مقدمة
البرمجة الكائنية التوجه (OOP) هي نموذج برمجة حاسوبية يُنظّم تصميم البرمجيات حول البيانات أو الكائنات بدلاً من الدوال والمنطق. يُمكن تعريف الكائن بأنه حقل بيانات له خصائص وسلوكيات فريدة.
يركز البرمجة الكائنية التوجه على الكائنات التي يرغب المطورون في التعامل معها بدلاً من المنطق اللازم لذلك. هذا النهج مناسب لبرمجة البرامج الكبيرة والمعقدة والتي يتم تحديثها وصيانتها باستمرار. يشمل ذلك تطبيقات التصنيع والتصميم، بالإضافة إلى تطبيقات الهواتف المحمولة. على سبيل المثال، يمكن استخدام البرمجة الكائنية التوجه لإنتاج برامج محاكاة الأنظمة.
يُسهّل تنظيم البرامج الموجهة للكائنات استخدام هذه الطريقة في التطوير التعاوني، حيث تُقسّم المشاريع إلى مجموعات. ومن المزايا الإضافية للبرمجة الموجهة للكائنات إمكانية إعادة استخدام الكود، وقابلية التوسع، والكفاءة.
تتمثل الخطوة الأولى في البرمجة الكائنية في جمع جميع الكائنات التي يريد المبرمج معالجتها وتحديد كيفية ارتباطها ببعضها البعض - وهي ممارسة تُعرف باسم نمذجة البيانات.
يمكن أن تتراوح أمثلة الأشياء من الكيانات المادية، مثل الإنسان الموصوف بصفات مثل الاسم والعنوان، إلى برامج الكمبيوتر الصغيرة، مثل الأدوات.
عند التعرف على كائن ما، يُصنّف ضمن فئة من الكائنات تُحدد نوع البيانات التي يحتويها وأي تسلسلات منطقية يمكنها التعامل معه. يُعرف كل تسلسل منطقي مميز باسم "طريقة". يمكن للكائنات التواصل عبر واجهات محددة جيدًا تُسمى "رسائل".
ما هو هيكل البرمجة الكائنية التوجه؟
تتضمن بنية أو لبنات بناء البرمجة الكائنية ما يلي:
- الفئات هي أنواع بيانات معرفة من قبل المستخدم تعمل كنموذج أولي للكائنات والخصائص والأساليب الفردية.
- الكائنات هي نسخ من فئة تُنشأ ببيانات محددة. يمكن أن تُمثل الكائنات كائنات من العالم الحقيقي أو كيانًا مجردًا. عند تعريف فئة ما في البداية، يكون الوصف هو الكائن الوحيد المُعرّف.
- الأساليب هي وظائف يمكن للكائنات تنفيذها. تُعرَّف هذه الأساليب داخل فئة، وتصف سلوكيات الكائن. يبدأ كل أسلوب في تعريف الفئة بمرجع إلى كائن مثيل. بالإضافة إلى ذلك، تُسمى الإجراءات الفرعية داخل الكائن أساليب مثيل. يستخدم المبرمجون الأساليب لتوفير إمكانية إعادة الاستخدام أو للحفاظ على وظائف الكائن في وقت محدد.
- تمثل السمات حالة الكائن. بعبارة أخرى، هي خصائص تميز الفئات. تحتوي الكائنات على بيانات مخزنة في قسم السمات. تنتمي سمات الفئة إلى الفئة نفسها ويتم تعريفها في قالب الفئة.
ما هي المبادئ الأساسية للبرمجة الكائنية التوجه؟
- التغليف. ينص مبدأ التغليف على أن جميع المعلومات المهمة تُحفظ داخل كائن، ولا يُكشف إلا عن معلومات محددة. تُحفظ تفاصيل تنفيذ كل كائن وحالته بشكل خاص ضمن فئة مُحددة. لا تملك الكائنات الأخرى صلاحية الوصول إلى هذه الفئة أو إجراء أي تغييرات عليها، بل يمكنها فقط استدعاء قائمة من الدوال أو الطرق العامة. تُعزز هذه الميزة، التي تُخفي البيانات، أمان التطبيق وتمنع تلف البيانات غير المرغوب فيه.
- التجريد. لا تكشف الكائنات إلا عن الآليات الداخلية ذات الصلة باستخدام الكائنات الأخرى، وتخفي أي شيفرة تنفيذية غير ضرورية. يمكن للفئة المشتقة توسيع وظائفها. يساعد هذا المفهوم المطورين على إجراء تغييرات أو إضافات لاحقة بسهولة أكبر.
- الوراثة. يمكن للفئات إعادة استخدام التعليمات البرمجية والميزات من فئات أخرى. يمكن تعيين العلاقات والفئات الفرعية بين الكائنات، مما يُمكّن المطورين من إعادة استخدام المنطق المشترك مع الحفاظ على تسلسل هرمي فريد. تجعل الوراثة تحليل البيانات سلسًا، مما يقلل وقت التطوير ويضمن مستوى أعلى من الدقة.
- تعدد الأشكال. تُصمَّم الكائنات لتتشارك في السلوكيات ويمكنها اتخاذ أكثر من شكل. يحدد البرنامج المعنى أو الاستخدام اللازم لكل تطبيق لهذا الكائن من الفئة الأصلية، مما يقلل الحاجة إلى تكرار التعليمات البرمجية. ثم تُنشأ فئة فرعية تُوسِّع وظائف الفئة الأصلية. يُمكِّن تعدد الأشكال أنواعًا مختلفة من الكائنات من المرور عبر واجهة.
- بناء الجملة. هذه هي مجموعة القواعد التي تحدد كيفية تنظيم الكلمات وعلامات الترقيم في لغة البرمجة.
- الترابط. وهو مدى ترابط عناصر البرنامج مع بعضها البعض. على سبيل المثال، إذا غيّر أحد الأصناف خصائصه، فإن جميع الأصناف الأخرى ستتغير أيضاً.
- الارتباط. هو علاقة بين فئة واحدة أو أكثر. يمكن أن يكون الارتباط فرديًا، أو جماعيًا، أو فرديًا، أو جماعيًا.
ما هي أمثلة لغات البرمجة الكائنية التوجه؟
على الرغم من أن لغة سيمولا تُعتبر أول لغة برمجة كائنية التوجه، إلا أن العديد من لغات البرمجة الأخرى تُستخدم اليوم مع البرمجة الكائنية التوجه. لكن بعض لغات البرمجة تتوافق مع البرمجة الكائنية التوجه بشكل أفضل من غيرها. على سبيل المثال، لغات البرمجة التي تُعتبر لغات كائنية التوجه خالصة تُعامل كل شيء ككائن. بينما صُممت لغات برمجة أخرى أساسًا للبرمجة الكائنية التوجه، ولكنها تتضمن بعض المعالجة الإجرائية. بعض أشهر لغات البرمجة مصممة خصيصًا للبرمجة الكائنية التوجه أو مع مراعاة مبادئها.
على سبيل المثال، تشمل لغات البرمجة الكائنية التوجه النقية الشائعة ما يلي:
- روبي
- سكالا
- يشم
- الزمرد
تشمل لغات البرمجة المصممة أساسًا للبرمجة الكائنية التوجه ما يلي:
- جافا
- بايثون
- لغة سي++
تشمل لغات البرمجة الأخرى التي تتوافق مع البرمجة الكائنية التوجه ما يلي:
- فيجوال بيسك دوت نت.
- بي اتش بي
- جافا سكريبت
ما هي فوائد البرمجة الكائنية التوجه؟
تشمل فوائد البرمجة الكائنية ما يلي:
- النمطية. يُمكّن التغليف الكائنات من أن تكون مكتفية ذاتيًا، مما يجعل تصحيح الأخطاء والتطوير التعاوني أسهل.
- يمكن إعادة استخدام الكود من خلال التوريث، مما يعني أن الفريق ليس مضطرًا لكتابة نفس الكود عدة مرات.
- الإنتاجية. يمكن للمبرمجين بناء تطبيقات جديدة بسرعة باستخدام مكتبات متعددة ورموز قابلة لإعادة الاستخدام.
- يتميز بسهولة التوسع والتطوير. ويمكن للمبرمجين تنفيذ وظائف النظام بشكل مستقل.
- الأمان. باستخدام التغليف والتجريد، يتم إخفاء التعليمات البرمجية المعقدة، وتصبح صيانة البرامج أسهل، ويتم حماية بروتوكولات الإنترنت.
- المرونة. يُمكّن تعدد الأشكال الدالة من التكيف مع الفئة التي توضع فيها. كما يمكن للكائنات المختلفة أن تمر عبر واجهة.
- صيانة الكود: يمكن تحديث أجزاء من النظام وصيانتها دون الحاجة إلى إجراء تعديلات كبيرة.
- انخفاض التكلفة. كما أن المزايا الأخرى، مثل سهولة الصيانة وإمكانية إعادة الاستخدام، تقلل من تكاليف التطوير.
انتقادات البرمجة الكائنية التوجه
انتقد المطورون نموذج البرمجة الكائنية التوجه لعدة أسباب. يتمثل القلق الأكبر في أن هذا النموذج يركز بشكل مفرط على جانب البيانات في تطوير البرمجيات، بينما لا يولي اهتمامًا كافيًا للحسابات أو الخوارزميات. إضافةً إلى ذلك، قد يكون كتابة كود البرمجة الكائنية التوجه أكثر تعقيدًا، ويستغرق وقتًا أطول في الترجمة.
من بين الانتقادات الشائعة الأخرى أن الوراثة تنطوي على عيوب مثل هشاشة الفئات الأساسية. إضافةً إلى ذلك، قد تكون الكائنات أوضح عند عزلها، ولكن يصعب فهمها عند العمل في تطبيق حقيقي.
تشمل طرق البرمجة الكائنية البديلة ما يلي:
- البرمجة الوظيفية: تشمل هذه اللغات لغات مثل إرلانج وسكالا، والتي تستخدم في الاتصالات السلكية واللاسلكية والأنظمة المقاومة للأعطال.
- البرمجة الهيكلية أو المعيارية. وهذا يشمل لغات مثل PHP و C#.
- البرمجة الإجرائية: هذا البديل للبرمجة الكائنية التوجه يركز على الوظائف بدلاً من النماذج. تشمل لغات البرمجة الإجرائية C++ و Java.
- البرمجة التصريحية: يتضمن هذا النمط البرمجي عباراتٍ تُحدد المهمة أو النتيجة المرجوة، دون تحديد كيفية تحقيقها. ومن لغات البرمجة التصريحية: برولوج وليسب.
- تعتمد البرمجة المنطقية، التي تستند بشكل أكبر إلى المنطق الصوري وتستخدم لغات مثل برولوج، على مجموعة من العبارات التي تعبر عن حقائق أو قواعد تتعلق بمجال مشكلة معينة. وتركز على المهام التي يمكن أن تستفيد من الاستعلامات المنطقية القائمة على القواعد.
نتيجة
تتيح معظم لغات البرمجة المتقدمة للمطورين دمج النماذج لأنها قابلة للاستخدام في أساليب برمجة مختلفة. على سبيل المثال، يمكن استخدام جافا سكريبت وسكالا في البرمجة الكائنية والبرمجة الوظيفية.
