مقدمه ای بر برنامه نویسی شئ گرا
برنامه نویسی در محیط دات نت فریم ورک بر پایه اشیا انجام می گیرد. اشیا طرحهای برنامه پذیرند که می توانند نمونهایی از بسته های از دادهای مرتبط و دستورات باشند. اشیا طرحهای کامل و خاصی برای دیگر اعضای محیط برنامه هستند، بدون این که جزییات کارهای درونی خود شی مطرح شود. اشیا از یک قالب به نام کلاس ساخته می شود. کلاسهای کتابخانه ای پایه NET. یک سری کلاسهایی برای درست کردن اشیا در برنامهایتان آماده کرده اند. همچنین شما می توانید از محیط برنامه نویسی Microsoft Visual Studio برای درست کردن کلاسهای اختصاصی خودتان استفاده کنید. در این مقاله شما با مقدمات برنامه نویسی شئ گرا آشنا می شوید.
اشیا، اعضا و تجرد (Abstraction)
یک شئ (object) یک طرح برنامه پذیر است که چیزهایی ر ا نشان می دهد. در دنیای واقعی، ماشین، دوچرخه، کامپیوتر و... شئ هستند. هر کدام از این اشیا یک سری اعمال و خصوصیات دارند. در برنامه شما، یک شئ شاید یک فرم یا یک کنترل مانند یک دکمه(button) یا یک database connection یا هر طرح دیگری باشد. هر شئ یک واحد عملیاتی کامل است، و شامل همه دادهای مورد نیازش و دارای همه ی اعمالی که برای آن ساخته شده است می باشد.
کلاس ها (Classes)
کلاسها قالب هایی برای اشیا هستند. کلاسها را می توان، "طرحهای اولیه" برای اشیا فرض کرد. آنها تمام عضوهای یک شئ را تعیین می کنند، و رفتارهای یک شئ را تعریف می کنند. وقتی که یک کلاس مقدار دهی شد، یک نمونه درون حافظه ای از آن کلاس ساخته می شود. این نمونه شئ نامیده می شود. برای نمونه سازی از کلاس از کلمه کلیدی New استفاده می شود.
" Declares a variable of the Widget type
Dim myWidget As Widget
" Instantiates a new Widget object and assigns it to the myWidget
" variable
myWidget = New Widget()
وقتی یک نمونه از کلاس ساخته می شود، یک کپی از نمونه ی داده بوسیله آن کلاسی که در حافظه ساخته شده تعریف می شود و به مرجع متغییر داده می شود. هر نمونه از کلاس مستقل از دیگر نمونه هاست و می تواند یک طرح جداگانه‌ی برنامه پذیر باشد. درهر لحظه، محدودیتی برای تعداد کپی های یک کلاس (که قبلا تعریف شده) وجود ندارد. برای مقایسه، در جهان واقعی، اگر ماشین یک شئ باشد، کلاس یک طرح برای ماشین است. یک طرح می تواند برای هر تعداد ماشین مورد استفاده قرار گیرد و تغییرات برروی یک ماشین، تغییری بر دیگر ماشین ها نمی گذارد.
اشیا و اعضا(Members)
اشیا ترکیبی از عضوها هستند. اعضا، تشکیل شده از خصوصیات(Properties)، فیلدها، متدها و رویدادها (events) و هر چیزی که اطلاعات و اعمالی داشته باشد. فیلدها و خصوصیات، اعضای داده هر شئ‌ای هستند. متدها اعمالی هستند که شئ می تواند انجام دهد و رویدادها اطلاعاتی هستند که یک شئ به اشیا دیگر می فرستد یا از آنها دریافت می کند در زمانیکه اتفاقی در برنامه می افتد. در مثال واقعی مان، شئ ماشین، فیلدها و خصوصیاتی مانند Color ،Make ،Model ،Age، GasLevel دارد. این اطلاعات وضعیت شئ ماشین را توصیف می کند. شئ ماشین شاید چندین متد مانند Accelerate, shiftgears, turn داشته باشد. متدها رفتاری که شئ می تواند اجرا کند را نشان می دهند. ماشین شاید رویداد EngineOverheating از طرف شئ "موتورش" داشته باشد، یا وقتی با شئ "درخت" تعامل می کند، شاید رویداد "تصادف" برای آن اتفاق بیفتد.
کپسوله سازی( Encapsulation)
کپسوله سازی روشی است که یک شئ را مستقل از اینترفیسش پیاده سازی کنیم. یک برنامه با یک شئ بواسطه اینترفیسش تعامل می کند، که شامل خصوصیات عمومی و متدهایش است. تا زمانی که این اینترفیس ثابت باقی می ماند، برنامه می تواند به تعامل با کامپوننت ادامه دهد. حتی اگر پیاده سازی اینترفیس کاملا بین دو نسخه کاملا بازنویسی شده باشد. اشیا فقط از طریق متدها و خصوصیات عمومیشان با دیگر شئ ها تعامل می کنند. داده های داخلی یک شئ، نباید در اینترفیس قرار بگیرد. بنابراین فیلدها به ندرت Public تعریف می شوند. به مثال ماشینمان برگردیم: اگر شئ ماشین با شئ راننده تعامل کند، اینترفیس ماشین شاید شامل متدهای GoForward، Backward و متد Stop باشد. این همه‌ی اطلاعاتی است که راننده برای تعامل با ماشین نیاز دارد. ماشین شاید شامل شئ "موتور" نیز باشد، اما راننده نیازی به شناخت شئ موتور ندارد. همه اطلاعتی که راننده درباره این متدها دارد این است که می توانند فراخوانی شوند و آنها مقادیر ویژهای را برمی گردانند. بنابراین اگر شئ موتور تغییری کند، تا زمانیکه اینترفیس به درستی به کار خود ادامه می دهد این امر تفاوتی برای راننده ایجاد نمی کند.
چند شکلی(Polymorphism)
چند شکلی توانایی کلاسهای متفاوت، در پیاده سازی های مختلف از اینترفیسهای عمومی مشابه است. به عبارت دیگر، چندشکلی به متدها و خصوصیات یک شئ اجازه می دهد، بدون توجه به چگونگی پیاده سازی اعضای آنها، فراخوانی شوند. برای مثال شئ Driver می تواند بوسیله اینترفیس عمومی Car با شئ Car تعامل کند.اگر شئ دیگری مانند شئ Truck یا شئ SportCar اینترفیس عمومی مشابهی را داشته باشند، شئ Driver می تواند با آنها بدون توجه به پیاده سازی خاص آن اینترفیس تعامل کند این جا دو راه اصلی برای تامین چندشکلی وجود دارد: چندشکلی اینترفیس(interface polymorphism) و چندشکلی وراثتی (inheritance polymorphism).
چندشکلی اینترفیس(interface polymorphism)
اینترفیس یک قرارداد برای رفتار است. در واقع اینترفیس اعضای یک کلاس را تعیین می کند، اما توضیحاتی درباره‌ی پیاده سازی همه جزییات آن نمی دهد. یک شئ می تواند اینترفیسهای زیاد و متفاوتی را پیاده سازی کند، و کلاسهای متفاوت زیادی می توانند یک اینترفیس مشابه را پیاده سازی کنند. همه اشیایی که اینترفیس مشابهی را پیاده سازی می کنند می توانند با دیگر اشیا درون اینترفیس تعامل کنند. به عنوان مثال شئ car مثال قبل شاید اینترفیس IDrivable را پیاده سازی کند(به عنوان قرار داد، اینترفیس ها معمولا با I شروع می شوند)، که متدهای GoForward, GoBackward,Halt را تعیین می کند. کلاس های دیگر مانند Truck، Forklift یا Boat شاید این انیترفیس را پیاده سازی کنند و بنابراین می توانند با شئ Driver تعامل داشته باشند. شئ Driver از پیاده سازی انیترفیس که با آن تعامل دارد بی اطلاع است.
چندشکلی وراثتی (inheritance polymorphism)
وراثت به شما امکان می دهد که اعمال یک کلاس از پیش تعریف شده را، در یک کلاس جدید با هم ترکیب کنید و اعضای متفاوت مورد نیاز را در آن پیاده سازی کنید. کلاسی که از کلاس دیگری ارث می برد "مشتق" آن کلاس، یا "وارث" آن کلاس نامیده می شود. یک کلاس می تواند مستقیما فقط از یک کلاس ارث ببرد، که آن کلاس که از آن ارث می برد را کلاس پایه (base class) می نامند. کلاس جدید اعضای مشابهی با کلاس پایه دارد، و اعضای اضافی که مورد نیاز باشند می توانند افزوده شوند. به علاوه، در کلاس جدید بوسیله overriding پیاده سازی کلاس پایه، اعضای پایه می توانند تغییر کنند. کلاسهای وارث، همه ویژگی های کلاس پایه را نگه می دارند و می توانند با دیگر اشیایی که نمونه هایی از کلاس پایه هستند تعامل کنند. به عنوان مثال،اگر کلاس car یک کلاس پایه باشد، sportscar شاید کلاس مشتق شده از آن باشد. کلاس sportscar شاید کلاس پایه برای کلاس مشتق شده ی دیگری باشد مثل کلاس ConvertibleSportsCar. هر کلاس مشتق شده جدید، ممکن است اعضای اضافی را پیاده سازی کند، اما اعمالی که در کلاس اولیه car تعریف شده همچنان باقی می مانند.
Overloading اعضا
overloading به شما امکان می دهد که چندین عضو با نام مشابه درست کنید. هر عضوی که همنام با عضو دیگری است باید امضای متفاوتی داشته باشد. overloading متداول ترین در متدهاست. شاید شما بخواهید عضوی درست کنید که بتواند ستهای متفاوتی از پارامترها را بپذیرد.
Public Sub Display(ByVal DisplayValue As Integer)
" Implementation Omitted
End Sub
این متد کاملا پذیرفتنی است. اما فرض کنیم که می خواهید به کلاینت اجازه دهید اگر نیاز بود پارامتر duration را انتخاب کند. یا اینکه شاید بخواهید متد بتواند مقادیر integer یا string را به عنوان پارامتر DisplayValue بپذیرد. در VB.Net اجازه دارید پارامترهای اختیاری داشته باشید. چاره کار overloading است. overloadها متدهای چندگانه هستند. متدهای overload شده باید امضا متفاوتی داشته باشد. اما نیاز ندارند مقدار بازگشتی و نوع و یا سطح دسترسی مشابهی داشته باشد. وقتی متد overload صدا زده می شود ، CLR(common language runtime) نوع آرگومانهای تحویل داده شده در فراخوانی متد را امتحان می کند. این سپس لیست آرگومان را با فراخوانیها و امضاهای Overload موجود به طور مناسبی تطابق می دهد. اگر هیچ Overload ای با نوع آرگومانها تناسبی نداشته، یک خطا اعلام می شود.
درست کردن متدهای overload
شما می توانید متد overload شده را از راهی شبیه آنچه دیگر متدها را می سازند درست کنید: بوسیله توصیف متد با یک نام، یک سطح دسترسی، یک نوع بازگشتی، و یک لیست آرگومان. یک متد overload شده باید نامی شبیه متد موجودی داشته باشد. اما باید امضای متفاوتی با آن داشته باشد. سطح دسترسی و نوع بازگشتی می تواند مشابه و یا متفاوت باشد. مثال زیر متد overload شده را نشان می دهد.
" This example demonstrates an overloaded method.
Public Sub DisplayMessage(ByVal I As Integer)
MessageBox.Show(I.ToString())
End Sub
" This method has the same name as the previous method, but is
" distinguishable by signature
Public Sub DisplayMessage(ByVal S As String)
MessageBox.Show(S)
End Sub
دو متد تعریف شده، با نام یکسان اما امضا متفاوت و پیاده سازی جداگانه. وقتی یک متد با نام DisplayMessage فراخوانی می شود، تست کننده runtime نوع آرگومان تحویل داده شده را تعیین می کند. اگر یک string تامین شود. متدی که string می گیرد صدا زده می شود. اگرinteger تعیین گردید متد Integer را فراخوانی می شود.
اینترفیسها:
اینترفیس یک قرارداد است. هر شئ که پیاده سازی می شود، برای تامین پیاده سازی اعضای تعیین شده در آن اینترفیس یک ضمانت نامه اینترفیس می گیرد. اگر یک شئ نیاز به تعامل با اینترفیسی داشته باشد، می تواند با آن با هر شئ‌ای که آن اینترفیس را پیاده سازی می کند تعامل داشته باشد .
یک اینترفیس فقط اعضایی را تعریف می کند که بوسیله شیی که بعدا پیاده سازی خواهد شد ساخته می شود.تعریف اینترفیس هیچ چیزی درباره ی پیاده سازی اعضا نمی دهد. فقط پارامترهای که آنها می گیرند و نوع مقادیری که آنها برخواهند گرداند.پیاده سازی اینترفیسها کاملا به پیاده سازی کلاس واگذار می شود.
بنابراین این امکان دارد که در اشیا مختلف پیاده سازی های مختلف مهیجی از اعضای مشابه داشته باشیم. به عنوان مثال، اینترفیسی به نام Ishape که یک متد CalculateArea تعریف می کند. کلاس Circle این اینترفیس را برای محاسبه مساحت خود، به طریق متفاوتی با کلاس Square پیاده سازی می کند. هر چند که یک شئ که نیاز به تعامل با IShape دارد می تواند متد CalculateArea را فراخوانی کند و هر دوی Circle یا Square نتایج درستی می دهند.
تعریف اینترفیسها
اینترفیس ها با کلمه کلیدی interface تعریف می شوند.
Public Interface IDrivable
End Interface
این اعلان اینترفیس IDrivable را تعریف می کند. ، اما هیچ عضوی برای آن تعریف نمی کند. متدهای یک عضو باید با امضای متد تعریف شود، اما بدون access modifier هایی مثل public,private. و مانند اینها. access modifier ها ی یک اینترفیسaccess modifier اعضای آن اینترفیس راتعیین می کنند.پس اگر یک اینترفیس Public داشته باشید همه اعضایش هم باید هم public باشند. مثال زیر نشان می دهد که چطور متدها را به اینترفیس اضافه کنید :
Public Interface IDrivable
Sub GoForward(ByVal Speed As Integer)
Sub Halt()
Function DistanceTraveled() As Integer
End Interface
همچنین شما می توانید خصوصیات را به اینترفیستان اضافه کنید. خصوصیت باید ReadOnly یا WriteOnly تعریف شوند. مثال زیر را ببینید.
Public Interface IDrivable
" Additional member definitions omitted
" This defines a read-only property.
ReadOnly Property FuelLevel() As Integer
End Interface
اگرچه شما می توانید خصوصیات را در اینترفیسها تعریف کنید. اما نمی توانید فیلدها را در آنها تعریف کنید. این شرط تضمین می کند که کلاسهایی که از طریق اینترفیسها تعامل دارند به دادهای درونی یک شئ دسترسی نداشته باشند. اینترفیسها همچنین می توانند رویدادها را تعریف کنند:
Public Interface IDrivable
" Additional member definitions omitted
Event OutOfFuel(ByVal sender As Object, ByVal e As System.EventArgs)
End Interface
چند شکلی با اینترفیسها (Polymorphism with Interfaces)
هر شئ که یک اینترفیس خاص را پیاده سازی می کند، می تواند با هر یک از اشیا دیگری که به آن اینترفیس نیاز دارند، تعامل کند.
Public Sub GoSomewhere(ByVal V As IDrivable)
" Implementation omitted
End Sub
این متد نیاز به یک پیاده سازی از اینترفیس IDrivable دارد. هر شئ که این اینترفیس را پیاده سازی می کند می تواند به عنوان یک پارامتر به این متد پاس داده شود. وقتی یک شئ درون اینترفیسش تعامل می کند، فقط اینترفیس اعضا دردسترس هستند. شما همچنین می توانید به طور ضمنی اشیایی که اینترفیس خاصی را پیاده سازی می کنند درست کنید. مثال بعد نشان می دهد چگونه شئ Truck اینترفیس IDrivable را طراحی می کند. (توجه کنید در این مورد Truck باید IDrivable را پیاده سازی کند).
Dim myTruck As New Truck
Dim myVehicle As IDrivable
" Casts myTruck to the IDrivable interface
myVehicle = CType(myTruck, IDrivable)
پیاده سازی اینترفیسها
در VB.net اینترفیسها بوسیله کلاسها و ساختارها (structures) با کلمه کلیدی Implements پیاده سازی می شوند.
Public Class Truck
Implements IDrivable
" Additional implementation code omitted
End Class
کلاسها می توانند چندین اینترفیس را پیاده سازی کند. اگر بخواهید کلاسی تعریف کنید که چندین اینترفیس را پیاده سازی کند، می توانید اینترفیسها را با کاماهای جدا کنید. مثال زیر را ببینید.
Public Class Truck
Implements IDrivable, IFuelBurning, ICargoCarrying
" Additional implementation code omitted
End Class
وقتی یک کلاس یا ساختاری یک اینترفیس را پیاده سازی می کند. شما باید برای هر یک از اعضای آن اینترفیس پیاده سازی جداگانه ای انجام دهید. اگر اینترفیسهای چند گانه پیاده سازی شوند، باید یک پیاده سازی برای هر عضو هر اینترفیسی انجام دهید.
پیاده سازی اعضای اینترفیسها با VB.NET
در VB.Net یک عضو کلاس با کلمه کلیدی Implements یک عضو اینترفیس را پیاده سازی می کند. عضو کلاسی که عضو اینترفیس را پیاده سازی می کند باید امضایی مشابه آن چه در اینترفیس تعریف شده داشته باشد، اما نیاز نیست که سطح دسترسی مشابهی با آن داشته باشد. مثال بعد نشان می دهد چگونه یک عضو اینترفیس تعریف می شود.
Public Interface IDrivable
Sub GoForward(ByVal Speed As Integer)
End Interface
Public Class Truck
Implements IDrivable
Public Sub GoForward(ByVal Speed As Integer)
Implements IDrivable.GoForward
" Implementation omitted
End Sub
End Class
عضو کلاسی که یک عضو اینترفیس را پیاده سازی می کند مجبور نیست که نام مشابه با نام عضو اینترفیس داشته باشد مثال بعد یک پیاده سازی کاملا بی عیب متد IDrivable از اینترفیس GoForward است.
Public Sub Move(ByVal Speed As Integer)
Implements IDrivable.GoForward
" Implementation omitted
End Sub
هر فراخوانی متد GoForward از اینترفیس در مثال قبل متد Move را از کلاس پیاده سازی می کند. همچنین شما می توانید سطح دسترسی متفاوتی را برای- متد کلاسی که متد اینترفیس را پیاده سازی می کند - در نظر بگیرید. به عنوان مثال می توانید متد Public اینترفیس را متد Private کلاس پیاده سازی کنید. اگر این روش را انجام دهید، وقتی که دسترسی درون اینترفیس است متد Public می شود، اما وقتی دسترسی به عنوان عضوی از کلاس است private می ماند.
