مقدمه

شی گرایی چیست؟ این سوالی است که شاید در دنیای برنامه‌نویسی و توسعه نرم‌افزار بسیار به آن برخورده باشید. شی گرایی یکی از مهم‌ترین مفاهیم در علم کامپیوتر و توسعه نرم‌افزار است که به برنامه‌ها امکان می‌دهد تا به صورت مؤثری با استفاده از داده‌ها و قابلیت‌های مختلف، ساختار بندی شوند. به طور کلی، مفهوم شی گرایی به ما اجازه می‌دهد تا برنامه‌ها را به شکلی طراحی کنیم که پیچیدگی‌های آن‌ها قابل مدیریت و گسترش باشد.

شی گرایی در دهه‌های گذشته به عنوان رویکردی جدید در برنامه‌نویسی به کار گرفته شد و توانست انقلابی در نحوه نوشتن و سازماندهی کدها ایجاد کند. به کمک شی گرایی، برنامه‌نویسان قادر هستند تا با استفاده از ساختارهایی مانند کلاس و شیء، برنامه‌هایی پویاتر و قابل توسعه‌تر بسازند.

یکی از ویژگی‌های اصلی شی گرایی، تقسیم برنامه به بخش‌های کوچک و مستقل است که هر کدام مسئول انجام وظیفه‌ای خاص هستند. این ویژگی باعث می‌شود کدها خواناتر و آسان‌تر برای نگهداری و تغییر باشند، و در نتیجه تولید نرم‌افزارها با کیفیت بهتری صورت گیرد.

این مقاله توسط تیم آیوکاپ برای شما جمع‌آوری شده تا به شما کمک کند با اصول شی گرایی، زبان‌های مرتبط و مزایا و معایب آن آشنا شوید و با فهم بهتر این موضوع به توسعه‌دهنده‌ای ماهر تبدیل شوید.

شی گرایی چیست؟

شی‌گرایی یا Object-Oriented Programming (OOP) یکی از مهم‌ترین رویکردهای برنامه‌نویسی است که با هدف ساده‌سازی توسعه و نگهداری کدهای پیچیده ایجاد شده است. این روش بر اساس مفاهیمی مانند کلاس‌ها و اشیا کار می‌کند که به برنامه‌نویسان این امکان را می‌دهد که داده‌ها و توابع مرتبط با آن‌ها را به صورت منظم و قابل مدیریت سازماندهی کنند. با استفاده از این رویکرد، می‌توان ساختارهای پیچیده را به مجموعه‌ای از واحدهای مستقل تقسیم کرد و هر واحد را به شکل یک شیء با ویژگی‌ها و رفتارهای خاص تعریف کرد.

در شی‌گرایی، شیء به عنوان یک واحد مستقل در نظر گرفته می‌شود که دارای ویژگی‌ها (Attributes) و رفتارها (Behaviors) است. ویژگی‌ها مشخصات شیء را توصیف می‌کنند و رفتارها عملکردهای آن را تعیین می‌کنند. برای مثال، اگر بخواهیم یک شیء به نام «ماشین» تعریف کنیم، ویژگی‌های آن می‌تواند شامل رنگ، مدل، و سرعت باشد، و رفتارهای آن ممکن است شامل حرکت کردن و توقف کردن باشد. این شیوه باعث می‌شود که ساختار برنامه‌نویسی به نحوی طراحی شود که هر بخش از برنامه قابلیت‌ها و مسئولیت‌های مشخصی داشته باشد.

اصول شی گرایی چیست

شی گرایی دارای چهار اصل اصلی است که عبارتند از:

1. کپسوله‌سازی: به معنی مخفی‌سازی جزئیات داخلی یک شیء و فراهم کردن دسترسی محدود به آن است.
2. وراثت: به برنامه‌نویسان اجازه می‌دهد تا کلاس‌های جدیدی را از کلاس‌های موجود بسازند و ویژگی‌ها و رفتارهای آن‌ها را به ارث ببرند.
3. چندریختی: به معنای قابلیت استفاده از یک روش به شکل‌های مختلف برای اشیا است.
4. تجمیع: این اصل به ترکیب کلاس‌ها و اشیا در یکدیگر برای ایجاد ساختارهای پیچیده‌تر اشاره دارد.

یکی از اصول اصلی شی‌گرایی، کپسوله‌سازی (Encapsulation) است که به معنای مخفی کردن جزئیات داخلی هر شیء و فراهم کردن دسترسی به آن از طریق واسط‌های مشخص است. این مفهوم به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد که تغییرات درونی شیء را بدون تأثیر بر بخش‌های دیگر کد اعمال کنند. به عبارتی دیگر، کپسوله‌سازی به امنیت و نظم در کد کمک می‌کند و از به‌هم‌ریختگی و پیچیدگی جلوگیری می‌کند، چرا که کاربران تنها از طریق متدها با داده‌های داخلی هر شیء تعامل دارند.

در شی‌گرایی، کلاس‌ها به عنوان قالب‌هایی برای ایجاد اشیا تعریف می‌شوند. کلاس‌ها مانند طرح‌هایی برای ساخت اشیا عمل می‌کنند و مشخص می‌کنند که یک شیء چه ویژگی‌ها و رفتارهایی خواهد داشت. وقتی یک کلاس تعریف می‌شود، می‌توان اشیای مختلفی را بر اساس آن ایجاد کرد که هر یک از این اشیا به عنوان نمونه‌ای از آن کلاس در نظر گرفته می‌شود. برای مثال، کلاس «ماشین» می‌تواند نماینده تمامی ماشین‌ها باشد و با استفاده از این کلاس می‌توان اشیای مختلفی مانند یک ماشین قرمز مدل «Toyota» یا یک ماشین آبی مدل «BMW» ایجاد کرد.

وراثت (Inheritance) یکی دیگر از اصول شی‌گرایی است که به کلاس‌ها اجازه می‌دهد ویژگی‌ها و رفتارهای کلاس‌های دیگر را به ارث ببرند. این مفهوم به برنامه‌نویسان این امکان را می‌دهد که کلاس‌های جدیدی ایجاد کنند که از ویژگی‌ها و رفتارهای کلاس‌های موجود استفاده کنند و در عین حال، قابلیت افزودن ویژگی‌ها و رفتارهای خاص خود را داشته باشند. برای مثال، می‌توان کلاس «ماشین» را به کلاس دیگری به نام «ماشین ورزشی» گسترش داد که دارای ویژگی‌های خاص ماشین‌های ورزشی باشد.

چندریختی (Polymorphism) یکی دیگر از مفاهیم مهم در شی‌گرایی است. این اصل به متدهای مختلف اجازه می‌دهد که با استفاده از یک نام مشترک، رفتارهای مختلفی را اجرا کنند. این ویژگی به برنامه‌نویسان این امکان را می‌دهد که بدون نیاز به تغییر کد، از عملکردهای مختلف یک متد در کلاس‌های مختلف استفاده کنند. به عنوان مثال، متد «حرکت» می‌تواند در کلاس ماشین به یک شکل و در کلاس انسان به شکل دیگری اجرا شود، در حالی که نام متد در هر دو کلاس یکسان است.

شی‌گرایی کمک می‌کند که کد خوانا و قابل‌درک باشد، زیرا بخش‌های مختلف برنامه به صورت واحدهای مستقل با مسئولیت‌های مشخص تعریف می‌شوند. این ساختار باعث می‌شود که برنامه‌نویسان بتوانند به راحتی بخش‌های مختلف برنامه را بررسی و تغییر دهند و از تداخل ناخواسته بین بخش‌های مختلف جلوگیری کنند. همچنین، اگر نیاز به افزودن ویژگی جدیدی به برنامه باشد، می‌توان به راحتی آن را با ایجاد یک کلاس جدید یا افزودن ویژگی به کلاس موجود انجام داد.

استفاده از شی‌گرایی باعث می‌شود توسعه و نگهداری کد به‌خصوص در پروژه‌های بزرگ و پیچیده آسان‌تر شود. به جای اینکه توسعه‌دهندگان مجبور باشند تغییرات را در بخش‌های مختلف کد اعمال کنند، می‌توانند با تغییر کلاس‌ها و اشیا به راحتی تغییرات را مدیریت کنند. به این ترتیب، اشیا به عنوان واحدهای مستقل عمل می‌کنند و تغییرات در هر واحد تأثیر چندانی بر واحدهای دیگر ندارد.

در نهایت، شی‌گرایی با الهام از مدل‌های واقعی به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد که مسائل پیچیده را به صورت ساده‌تر و قابل فهم‌تر مدل‌سازی کنند. با تعریف اشیا و کلاس‌ها، می‌توان موجودیت‌های واقعی و روابط بین آن‌ها را به خوبی در برنامه نمایش داد. این مدل‌سازی به توسعه‌دهندگان کمک می‌کند که دنیای واقعی را به شکل بهتری به دنیای برنامه‌نویسی منتقل کنند و مفاهیم پیچیده را به صورت ساده‌تر بیان کنند.

مثال‌ها برای فهم بهتر

1. مدیریت خودروها: فرض کنید می‌خواهید یک برنامه برای مدیریت خودروهای یک شرکت اجاره‌ی خودرو بنویسید. در این برنامه، هر ماشین یک شیء جداگانه خواهد بود که ویژگی‌های خاص خود را دارد. برای این کار ابتدا یک کلاس به نام Car تعریف می‌کنید. این کلاس ویژگی‌هایی مثل مدل، سال تولید، رنگ، و وضعیت فعلی (مثل در دسترس، اجاره داده شده، یا فروخته شده) را در خود نگه می‌دارد. همچنین، این کلاس شامل متدهایی برای مدیریت وضعیت ماشین‌ها می‌شود.
   به عنوان مثال، متدی به نام ()rentOutمی‌تواند تعریف شود که اگر ماشین در دسترس باشد، وضعیت آن را به “اجاره داده شده” تغییر دهد. همین‌طور، متدی به نام ()returnCar می‌تواند زمانی که ماشین به شرکت بازگردانده شد، وضعیت آن را به “در دسترس” تغییر دهد. همچنین، متد ()sellCar می‌تواند زمانی که ماشین فروخته می‌شود، وضعیت را به “فروخته شده” تغییر دهد.

1. سیستم بانکداری: در یک سیستم بانکداری، شی‌گرایی می‌تواند به شما کمک کند تا مشتریان، حساب‌های بانکی و تراکنش‌ها را به صورت واحدهای مستقل مدیریت کنید. این سیستم می‌تواند با استفاده از چند کلاس مختلف پیاده‌سازی شود که هر کدام مسئولیت‌های خاص خود را دارند.
   ابتدا، کلاسی به نام Customer تعریف می‌شود که اطلاعات مشتریان بانک مثل نام، شماره مشتری، و آدرس را در خود نگه می‌دارد. سپس کلاسی به نام BankAccount داریم که نماینده‌ی هر حساب بانکی است. هر حساب بانکی می‌تواند دارای ویژگی‌هایی مثل شماره حساب و موجودی باشد و متدهایی برای انجام تراکنش‌هایی مثل واریز، برداشت، و انتقال وجه را داشته باشد.

زبان‌های برنامه‌نویسی شی گرایی

• جاوا: یکی از پرکاربردترین زبان‌های شی گرا با قابلیت‌های بسیار در طراحی سیستم‌های بزرگ.
• سی پلاس پلاس: ترکیبی از برنامه‌نویسی ساختاری و شی‌گرا با قدرت بالا در کار با سخت‌افزار.
• پایتون: زبان شی‌گرایی که ساده و قابل فهم بوده و مناسب توسعه سریع است.
• جاوا اسکریپت: برای توسعه وب و تعامل با صفحات وب استفاده می‌شود.
• سی شارپ: توسط مایکروسافت توسعه داده شده و برای ساخت برنامه‌های ویندوزی مناسب است.

مزایا و معایب شی گرایی

یکی از بزرگ‌ترین مزایای شی گرایی، سهولت در مدیریت پروژه‌های پیچیده است. با تقسیم برنامه به اشیا، کدها خواناتر و قابل مدیریت‌تر می‌شوند. این روش توسعه نرم‌افزار همچنین موجب افزایش قابلیت استفاده مجدد از کد می‌شود که هزینه‌ها و زمان توسعه را کاهش می‌دهد. از سوی دیگر، ممکن است درک اولیه این مفهوم برای تازه‌کاران پیچیده باشد. همچنین، برنامه‌های شی گرا معمولاً به حافظه بیشتری نیاز دارند و ممکن است در عملکرد کندتر باشند.

چرا باید شی گرایی بلد باشیم؟

یادگیری شی گرایی برای هر برنامه‌نویسی که به دنبال توسعه حرفه‌ای خود است، ضروری است. شی گرایی به شما این امکان را می‌دهد که کدهای خود را به شکلی منظم و با کیفیت بالا بنویسید. همچنین، این مهارت شما را برای کار با زبان‌های مختلف برنامه‌نویسی و پروژه‌های بزرگ آماده می‌کند و به شما کمک می‌کند که در دنیای رقابتی برنامه‌نویسی جایگاه بهتری داشته باشید.

جمع‌بندی

شی گرایی به عنوان یکی از اصول مهم در توسعه نرم‌افزار، به برنامه‌نویسان این امکان را می‌دهد که نرم‌افزارهایی منظم‌تر و انعطاف‌پذیرتر بسازند. با استفاده از این روش، نه تنها کدها آسان‌تر قابل مدیریت هستند، بلکه امکان استفاده مجدد از کد و افزایش بهره‌وری نیز فراهم می‌شود. اگر در دنیای برنامه‌نویسی فعالیت می‌کنید، حتماً یادگیری شی گرایی را در برنامه‌های خود بگنجانید تا از مزایای بی‌شمار آن بهره‌مند شوید.