتی بسیاری از زبان های روال گونه که ساختار برنامه‌ها در آنها بلوک‌هایی با نام پروسیجر است امروزه از فنون شی گرایی نیز پشتبانی می‌کنند. زبان های سی++ و پی‌اچ‌پی از این جمله هستند. هر شی یک سری خصوصیت و قابلیت دارد، که اصطلاحا Properties و Methods خوانده می‌شوند. در این روش از برنامه نویسی دید برنامه نویس به سیستم دید شخصی است که سعی می‌نماید به پیدا کردن اشیاء مختلف در سیستم و برقراری ارتباط بین آن ها سیستم را تولید نماید.

مفاهیم عمده

وراثت
وراثت یا ارث بری (Inheritance) از مفاهیم اساسی برنامه نویسی شی گراست. هر شی یک نمونه از یک کلاس است و هر کلاس می‌تواند از کلاس یا کلاس های 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 مثلا 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 شی 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. مثلا لنت ترمز به دیسک چرخ برخورد می‌کرد و باعث کم شدن سرعت می‌شد یا شمع‌ ها شروع به جرقه زدن در زمانی بخصوصی می‌کردند. حال فرض کنید که عمل مخفی سازی وجود نداشت و شما مجبور بودید که جرقه زدن شمع ها 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 اشیا 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 شی 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 برناهه 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 اشیا می‌توانند در موقعیت‌های مختلف، رفتارهای متفاوتی بروز دهند. مثلا 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 موجودیت یک مفهوم را که میان همه وارثان مشترک است، پیش تعریف کنیم. این توانایی منجر به داشتن نگاه مشابه به موجودیت‌های مشابه می‌گردد.

یک مثال کاربردی
در اطراف ما اشیاء زیادی وجود دارد و می‌توان تمام مفاهیم موجود در طبیعت را با اشیاء تقلیل داد. مثلا یک ماشین باربری. این ماشین یک سری خصوصیات دارد: چهار چرخ، یک پدال ترمز، یک پدال گاز، یک فرمان و یک محل بزرگ برای قرار دادن اشیاء در آن و.... این ماشین در صورتی که ما پدال گاز آن را فشار دهیم، حرکت می‌کند. در صورتی که فرمان آن را بچرخانیم تغییر مسیر می‌دهد. پس این شیء علاوه بر یک سری خصوصیات، یک سری رفتار مشخص هم به ما نشان می‌دهد. ولی فقط این یک ماشین نیست که این کار را انجام می‌دهد. تمامی ماشین‌ها این کارها را انجام می‌دهند. پس می‌توانیم این ماشین را 'تعریف' کنیم و بگوییم:

ماشین باربری وسیله‌ای است که چهار چرخ، یک گاز، یک ترمز، یک فرمان و یک محل برای حمل بار دارد و اگر پدال گاز آن فشار داده شود حرکت می‌کند. این تعریف این ماشین است ولی خود آن نیست. هر زمانی چنین ماشینی بخواهیم به کارخانه تولید آن می‌رویم و از فروشندگان می‌خواهیم تا با توجه به این تعریف یک ماشین به ما بدهند.

مفاهیم فوق در زبان‌های برنامه نویسی شیءگرا گنجانده شده‌اند. در این زبان‌ها، اشیاء زیادی از پیش وجود دارند که برنامه‌نویسان می‌توانند از آنها استفاده کنند.

ارتباط اشیاء
مجددا به مثال ماشین باربری بر می‌گردیم و این بار، یک ماشین سواری را تعریف می‌کنیم. ماشین سواری شیئی است که چهار چرخ، یک ترمز، یک پدال گاز و یک صندوق عقب دارد. این تعریف به تعریف ماشین باربری بسیار شبیه‌ است. به عبارت دیگر ما به یک تعریف جدید می‌رسیم: خودرو. خودرو وسیله‌ای است که چهار چرخ، یک ترمز، یک پدال گاز دارد. پس از این به بعد تعریف ماشین باربری و ماشین سواری خیلی ساده ‌تر می‌شود.

ماشین باربری، خودرویی است که محلی برای قرار دادن بار داشته باشد و ماشین سواری خودرویی است که صندوق عقب داشته باشد.

    * اگر کسی به درب کارخانه مراجعه کند و بگوید که 'خودرو' می‌خواهد، چیزی دریافت نمی‌کند. خودرو یک تعریف انتزاعی است، برای تعریف خودرو شیء وجود ندارد پس مشتری تنها می‌تواتند ماشین باربری یا ماشین سواری بخواهد.
    * کارواش را در نظر می‌گیریم. این کارواش خودرو را تمیز می‌کند و دیگر به طور جزئی عنوان نمی‌کند که کدام نوع خودرو را تمیز می‌کند. به عبارت دیگر نوع خودرو برای کارواش مهم نیست.
    * وقتی شخصی قصد اجاره خودرویی دارد، و می‌خواهد جنسی را حمل کند در هنگام نماس با متصدی کرایه ماشین می‌گوید: «اگر خودرو شمااز نوع باربری است، برای من ارسال کنید»، ولی اگر قصد جابجا شدن را دارد می‌گوید: «برای من یک ماشین سواری بفرستید.»

در زبان‌های برنامه نویسی شی گرا نیز اشیاء مختلفی وجود دارند که تعریف آنها تکمیل کننده یکدیگر است، به عبارت دیگر اشیا از یکدیگر ارث بری می‌کنند. برخی از تعاریف کاملا عام است و نمی‌توان از آنها نمونه شیئی ساخت و تنها تعریف هستند. به این تعاریف Interface گفته می‌شود.

مدیریت پیچیدگی
اعمال شیوه ‌های مدیریتی با محوریت اشیاء در مطالعه، طراحی، ایجاد، و اجراء پروژه ‌های مهندسی نرم‌افزار و مهندسی دانش.