Object Oriented Programming یا برنامه نویسی شی گرا چیست؟

برنامه نویسی شی گرا (Object-Oriented Programming یا OOP) یک پارادایم برنامه نویسی  می‌باشد که بر اساس مفهوم “شیء” (Object) بنا شده است. در OOP، نرم‌افزارها به عنوان مجموعه‌ای از اشیاء تعریف می‌شوند که هر یک از آن‌ها دارای خصوصیات (Properties یا Attributes) و رفتارها (Behaviors یا Methods) هستند.

برخی از زبان‌های Object-Oriented Programming عبارتند از: Java، C++، Python، Ruby، و C#. این زبان‌ها ابزارها و ساختارهای لازم برای پیاده‌سازی اصول OOP را فراهم می‌کنند.

اصول Object-Oriented Programming

اصول برنامه نویسی شی گرا (Object-Oriented Programming یا OOP) چهار اصل اساسی دارد که به توسعه و نگهداری نرم‌افزار کمک می‌کنند. این اصول عبارتند از:

1. 1. کپسوله‌سازی (Encapsulation):

   • تعریف: فرآیندی که در آن داده‌ها و متدهای مرتبط با آن داده‌ها در یک واحد به نام “کلاس” جمع‌آوری می‌شوند.
   • مزیت: با پنهان کردن جزئیات داخلی یک شیء و فقط ارائه رابط‌های عمومی، انسجام و امنیت کد بهبود می‌یابد و تغییرات داخلی بر روی سایر قسمت‌های کد تأثیر نمی‌گذارد.
   • مثال: در یک کلاس “ماشین”، متغیرهای مرتبط با سرعت و سوخت و متدهایی برای افزایش سرعت و مصرف سوخت در کنار هم قرار می‌گیرند.

2. 2. وراثت (Inheritance):

   • تعریف: امکان ایجاد کلاس‌های جدید که از ویژگی‌ها و رفتارهای کلاس‌های موجود به ارث می‌برند.
   • مزیت: اشتراک‌گذاری کد و استفاده مجدد از کد، به ویژه زمانی که یک ساختار پایه به شکل‌های مختلف نیاز به تغییر یا گسترش دارد.
   • مثال: کلاس “ماشین” می‌تواند یک کلاس پایه باشد و کلاس “ماشین_ورزشی” می‌تواند از آن به ارث ببرد و ویژگی‌ها و رفتارهای جدیدی به آن اضافه کند.

3. 3. چندریختی (Polymorphism):

   • تعریف: امکان استفاده از یک رابط یکسان برای اشیاء مختلف.
   • مزیت: اجازه می‌دهد تا از اشیاء مختلف به یک شکل استفاده کنیم، بدون اینکه نگران نوع دقیق آن‌ها باشیم. این امر به انعطاف‌پذیری و گسترش‌پذیری کد کمک می‌کند.
   • مثال: متدی که یک شیء از نوع “حیوان” را می‌گیرد و می‌تواند با اشیاء مختلفی مانند “سگ”، “گربه” یا “پرنده” کار کند، بدون اینکه نیازی به دانستن نوع دقیق شیء باشد.

4. 4. تجرید (Abstraction):

   • تعریف: فرآیند ساده‌سازی پیچیدگی‌ها با ایجاد مدل‌های ساده‌تر و حذف جزئیات غیرضروری.
   • مزیت: با تمرکز بر روی جنبه‌های مهم و اساسی یک شیء، پیچیدگی‌های غیرضروری کاهش می‌یابد و فهم و نگهداری کد آسان‌تر می‌شود.
   • مثال: کلاس “شکل” که ویژگی‌هایی مانند مساحت و محیط را تعریف می‌کند و کلاس‌های فرعی مانند “دایره” و “مستطیل” از آن به ارث می‌برند و جزئیات خاص خود را پیاده‌سازی می‌کنند.

این اصول به توسعه‌دهندگان کمک کرده تا نرم‌افزارهایی مقیاس‌پذیر، قابل نگهداری و قابل گسترش بسازند.

انتزاع یا Abstraction در Object-Oriented Programming

انتزاع (Abstraction) یکی از اصول اساسی برنامه نویسی شی گرا (OOP) است که به ساده‌سازی پیچیدگی‌ها و تمرکز بر جزئیات مهم و ضروری یک سیستم کمک می‌کند. این اصل به معنای پنهان کردن جزئیات غیرضروری و نمایش تنها بخش‌هایی از یک شیء که برای استفاده‌کننده مهم است، می‌باشد.

تعریف انتزاع (Abstraction):

انتزاع فرآیندی است که در آن خصوصیات و رفتارهای یک شیء که برای کاربر نهایی یا برنامه‌نویس مهم هستند، نمایش داده می‌شوند و جزئیات پیاده‌سازی که نیاز نیست کاربر با آن‌ها سر و کار داشته باشد، پنهان می‌شوند. این امر به تمرکز بر جنبه‌های کلیدی و مهم یک شیء کمک می‌کند و پیچیدگی‌های غیرضروری را از دید کاربر پنهان می‌کند.

مزایای انتزاع در Object-Oriented Programming

انتزاع (Abstraction) در برنامه نویسی شی گرا (Object-Oriented Programming)مزایای متعددی دارد که به بهبود کیفیت و کارایی کد کمک می‌کند. برخی از مهم‌ترین مزایای انتزاع عبارتند از:

1. 1. ساده‌سازی پیچیدگی‌ها:

   • توضیح: با پنهان کردن جزئیات پیچیده و نمایش فقط بخش‌های ضروری، فهم و استفاده از کد برای برنامه‌نویسان آسان‌تر می‌شود.
   • مثال: در یک سیستم بانکی، کاربر تنها با متدهای واریز و برداشت تعامل دارد و نیازی به دانستن جزئیات پیاده‌سازی این عملیات‌ها ندارد.

2. 2. قابلیت نگهداری و گسترش:

   • توضیح: با انتزاع، تغییرات در جزئیات پیاده‌سازی یک کلاس یا شیء بدون تأثیر بر سایر بخش‌های کد امکان‌پذیر است. این ویژگی به کاهش وابستگی‌های بین بخش‌های مختلف کد کمک می‌کند.
   • مثال: تغییر در نحوه محاسبه سود در حساب‌های بانکی بدون نیاز به تغییر در کدهایی که از این کلاس‌ها استفاده می‌کنند.

3. 3. افزایش امنیت:

   • توضیح: با پنهان کردن جزئیات داخلی و دسترسی به داده‌ها و متدهای حساس، امنیت کد افزایش می‌یابد.
   • مثال: دسترسی به متغیرهای داخلی یک کلاس فقط از طریق متدهای تعریف شده ممکن است و نمی‌توان مستقیماً به داده‌ها دسترسی داشت.

4. 4. افزایش قابلیت استفاده مجدد:

   • توضیح: انتزاع به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تا بخش‌های مختلف یک برنامه را به صورت ماژولار طراحی کرده و از قطعات کد در پروژه‌های مختلف استفاده کنند.
   • مثال: یک کلاس پایه برای اشیاء گرافیکی که قابلیت‌های مشترک مانند رسم و انتقال را فراهم می‌کند و می‌تواند در پروژه‌های مختلف استفاده شود.

5. 5. بهبود تست و اشکال‌زدایی:

   • توضیح: با جدا کردن جزئیات پیاده‌سازی از رابط‌های عمومی، تست و اشکال‌زدایی کد آسان‌تر می‌شود.
   • مثال: می‌توان بخش‌های مختلف یک برنامه را به صورت جداگانه تست کرد و از صحت عملکرد هر بخش اطمینان حاصل کرد.

6. 6. افزایش انعطاف‌پذیری:

   • توضیح: انتزاع به برنامه‌نویسان اجازه می‌دهد تا به راحتی تغییرات و بهبودهای مورد نیاز را در برنامه اعمال کنند.
   • مثال: اضافه کردن قابلیت‌های جدید به یک سیستم بدون نیاز به تغییرات اساسی در ساختار کلی برنامه.

این مزایا باعث می‌شوند که انتزاع یکی از اصول کلیدی در طراحی سیستم‌های نرم‌افزاری پیچیده و مقیاس‌پذیر باشد.

کپسوله سازی یا Encapsulation در Object-Oriented Programming

کپسوله‌سازی (Encapsulation) یکی از اصول اساسی در برنامه نویسی شیءگرا (Object-Oriented Programming یا OOP) است که به مفهوم پنهان‌سازی داده‌ها و متدهای داخلی یک شیء از دسترسی‌های خارجی و ارائه یک رابط عمومی برای تعامل با آن شیء اشاره دارد.

تعریف کپسوله‌سازی (Encapsulation)

کپسوله‌سازی به معنای جمع‌آوری داده‌ها (خصوصیات یا ویژگی‌ها) و متدها (رفتارها یا عملکردها) که به یک شیء مرتبط هستند، در یک واحد به نام “کلاس” و پنهان‌سازی جزئیات پیاده‌سازی آن‌ها از دید خارج از کلاس است. به عبارت دیگر، تنها متدها و ویژگی‌های عمومی (Public) برای دسترسی و استفاده خارجی قابل مشاهده هستند، در حالی که داده‌ها و متدهای خصوصی (Private) از دسترسی مستقیم جلوگیری می‌کنند.

مزایای کپسوله‌سازی

1. 1. افزایش امنیت داده‌ها:

   • با کپسوله‌سازی، داده‌های داخلی یک کلاس محافظت می‌شوند و دسترسی مستقیم به آن‌ها تنها از طریق متدهای تعریف شده ممکن است.
   • مثال: یک متغیر خصوصی در کلاس حساب بانکی که تنها از طریق متدهای واریز و برداشت قابل تغییر می‌باشد.

2. 2. حفظ انسجام و یکپارچگی داده‌ها:

   • کپسوله‌سازی از تغییرات غیرمجاز و ناسازگار در داده‌ها جلوگیری کرده و انسجام داده‌ها را حفظ می‌کند.
   • مثال: کنترل و اعتبارسنجی داده‌ها قبل از تغییر آن‌ها در یک شیء، مانند بررسی موجودی حساب قبل از برداشت.

3. 3. ساده‌سازی نگهداری و به‌روزرسانی کد:

   • با جدا کردن رابط عمومی از جزئیات پیاده‌سازی، تغییرات داخلی در یک کلاس بدون تأثیر بر سایر بخش‌های کد امکان‌پذیر است.
   • مثال: تغییر در نحوه محاسبه موجودی حساب بانکی بدون نیاز به تغییر در کدهای استفاده‌کننده از کلاس.

4. 4. افزایش قابلیت استفاده مجدد:

   • با تعریف رابط‌های عمومی مشخص و مخفی‌سازی جزئیات، کلاس‌ها و اشیاء می‌توانند در پروژه‌ها و زمینه‌های مختلف به‌راحتی استفاده شوند.
   • مثال: یک کلاس عمومی برای مدیریت موجودی که می‌تواند در سیستم‌های مختلف مالی استفاده شود.

وراثت یا Inheritance در Object-Oriented Programming

وراثت (Inheritance) یکی از اصول اساسی برنامه نویسی شی گرا (Object-Oriented Programming یا OOP) است که به مفهوم ایجاد کلاس‌های جدید بر اساس کلاس‌های موجود اشاره دارد. این اصل به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد که ویژگی‌ها و رفتارهای مشترک را در یک کلاس پایه (Base Class یا Parent Class) تعریف کرده و سپس این کلاس را به کلاس‌های فرعی (Derived Class یا Child Class) به ارث ببرند. این کلاس‌های فرعی می‌توانند ویژگی‌ها و رفتارهای اضافی یا خاص خود را داشته باشند.

تعریف وراثت (Inheritance)

وراثت به معنای انتقال ویژگی‌ها و رفتارها از یک کلاس پایه به کلاس‌های فرعی است. این ویژگی به توسعه‌دهندگان امکان می‌دهد که کدهای تکراری را کاهش داده و ساختارهای کد را ساده‌تر و قابل نگهداری‌تر کنند.

مزایای وراثت

1. 1. استفاده مجدد از کد (Code Reuse):

   • وراثت به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد که ویژگی‌ها و رفتارهای مشترک را در یک کلاس پایه تعریف کرده و در کلاس‌های فرعی استفاده کنند، بدون نیاز به نوشتن مجدد کد.
   • مثال: تعریف یک کلاس پایه برای اشیاء گرافیکی که شامل ویژگی‌هایی مانند مختصات و رنگ است و کلاس‌های فرعی مانند دایره و مربع از آن به ارث می‌برند.

2. 2. کاهش پیچیدگی و افزایش خوانایی کد:

   • با استفاده از وراثت، می‌توان ساختارهای پیچیده را به کلاس‌های پایه و فرعی تقسیم کرد و کد را ساده‌تر و خواناتر کرد.
   • مثال: یک کلاس پایه برای وسایل نقلیه که شامل ویژگی‌هایی مانند سرعت و سوخت است و کلاس‌های فرعی مانند ماشین و موتور از آن به ارث می‌برند.

3. 3. پشتیبانی از چندریختی (Polymorphism):

   • وراثت امکان استفاده از چندریختی را فراهم می‌کند که به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد از یک رابط یکسان برای اشیاء مختلف استفاده کنند.
   • مثال: یک متد که یک شیء از نوع وسیله نقلیه را می‌پذیرد و می‌تواند با اشیاء مختلفی مانند ماشین، موتور یا دوچرخه کار کند.

4. 4. افزایش گسترش‌پذیری (Extensibility):

   • وراثت به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد که کلاس‌های موجود را گسترش دهند و ویژگی‌ها و رفتارهای جدید را به کلاس‌های فرعی اضافه کنند.
   • مثال: اضافه کردن یک کلاس فرعی برای یک نوع جدید از وسیله نقلیه، مانند هواپیما، بدون نیاز به تغییر در کلاس پایه.

پلی مورفیسم یا چند ریختی در Object-Oriented Programming

پلی‌مورفیسم (Polymorphism) یا چندریختی یکی از اصول اساسی برنامه نویسی شیءگرا (Object-Oriented Programming یا OOP) است که به قابلیت استفاده از یک رابط یکسان برای اشیاء مختلف اشاره دارد. پلی‌مورفیسم به برنامه‌ها امکان می‌دهد تا با اشیاء مختلف به یک روش مشترک برخورد کنند، حتی اگر این اشیاء از کلاس‌های مختلف باشند.

مزایای پلی‌مورفیسم

1. 1. افزایش انعطاف‌پذیری و گسترش‌پذیری کد:

   • با استفاده از پلی‌مورفیسم، برنامه‌ها می‌توانند به راحتی گسترش یابند و با اشیاء جدید سازگار شوند بدون اینکه نیاز به تغییرات اساسی در کد باشد.

2. 2. ساده‌سازی کد و افزایش خوانایی:

   • پلی‌مورفیسم امکان استفاده از یک رابط یکسان برای اشیاء مختلف را فراهم کرده و کد را ساده‌تر و خواناتر می‌کند.

3. 3. افزایش قابلیت نگهداری:

   • با استفاده از پلی‌مورفیسم، می‌توان تغییرات در رفتار اشیاء را بدون تأثیر بر سایر بخش‌های کد اعمال کرد، که این امر به افزایش قابلیت نگهداری کد کمک می‌کند.

مزایای اصول برنامه نویسی شی گرا چیست ؟

برنامه نویسی شی گرا (Object-Oriented Programming یا OOP) مزایای متعددی دارد که باعث می‌شود توسعه نرم‌افزارهای پیچیده و بزرگ‌تر به‌صورت موثرتر و قابل نگهداری‌تر انجام شود. اصول اساسی OOP شامل کپسوله‌سازی (Encapsulation)، وراثت (Inheritance)، چندریختی (Polymorphism) و انتزاع (Abstraction) هستند. هر یک از این اصول مزایای خاص خود را دارند، اما به‌طور کلی برنامه نویسی شی گرا مزایای زیر را به همراه دارد:

1. 1. قابلیت استفاده مجدد از کد (Code Reusability):

• مزیت: کلاس‌ها و اشیاء می‌توانند در پروژه‌های مختلف و بخش‌های مختلف یک پروژه به‌صورت مجدد استفاده شوند، بدون نیاز به نوشتن کد از ابتدا.
• مثال: تعریف یک کلاس پایه برای وسایل نقلیه و استفاده از آن برای ایجاد انواع مختلف وسایل نقلیه مانند ماشین، موتور و هواپیما.

2. 2. کاهش پیچیدگی (Complexity Reduction):

• مزیت: با تقسیم برنامه به اشیاء و کلاس‌های مجزا، پیچیدگی کلی کاهش می‌یابد و برنامه‌نویسان می‌توانند به‌صورت موثرتر بر روی بخش‌های مختلف کار کنند.
• مثال: جدا کردن منطق تجاری از منطق رابط کاربری در یک سیستم مدیریت مشتریان (CRM).

3. 3. افزایش انعطاف‌پذیری و گسترش‌پذیری (Flexibility and Extensibility):

• مزیت: با استفاده از وراثت و چندریختی، می‌توان به‌راحتی ویژگی‌ها و رفتارهای جدید به سیستم اضافه کرد بدون نیاز به تغییرات اساسی در کد.
• مثال: اضافه کردن نوع جدیدی از حساب بانکی به سیستم بدون تغییر در منطق اصلی مدیریت حساب‌ها.

4. 4. افزایش خوانایی و نگهداری کد (Readability and Maintainability):

• مزیت: با استفاده از کپسوله‌سازی و انتزاع، کد ساده‌تر و خواناتر می‌شود و نگهداری و به‌روزرسانی آن آسان‌تر می‌گردد.
• مثال: تعریف متدهای عمومی و استفاده از آن‌ها به‌جای دسترسی مستقیم به داده‌های خصوصی کلاس‌ها.

5. 5. افزایش امنیت (Security):

• مزیت: کپسوله‌سازی به پنهان‌سازی داده‌ها و متدهای حساس کمک کرده و از دسترسی غیرمجاز به آن‌ها جلوگیری می‌کند.
• مثال: پنهان کردن جزئیات پیاده‌سازی یک کلاس و ارائه فقط متدهای عمومی برای تعامل با آن.

6. 6. تسهیل تست و اشکال‌زدایی (Easier Testing and Debugging):

• مزیت: با جدا کردن بخش‌های مختلف برنامه به اشیاء و کلاس‌های مجزا، تست و اشکال‌زدایی کد آسان‌تر می‌شود.
• مثال: تست جداگانه هر کلاس و اطمینان از صحت عملکرد آن قبل از یکپارچه‌سازی با سایر بخش‌های سیستم.

7. 7. پشتیبانی از مفاهیم واقعی (Real-World Modeling):

• مزیت: Object-Oriented Programming با استفاده از اشیاء و کلاس‌ها به مدل‌سازی دقیق‌تر و منطقی‌تر مفاهیم واقعی کمک می‌کند.
• مثال: مدل‌سازی یک سیستم کتابخانه با استفاده از کلاس‌های کتاب، اعضا و امانت.

در پایان

Object-Oriented Programming با ارائه اصولی مانند کپسوله‌سازی، وراثت، چندریختی و انتزاع، به توسعه‌دهندگان کمک می‌کند تا نرم‌افزارهای پیچیده را به‌صورت موثرتر، قابل نگهداری‌تر و گسترش‌پذیرتر طراحی و پیاده‌سازی کنند. این اصول به بهبود کیفیت نرم‌افزار، افزایش امنیت، کاهش پیچیدگی و افزایش قابلیت استفاده مجدد از کد کمک می‌کنند. به‌طور کلی، برنامه نویسی شی گرا یک رویکرد بسیار مفید و موثر برای توسعه نرم‌افزارهای مدرن و پیچیده است.