کلاس‌ها و شی‌گرایی در برنامه‌نویسی

کلاس‌ها و مفهوم شی‌گرایی: 

 کلاس‌ها به عنوان یکی از اصول اساسی برنامه‌نویسی شی‌گرا، اجازه می‌دهند تا داده‌ها و عملیات مرتبط با آنها را به صورت یک واحد منظم و مدیریت‌پذیر گروه‌بندی کنیم. هر کلاس شامل ویژگی‌ها (فیلدها) و رفتارها (متدها) مرتبط با یک موجودیت است. شی‌گرایی به ما کمک می‌کند تا این کلاس‌ها را به صورت اجزای مستقل و مدیریت‌پذیری طراحی کنیم و ارتباطات بین آنها را مشخص کنیم.

مزایای استفاده از کلاس‌ها و شی‌گرایی:

سازماندهی بهتر کد: با استفاده از کلاس‌ها و شی‌گرایی، کدها به صورت منظم‌تر و سازمان‌یافته‌تر قرار می‌گیرند که این امر باعث افزایش خوانایی و قابلیت تعمیر کد می‌شود.

کاهش تکرار: از طریق تعریف کلاس‌ها و استفاده مجدد از آنها، امکان کاهش تکرار در کدها و افزایش بهره‌وری محسوس می‌شود.

انتزاع و تفکر مفهومی: شی‌گرایی به ما امکان می‌دهد تا به مفاهیم و اجزای واقعی دنیای واقعی نزدیک‌تر بشیم و بهتر از آنها تفکر کنیم.

پوشش‌پذیری و توسعه‌پذیری: با استفاده از اصول شی‌گرایی، کدها به صورتی طراحی می‌شوند که به راحتی قابلیت توسعه و تغییر را داشته باشند.

اصول 4 گانه ی شی گرایی

1-ارث بری در برنامه‌نویسی شی‌گرا

اصطلاح "ارث بری" یا Inheritance یکی از مفاهیم اساسی و مهم در برنامه‌نویسی شی‌گرا است که به برنامه‌نویسان این امکان را می‌دهد که از کدهای موجود در یک کلاس (یا گروهی از کلاس‌ها) به عنوان پایه برای تعریف کلاس‌های جدید استفاده کنند. ارث بری به برنامه‌نویسان کمک می‌کند تا کدهای تکراری را کاهش دهند، کد را باز استفاده‌ کنند و ساختار برنامه را بهبود بخشند.

مفهوم ارث بری: در برنامه‌نویسی شی‌گرا، ارث بری به عملیاتی اشاره دارد که یک کلاس از ویژگی‌ها و رفتارهای موجود در یک کلاس دیگر به نام "کلاس پایه" یا "کلاس والد" به ارث می‌برد. کلاس جدید که ویژگی‌ها و رفتارهای کلاس پایه را به ارث می‌برد، به "زیرکلاس" یا "کلاس فرزند" معروف است.
مزایا و کاربردهای ارث بری: 

• 1- باز استفاده‌پذیری کد: ارث بری به برنامه‌نویسان این امکان را می‌دهد که کدهای موجود را باز استفاده کنند و نیازی به نوشتن مجدد کدها نداشته باشند.
• 2- سازماندهی کد: با استفاده از ارث بری، کدهای مرتبط را در کلاس‌های مختلف گروه‌بندی کرده و ساختار بهتری برای برنامه خود ارائه می‌دهید.
• 3- کاهش تکرار: با استفاده از ارث بری، می‌توان تکرارهای موجود در کدها را کاهش داد و از اصول DRY (Don't Repeat Yourself) پیروی کرد.
• 4 -گسترش و توسعه سریع: ارث بری امکان افزودن ویژگی‌های جدید به کلاس‌ها را بدون تغییر کد موجود فراهم می‌کند، که این امر باعث افزایش سرعت توسعه و گسترش برنامه می‌شود.

2-کپسوله‌سازی در برنامه‌نویسی شی‌گرا

در برنامه‌نویسی شی‌گرا، کپسوله‌سازی یکی از مفاهیم اساسی است که به برنامه‌نویسان امکان می‌دهد که داده‌ها و عملیات مربوط به یک شیء را در یک واحد منطقی ترکیب و مخفی کنند و از دسترسی مستقیم به آنها جلوگیری کنند.

مفهوم کپسوله‌سازی: کپسوله‌سازی به معنی پنهان‌سازی جزئیات داخلی یک شیء و ارائه واسط یکنواخت برای دسترسی به آن می‌باشد. به این ترتیب، برنامه‌نویسان می‌توانند داده‌ها و عملیات مربوط به یک شیء را از دید کاربران و سایر قسمت‌های برنامه مخفی کنند.

مزایا و کاربردهای کپسوله‌سازی:

• 1- محافظت از داده‌ها: کپسوله‌سازی به برنامه‌نویسان امکان می‌دهد تا داده‌های یک شیء را محافظت کنند و از دسترسی غیرمجاز جلوگیری کنند.
• 2- کاهش وابستگی: با کپسوله‌سازی، ارتباط بین قسمت‌های مختلف برنامه کاهش می‌یابد و وابستگی به داده‌ها و عملیات مخفی شده درون یک شیء کاهش می‌یابد.
• تغییرات آسان: تغییرات در داخلی یک شیء بدون تغییر واسط استفاده شده برای دسترسی به آن انجام می‌شود که این امر باعث افزایش انعطاف‌پذیری برنامه می‌شود.
• 3- توسعه و نگهداری ساده: کپسوله‌سازی باعث می‌شود تا توسعه و نگهداری برنامه ساده‌تر شود، زیرا تغییرات در داخل یک شیء تأثیر کمتری بر دیگر بخش‌های برنامه دارد.

3-پلی‌مورفیسم در برنامه‌نویسی شی‌گرا

پلی‌مورفیسم یکی از مفاهیم کلیدی و مهم در برنامه‌نویسی شی‌گرا است که برای افزایش انعطاف‌پذیری و قابلیت استفاده مجدد کد استفاده می‌شود. این مفهوم، برنامه‌نویسان را قادر می‌سازد تا رفتار یک شیء را متناسب با نوع آن شیء تغییر دهند. 

مفهوم پلی‌مورفیسم: پلی‌مورفیسم اصطلاحی است که از دو کلمه یونانی "پلی" به معنای "بسیار" و "مورف" به معنای "شکل" تشکیل شده است و به معنای داشتن چندین شکل و یا قابلیت اتخاذ شکل‌های مختلف است. در برنامه‌نویسی شی‌گرا، پلی‌مورفیسم به معنای این است که یک شیء می‌تواند رفتارهای مختلفی را از خود نشان دهد. این امر به برنامه‌نویس امکان می‌دهد که یک رفتار یا عملکرد را به صورت متفاوت بر اساس نوع متفاوت شیء اعمال کند.

انواع پلی‌مورفیسم:

پلی‌مورفیسم زمان اجرا (Runtime Polymorphism): در این نوع پلی‌مورفیسم، تصمیمات مربوط به اجرا زمانی که برنامه اجرا می‌شود اتخاذ می‌شود. معمولاً با استفاده از ارث‌بری و توابع مجازی (virtual functions) در زبان‌هایی مانند C++ و جاوا ایجاد می‌شود.

پلی‌مورفیسم زمان کامپایل (Compile-time Polymorphism): در این نوع پلی‌مورفیسم، تصمیمات مربوط به کد کامپایل می‌شود. این نوع پلی‌مورفیسم معمولاً با استفاده از روش‌هایی مانند (function overloading) در زبان‌هایی مانند C++ و پایتون ایجاد می‌شود.
مزایا و کاربردهای پلی‌مورفیسم:

• 1-انعطاف‌پذیری کد: پلی‌مورفیسم به برنامه‌نویس این امکان را می‌دهد که برنامه را به سادگی تغییر دهد و به نیازهای جدید مشتریان و محیط‌های مختلف پاسخ دهد.
• 2-کاهش کد تکراری: با استفاده از پلی‌مورفیسم، برنامه‌نویس می‌تواند کد تکراری را کاهش داده و بهبود قابلیت‌خوانایی و نگهداری کد را ایجاد کند.
• 3-سازماندهی بهتر کد: پلی‌مورفیسم باعث سازماندهی بهتر و ساختارمندتر کد می‌شود، زیرا این امکان را فراهم می‌کند تا رفتارها و عملکردهای مشابه در یکجا گروه‌بندی شوند.

4- Abstraction در برنامه‌نویسی شی‌گرا

در برنامه‌نویسی شی‌گرا، Abstract یکی از مفاهیم اساسی است که برای ایجاد انعطاف‌پذیری بیشتر در طراحی و پیاده‌سازی کلاس‌ها و روابط استفاده می‌شود. با استفاده از Abstract، می‌توانیم کلاس‌ها و روابطی را تعریف کنیم که شامل اعضا (متدها و ویژگی‌ها) هستند که باید توسط زیرکلاس‌ها پیاده‌سازی شوند. 

مفهوم Abstract:در برنامه‌نویسی شی‌گرا، Abstract به معنای یک کلاس یا رابط است که شامل حداقل یک متد (تابع) یا ویژگی (فیلد) Abstract است، به این معنی که این متدها یا ویژگی‌ها باید در زیرکلاس‌ها پیاده‌سازی شوند. کلاس یا رابط Abstract نمی‌تواند نمونه‌سازی شود ولی می‌تواند به عنوان یک الگو برای کلاس‌های دیگر عمل کند.
مزایا و کاربردهای Abstract:

• 1- پوشه‌سازی (Abstraction): Abstract به برنامه‌نویس این امکان را می‌دهد که جزئیات پیاده‌سازی را مخفی کند و تنها بخش‌های مهم و ضروری را نمایش دهد.
• 2- اصول Open/Closed: Abstract باعث می‌شود که کلاس‌ها قابلیت توسعه و گسترش را داشته باشند بدون اینکه باید تغییرات در کد موجود انجام دهیم (اصل Open/Closed).
• 3- توسعه و نگهداری آسان: با استفاده از Abstract، توسعه و نگهداری کد آسان‌تر می‌شود زیرا رابط‌ها به صورت مستقل از پیاده‌سازی مشخص می‌شوند.

توصیه‌ها برای استفاده بهینه از کلاس‌ها و شی‌گرایی:

رعایت اصول SOLID: اصول Single Responsibility، Open/Closed، Liskov Substitution، Interface Segregation و Dependency Inversion باید در طراحی کلاس‌ها و روابط بین آنها رعایت شود.

نام‌گذاری مناسب: نام‌گذاری کلاس‌ها و متدها باید واضح و مفهومی باشد و توصیه می‌شود از استانداردهای نام‌گذاری پذیرفته شده در زبان برنامه‌نویسی مورد استفاده، پیروی شود.

مدیریت ارتباطات: ارتباطات بین کلاس‌ها باید با دقت مدیریت شوند تا تغییرات در یک کلاس تاثیرات غیرمنتظره‌ای روی سایر کلاس‌ها نداشته باشد.