مقدمة إلى المفهوم الكائني
تُعتبر لغة سي شارب لغة برمجة كائنيّة صرفة pure object oriented programming language فكلّ ما تشاهده أمامك في سي شارب عبارة عن كائن.
سيكون هذا الدّرس نظريًّا بعض الشيء ولكن فهمه بالشكل الصحيح يُعدّ أمرًا حيويًّا للبرمجة باستخدام سي شارب. ولنكن واقعيين، فإنّ هذا الدرس يُعتبر مدخلًا مبسّطًا للغاية إلى هذا الموضوع المهم والضخم ولا يمكن اعتباره بأيّ حال من الأحوال مرجعًا للبرمجة كائنيّة التوجّه. ستحصل -بعد قراءتك لهذا الدرس- على المعرفة الضروريّة للتمييز بين الأصناف classes والكائنات objects وفهم العلاقة بينهما. بالإضافة إلى فهم المبادئ الأوليّة للوراثة والتغليف.
لكي نفهم ما هو الصنف وما هو الكائن اسمع منّي هذه القصّة: نتبع نحن البشر إلى ما يسمّى بالصنف الإنساني. يُعرّف هذا الصنف المزايا التي يجب أن يتمتّع بها كلّ إنسان. فمثلًا لكلّ إنسان اسم وطول ووزن ولون عينان وبصمة إبهام مميّزة تميّزه عن أيّ إنسان آخر. يُعرّف الصنف class الإنسانيّ هذه الصفات السابقة، بحيث أنّ كلّ كائن object إنسانيّ من هذا الصنف تكون له مثل هذه الصفات ولكنّ مع مجموعة خاصّة من القيم لها. فمثلًا الكائن من الصنف الإنساني هو إنسان قد يكون اسمه سعيد وطوله 180 سم ولون عينيه أسود وله بصمة إبهام مميّزة، وهذا الإنسان يختلف عن كائن إنسانيّ آخر، اسمه عمّار وطوله 175 سم ولون عينيه بنيّ وله أيضًا بصمة إبهام مميّزة خاصّة به، وهكذا. ندعو الصفات السابقة بالخصائص Properties، فالصنف Class يعرّف الخصائص، أمّا الكائن Object فيتمتّع بهذه الخصائص ولكن مع مجموعة قيم لها تميّزه عن كائنٍ آخر.
أمر آخر، يُعرّف الصنف الإنساني أيضًا سلوكيّات أو إجراءات معيّنة خاصّة للكائنات التي تعود للصنف الإنسانيّ. فهناك مثلًا سلوكيّات المشي والجري والضحك. وفي الغالب أنّ كل كائن يُعبّر عن هذه السلوكيّات بشكل يراعي خصوصيّته. فلكلّ منّا أسلوب مختلف في الضحك. كما يمتلك كلّ منّا أسلوب مختلف في المشي والجري، فقد تميّز إنسانًا لا ترى وجهه من خلال مشيته فقط وهذا أمر واردٌ جدًّا. مثل هذه السلوكيّات Methods نصطلح عليها في البرمجة بالتوابع. فالصنف الإنسانيّ يُعرّف وجود مثل هذه السلوكيّات ولكلّ كائن إنسانيّ الحريّة في التعبير عن هذه السلوكيّات بالشكل الذي يرغبه.
التابع في البرمجة يضم تعليمات برمجية يجري تنفيذها عند استدعائه. يعالج ويتعامل هذا التابع عادةً مع الخصائص والتوابع الأخرى الموجودة ضمن نفس الكائن. نسمي التوابع والخصائص بأعضاء الصنف class members وهناك أعضاء أخرى سنتناولها في الدروس التالية.
المبادئ العامة للمفهوم كائني التوجه
هناك المئات من المقالات والكتب التي تتحدّث عن المفهوم الكائنيّ من منظورات مختلفة، وهناك أساليب متعدّدة تسمح بتحليل المسألة المطروحة وتصميمها وفق أسلوب كائنيّ أو ما يُعرف بالتصميم والتحليل كائنيّ التوجّه OOAD. ولكن يكفيك أن تعرف الآن أنّ هناك مبدآن أساسيّان ينبغي أن تتمتّع بها أيّ لغة برمجة تدعم المفهوم كائنيّ التوجّه وهما: التغليف Encapsulation والوراثة Inheritance. وهناك مفهوم مهم آخر يستند إلى الوراثة وهو التعدّديّة الشكلية Polymorphism.
التغليف Encapsulation
وهو مبدأ جوهري في البرمجة كائنيّة التوجّه، وهو أحد أسباب ظهور هذا المفهوم. يُقرّر هذا المبدأ أنّه ليس من المفترض أن نطّلع على آلية العمل الداخلية للكائن. ما يهمنا هو استخدام الكائن وتحقيق الغرض المطلوب بصرف النظر عن التفاصيل الداخليّة له. تأمّل المثال البسيط التالي:
عندما نقود السيّارة ونريد زيادة سرعتها فإنّنا بكلّ بساطة نضغط على مدوسة الوقود. لا أعتقد أنّ أحدًا يهتمّ بالآلية الميكانيكيّة التي تقف وراء الضغط على مدوسة الوقود. فالمطلوب هو زيادة سرعة السيّارة فحسب دون الاهتمام بالتفاصيل الداخليّة. فالسيّارة تُغلّف encapsulate التفاصيل الميكانيكيّة الداخليّة التي تقف وراء زيادة سرعة السيّارة. السيّارة في هذا المثال هو كائن Object. وعمليّة زيادة السرعة هي سلوكيّة (تابع) Method من كائن السيّارة.
هناك مثال آخر كثيرًا ما نراه أثناء تجوّلنا في الشوارع ومحطّات القطار وصالات الانتظار، وهو آلات تحضير المشروبات الساخنة. نقف أمام الآلة نُدخل النقود ثمّ نضغط على زرّ محدّد لنحصل على المشروب الساخن الذي نرغب به. لا نهتمّ عادةً بالتفاصيل الداخليّة التي تحدث ضمن الآلة عندما نضغط أحد الأزرار للحصول على كوب من القهوة. فالآلة هنا تُعتبر كائنًا، وعمليّة الحصول على كوب من القهوة هي سلوكيّة Method من هذا الكائن. فهذه الآلة تعمل على تغليف encapsulate التفاصيل الداخليّة لعمليّة التحضير، فكلّ ما نفعله هو ضغط الزر ومن ثمّ نحصل على الناتج المطلوب. فإذا ما أُجري تعديل في الآلة بحيث تتغيّر طريقة تحضير مشروب ساخن لجعله أفضل وأكثر لذّة، فإنّ ذلك لن يؤثّر مطلقًا على أسلوب التعامل مع الآلة للحصول على نفس المشروب، ولن نلاحظ هذا التعديل إلّا بعد تذوّقنا للمشروب وملاحظة الفرق في المذاق.
الوراثة Inheritance
تُعتبر الوراثة من أهم أشكال إعادة الاستخدام للمكوّنات البرمجيّة، حيث يعمل الصنف الجديد على الاستفادة من المكوّنات الموجودة مسبقًا ضمن الصنف الذي "يرث" منه ويجري عليها بعض التعديلات التي تناسبه على نحو مخصّص. فبدلًا من إنشاء صنف جديد من الصفر، يمكننا إنشاء صنف يعتمد على صنف آخر ويستفيد من خصائصه وسلوكيّاته (توابعه) الموجودة مسبقًا ثمّ يكيّفها أو يضيف عليها. نسمّي الصنف الأساسي الذي نرث منه بالصنف الأب. أمّا الصنف الذي يقوم بعمليّة الوراثة فنسمّيه بالصنف الابن أو بالصنف المشتق.
لتثبيت الفكرة لنتناول المثال التالي. في المدارس هناك ثلاثة أنواع أساسيّة من الأشخاص المتواجدين فيها: الطلاب والمدرّسون والإداريّون. يمكننا بناء صنف عام يُمثّل أي شخص يعمل في المدرسة وليكن SchoolMember يحتوي هذا الصنف على خصائص مثل: الاسم والكنية واسم الأب واسم الأم وتاريخ الميلاد ورقم الهاتف.
يمكننا البناء على هذا الصنف عندما نريد إنشاء أصناف أكثر "تخصّصًا" منه. مثل الصنف الذي يُعبّر عن الطلاب Student والصنف الذي يُعبّر عن المدرّسين Teacher، والصنف المُعبّر عن الإداريين Staff. يرث كلّ صنف منها من الصنف الأب SchoolMember فيصبح لكلّ منها نفس الخصائص الموجودة ضمن الصنف SchoolMember بشكل تلقائيّ.
من الواضح أنّ الصنف Student مخصّص أكثر من الصنف SchoolMember فهو يحتوي بالإضافة إلى الخصائص الموجودة في SchoolMember خصائص فريدة خاصّة به. فمثلًا من الممكن أن يحتوي على الخاصيّة التي تعبّر عن الصفّ الحالي Grade وعن السلوك العام Behavior للطالب، أمّا صنف المدرّس Teacher فمن الممكن أن يحتوي (بالإضافة إلى الخصائص الموجودة ضمن SchoolMember) على خاصيّة Course التي تُعبّر عن المقرّر الذي يدرّسه (رياضيّات، فيزياء …الخ) والخاصيّة WeeklyHours التي تعبّر عن عدد الساعات التدريسيّة الأسبوعيّة المكلّف بها. وينطبق نفس المفهوم تمامًا على الصنف Staff الذي يعبّر عن الموظّفين الإداريين في المدرسة.
فالوراثة تنتقل بنا من الشكل الأكثر عموميّةً SchoolMember إلى الشكل الأكثر تخصيصًا مثل Student. وفي الحقيقة كان من الممكن أن نتابع عمليّة الوراثة اعتبارًا من الصنف Staff فهناك قسم التوجيّه وهناك أمانة السر والإدارة وغيرها، وكلّ منها يمكن أن يرث من الصنف Staff.
التعددية الشكلية Polymorphism
بفرض أنّنا نريد بناء برنامج يحاكي الحركة الانتقاليّة لعدّة أنواع من الحيوانات لدراسة حيويّة.
كلّ من أصناف السمكة Fish والطائر Bird والضفدع Frog ترث من الصنف Animal الذي يمثّل أيّ حيوان.
بفرض أنّ الصنف Animal يحتوي على سلوكيّة (تابع) اسمها Move (تُعبّر عن الانتقال)، فكما نعلم أنّ هذه السلوكيّة ستصبح وبشكل تلقائي موجودة ضمن أيّ صنف يرث من الصنف Animal، وهنا تكمن التعدديّة الشكليّة. فكل صنف من الأصناف Fish وBird وFrog يُعبّر عن عملية الانتقال Move بشكل مختلف. فالسمكة ربما تنتقل عن طريق السباحة مترًا واحدًا عند استدعاء التابع Move. أمّأ الطائر Bird فمن الممكن أي يطير مسافة 10 متر عند كل استدعاء للتابع Move، وأخيرًا فإنّه من الممكن للضفدع أن يقفز مسافة 20 سنتيمتر كلّما استدعي التابع Move. فالتابع Move المعرّف ضمن الصنف Animal يمكن التعبير عنه بأشكال متعدّدة ضمن الأصناف الأبناء Fish وBird وFrog كلٌّ بحسب حاجته.
الخلاصة
تعرّفنا في هذا الدرس على المفهوم العام للبرمجة كائنيّة التوجّه وتعاملنا مع التغليف حيث لا تهمّنا التفاصيل الداخلية لآلية العمل. والوراثة التي تتعلّق بمفهوم إعادة الاستخدام والانتقال من العام (الأب) إلى المخصّص (الابن). بالإضافة إلى التعدديّة الشكليّة التي تسمح لنا بإكساب سلوكيّات مخصّصة للأصناف الأبناء تنسجم مع طبيعتها. سنتناول في الدروس التالية هذه المفاهيم بشكل تطبيقي في سي شارب.