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.

Inheritance ارث بری

پدر و فرزندی را در نظر بگیرید . هر پدری مشخصات فردی به خصوصی دارد . فرزند وی می تواند همه خصوصیات او را به ارث برد و خصوصیتهای دیگری نیز داشته باشد که پدرش ندارد . این یعنی ارث بری !

در برنامه نویسی شی گرا از مفهوم ارث بری استفاده های زیادی می شود . قابلیت استفاده دوباره از کد (Reusability) یکی از مزیات اصلی ارث بری است.

Encapsulation

همانطور که از اسمش پیداست ، به قرار دادن پیاده سازی در یک کپسول اشاره می کند ، به طوری که کاربر بیرونی از نحوه پیاده سازی مطلع نباشد و فقط بداند که این کپسول کار خاصی را انجام می دهد.

هدف Encapsulationاین است که ما را از پرداختن به ریز موضوعات رها کند و اشیا را به صورت یک جعبه سیاهی بدانیم که به ازای یک ورودی خاص خروجی خاصی می دهند .

در C#‎ برای کپسوله کردن از Access Modifier های Private ، Protected ، Public استفاده شود.

Polymorphism

فرض کنید پدر شما کار خاصی را به طریق خاصی انجام می دهد . مثلا برای پختن غذا اول ظرفهای دیشب را شسته و بعد گاز را روشن می کند و بعد غذا را می پزد! شما که خصوصیات پدر و کارهای او را به ارث می برید برای مثال برای پختن غذا ابتدا گاز را روشن می کنید بعد کبریت می کشید،غذا را می پزید و بعد ظرفهای دیشب را می شویید! پختن غذا کاری است که شما از پدر خود به ارث می برید ، ولی آن را به طریق دیگری انجام می دهید . یعنی یک کار توسط فرزندان مختلف یک پدر به طرق مختلفی انجام می شود . این دقیقا همان چیزی است که به آن چند شکلی یا Polymorphismمی گویند.

Abstraction

تجرید یا مجرد سازی ! به کلاسی مجرد گفته می شود که پیاده سازی متدها در آن انجام نمی شود. فرض می کنیم که شما رئیس یک شرکت بزرگ برنامه نویسی هستید و می خواهید پروژه بزرگی را انجام دهید. برای اجرای پروژه از برنامه نویسان مختلفی استفاده می کنید که ممکن است همه آنها هموطن نباشند! مثلا هندی ، ایرانی یا آلمانی باشند! اگر قرار باشد هر برنامه نویسی در نامگذاری متدها و کلاسهایش آزاد باشد ، در کد نویسی هرج ومرج به وجود می آید . شما به عنوان مدیر پروژه ، کلاسی تعریف می کنید که در آن تمام متدها با ورودی و خروجی هایشان مشخص با شند . ولی این متدها را پیاده سازی نمی کنید و کار پیاده سازی را به برنامه نویسان می دهید و از آنها می خواهید که همه کلاسهایی که می نویسند از این کلاس شما به ارث ببرند و متدها را به طور دلخواه پیاده سازی کنند . این باعث می شود که با داشتن یک کلاس ، ورودی و خروجی های مورد نظر خود را داشته باشید و دیگر نگران برنامه نویسان نباشید. کلاسی که شما تعریف می کنید یک کلاس مجرد نامیده می شود.

برای تعریف یک کلاس مجرد از کلمه کلیدی abstract استفاده می کنیم. فیلدهایی که می خواهیم در کلاس های مشتق شده از این کلاس پیاده سازی شوند حتما باید با abstract تعریف شوند . یک کلاس مجرد می تواند فیلدها و متدهای نا مجرد داشته باشد.اگر متد نا مجردی در یک کلاس مجرد تعریف کردید، حتما باید آن را پیاده سازی کنید و نمی توانید پیاده سازی آن را به کلاسهای مشتق شده بسپارید.

Interface
اینترفیس در برنامه نویسی همانند همان کلاس است تنها با این تفاوت که هیچکدام از اعضای آن پیاده سازی نمی شوند . در واقع یک اینترفیس گروهی از متدها ، خصوصیات ، رویدادها و Indexer ها هستند که در کنار هم جمع شده اند. اینترفیس ها را نمی توان Instantiate (وهله سازی) کرد (یعنی نمی توان وهله ای از یک اینترفیس ایجاد کرد !) . تناه چیزی که اینترفیس دارا می باشد امضای (signature) تمامی اعضای آن می باشد. به ای معنی که ورودی و خروجی متدها ، نوع property ها و ... در آن تعریف می شوند ولی چیزی پیاده سازی نمی شود. اینترفیس ها سازنده و فیلد ندارد. یک اینترفیس نمی تواند Operator Overload داشته باشد و دلیل آن این است که در صورت و جود ویژگی ، احتمال بروز مشکلاتی از قبیل ناسازگازی با دیگر زبانهای .Net مانند VB.Net که از این قابلیت پشتیبانی نمی کند وجود داشت. نحوه تعریف اینترفیس بسیار شبیه تعریف کلاس است تنها با این تفاوت که در اینترفیس پیاده سازی وجود ندارد.