مقدمه ای بر متد Obiect-Oriented (شیءگرایی)
شیءگرایی (Object-Oriented) لغتی است که امروزه در صنعت نرم افزار، باب شده است. شرکتها به سرعت حرکت می کنند تا خود را با این تکنولوژی سازگار کنند و آن را در برنامه های خود وارد نمایند.
متد شیءگرایی (O.O) یک راه متفاوت مشاهده برنامه هاست. با متد شیءگرایی، شما یک برنامه را به قطعات بسیار کوچک یا آبجکت هایی تقسیم می کنید، که تا اندازه ای مستقل از یکدیگر می باشند. مانند ساختمانی از بلوک ها نگاه کنید.
اولین قدم این است که آبجکت های اساسی (انواع مختلف بلوک ها) را بسازید یا بدست آورید. اولین باری که شما این بلوک های ساختمانی را دارید، می توانید آنها را کنار هم گذاشته و قصرتان را بسازید. به محض اینکه تعدادی آبجکت های اساسی را در دنیای کامپیوتر ساختید یا بدست آوردید، می توانید به سادگی آنها را کنار هم بگذارید تا برنامه‌های جدید ایجاد را کنید. یکی از امتیازات اساسی متد شیءگرایی این است که می توانید یک بار Component (اجزاء) را ساخته و بارها و بارها از آنها استفاده کنید. درست مانند زمانی که می توانید یک بلاک ساختمانی را در یک قصر، یک خانه یا یک سفینه فضایی دوباره استفاده کنید، می توانید از یک قطعه طرح یا کد شیءگرایی در یک سیستم حسابداری، یک سیستم بازرگانی یا یک سیستم پردازش سفارش استفاده مجدد نمایید.
تفاوت متد شیءگرایی با روش سنتی توسعه، چیست؟ در روش سنتی، روش توسعه به همراه اطلاعاتی که سیستم نگهداری خواهد کرد به خودمان وابسته است.
در این روش، ما از کاربران می پرسیم که چه اطلاعاتی را نیاز دارند، پایگاه داده ای را طراحی می کنیم که اطلاعات را نگه دارد، صفحاتی را تهیه می کنیم تا اطلاعات را بگیرد، و گزارشاتی را چاپ می کنیم تا اطلاعاتی را برای کاربر نمایش دهد. به عبارت دیگر، ما بر روی اطلاعات متمرکز می شویم و کمتر توجه می کنیم که چه کاری با این اطلاعات انجام شده یا رفتار سیستم چگونه است. این روش data-centric (مبتنی بر داده) نامیده شده است و برای ایجاد هزاران سیستم در سال، ایجاد شده است. مدلسازی data-centric مخصوص طراحی پایگاه داده و گرفتن اطلاعات خیلی مهم می باشد، اما انتخاب این روش در زمان طراحی برنامه های تجاری با مشکلاتی همراه است. یک چالش بزرگ این است که درخواستهای سیستم چندین بار تغییر خواهند کرد. سیستمی که از روش data-centric استفاده می نماید، می تواند به آسانی تغییر در پایگاه داده را مدیریت کند. اما اجرای تغییرات در قوانین تجاری یا رفتار(behavior) سیستم آن قدر آسان نمی باشد. متد شیءگرایی در پاسخ به این مشکل، ایجاد شده است. با متد شیءگرایی هم بر اطلاعات وهم بر رفتار متمرکز می شویم. در نتیجه اکنون می توانیم سیستم هایی را ایجاد کنیم که انعطاف پذیر شده اند تا اطلاعات و یا رفتار را تغییر دهند.
مزیت این انعطاف پذیری با طراحی یک سیستم شیءگرایی به خوبی شناخته شده است. این مطلب، به شناخت تعدادی اصول شیء گرایی نیاز دارد. نهان سازی (Encapsulation) وراثت(Inheritance) و چند ریختی (Polymorphism).
Encapsulation (نهان سازی)
در سیستمهای شیءگرا، اینها (اطلاعات و رفتارها) را در یک آبجکت بسته بندی می کنیم. این مطلب در قالب اطلاعات Encapsulation (پنهان سازی) ارجاع داده شده است. راه دیگر برای نگاه کردن به توابع وابسته، این است که برنامه را به بخشهای کوچکی از توابع وابسته، تقسیم کنیم. مثلاً یک حساب بانکی شامل: شماره حساب، تراز جاری نام مشتری آدرس نوع حساب، نرخ بهره و تاریخ باز کردن حساب می باشد. همچنین رفتارهایی را برای یک حساب بانک داریم مانند: باز کردن یک حساب ، بستن حساب، به حساب گذاشتن، برداست از حساب، تغییر نوع حساب، تغییر مشتری و تغییر آدرس. ما این اطلاعات و رفتارها را با هم در یک آبجکت account پنهان می کنیم. در نتیجه همه تغییرات سیستم بانکی مربوط به حسابها، می توانند به آسانی در آبجکت حساب انجام شوند.
مزیت دیگر پنهان سازی این است که تأثیرات اعمال شده به سیستم را محدود می کند. به یک سیستم به عنوان بستری از آب و به تغییر درخواستها مانند یک صخره بزرگ نگاه کنیم. شما صخره را در آب می اندازید و امواج بزرگی در همه جهتها ایجاد می شوند. آنها در سرتاسر دریاچه حرکت می کنند، به کرانه ضربه می زنند، طنین افکن می شوند و با امواج دیگر برخورد می کنند در حقیقت، حتی ممکن است مقدای آب بر روی ساحل و خارج از دریاچه بریزد. بعبارت دیگر، برخورد صخره با آب باعث ایجاد میزان زیادی موج های کوچک شده است. حال دریاچه خود را پنهان می کنیم. تدین ترتیب که آن را به تکه های کوچکتری از آب با موانعی میان آنها تقسیم می کنیم. سپس، ضربات سیستم را تغییر می دهد. قبل از این، امواج در همه جهتها ایجاد می شدند. اما اکنون، امواج فقط می توانند از یکی از موانع عبور نماید. و سپس متوقف می گردند. بنابرین، با نهان سازی دریاچه، ما تاثیر موج کوچک حاصل از انداختن صخره در آب را محدود کرده ایم.
حال، بیایید ایده نهان سازی را درسیستم بانکی به کار ببریم. اخیراً مدیریت بانک تصمیم گرفته است که اگر مشتری در بانک یک حساب اعتباری دارد، بتوان از حساب اعتباری بعنوان یک مبلغ اضافه، برداشت کرده و برای حساب جاری آنها استفاده نمود. در یک سیستم غیر نهان سازی، کار را با یک روش اجباری شروع می کنیم تا تجزیه و تحلیل کاراتر شود. اساساً، ما محل تمام جاهایی که ازعملیات برداشت از حساب، در یک سیستم استفاده شده است را نمی دانیم،
بنابرین باید به هر جایی نگاه کنیم و وقتی که آن را پیدا کردیم، باید یک سری از تغییرات را ایجاد کنیم تا این درخواست جدید را یکپارچه کنیم. اگر کار به درستی انجام شده باشد، احتمالاً 80 % موارد برداشت از حساب را در سیستم پیدا کرده ایم. با یک سیستم نهان سازی، ما نیازی به استفاده از روش اجباری برای تجزیه و تحلیل نداریم. ما به مدل سیستم خود نگاه می کنیم و به آسانی جایی که رویداد برداشت از حساب پنهان شده بود را پیدا می کنیم. بعد از اینکه عملیات را در حساب قرار دادیم، یکبار درخواستمان را فقط در آن آبجکت تغییر می دهیم، و کار ما تمام شده است. همان گونه که در شکل زیر می بینید، فقط کلاسAcount نیاز به تغییر دارد.
یک مفهوم مشابه نهان سازی، Information Hiding (پنهان سازی) می باشد. پنهان سازی اطلاعات، توانایی است که جزئیات مبهم یک آبجکت را از دنیای خارج پنهان می سازد. در یک آبجکت، دنیای خارج به معنی هر چیزی خارج از همان آبجکت است حتی اگرچه دنیای خارج شامل بقیه سیستم باشد. پنهان سازی اطلاعات (Information Hiding) همان مزیت نهان سازی (Encapsolation) را فراهم می کند.
Inheritance (وراثت)
Inheritance (وراثت) دومین مفهوم اساسی شیءگرایی می باشد. در سیستمهای شیءگرا به شما اجازه می دهد تا آبجکت های جدید را بر پایه آبجکت های قدیمی ایجاد کنید. آبجکت child (فرزند) ویژگیهای یک آبجکت parent(والد) را به ارث می برد. شما می توانید نمونه هایی از وراثت را در دنیای طبیعی ببینید. هزاران نوع مختلف از پستانداران مانند سگها، گربه ها، انسانها، نهنگها و غیره وجود دارند. هر یک از اینها ویژگیهای مشخصی دارند که منحصر به فرد بوده و این ویژگیهای مشخص مانند داشتن مو، خونگرم بودن و غذا دادن به بچه ها، در کل گروه مشترک می باشد. در اصطلاحات شیءگرایی یک آبجکت بنام mammal (پستاندار) وجود دارد که ویژگیهای مشترک را نگه می دارد. این آبجکت والد آبجکت های فرزندی مانند گربه، سگ، انسان، نهنگ و غیره می باشد.
آبجکت سگ(dog) ویژگیهای آبجکت پستاندار (mammal) را به ارث می برد، مانند دویدن در دایره ها (حلقه ها) و ریختن آب از لب و لوچه. متد شیءگرایی ایده وراثت را از دنیای طبیعی گرفته است. شکل زیر نمونه ای از آن است.
بنابراین ما می توانیم همان مفهوم را در سیستم خود به کار ببریم. یکی از مزایای اصلی وراثت، سهولت در نگهداری است. وقتی چیزی تغییر می کند و برهمه پستانداران اثر می گذارد، فقط آبجکت والد نتاز به تغییر دارد و آبجکت های فرزند به طور خودکار تغییرات را به ارث می برد. اگر پستانداران به طور ناگهانی خونسرد شوند، فقط پستاندار (mammal) باید تغییر نماید. گربه، سگ، انسان، نهنگ و دیگر آبجکتهای فرزند به طور خودکار ویژگی جدید خونسرد بودن پستانداران را به ارث می برند. در یک سیستم شیءگرا یک مثال می تواند پنجره ها باشند.
سیستمی بزرگ دارای 125 تابلو داریم. روزی، یک مشتری درخواست یک پیغام انصراف بر روی همه تابلوها را می دهد. در یک سیستم بدون وراثت، ما کار خسته کننده ای داریم که باید به هر یک از این 125 تابلو رفته و تغییر را در آن ایجاد کنیم. تا به آبجکت والد رفته ویکبار آن را تغییر دهیم. همه تابلوها به طور خودکار تغییرات را به ارث می برند. همانطور که در شکل زیر می بینید.
در یک سیستم بانکداری، ممکن است از وراثت برای انواع مختلفی از حسابهایی که داریم استفاده نماییم. بانک فرضی ما دارای چهار نوع مختلف حساب می باشد. جاری، پس انداز، کارت اعتباری، سپرده گذاری.این انواع مختلف حسابها شباهتهایی نیز دارند. هر کدام دارای یک شماره حساب، نرخ بهره و نام مالک می باشد. بنابراین می توانیم یک آبجکت والد بنام account (حساب) را ایجاد کنیم تا ویژگیهای مشترک همه این حسابها را نگهداری کنیم.
آبجکت های فرزند (child) می توانند علاوه بر ویژگیهایی که به ارث برده اند، ویژگیهای منحصر به فرد خودشان را داشته باشند. مثلاً، حساب اعتباری یک حد موجودی و حداقل میزان پرداخت را خواهد داشت. سپرده گذاری نیز دارای یک موعود پرداخت می باشد.
تغییرات آبجکت والد بر روی همه فرزندان اثر خواهد گذاشت، اما بچه‌ها آزاد هستند که بدون به هم زدن آرامش فرزند دیگر یا والدشان تغییر نمایند.
Polymorphism(چند ریختی)
سومین اصل شیءگرایی Polymorphism (چند ریختی) است. در فرهنگ لغت بعنوان پیدایش شکلهای مختلف، نواحی یا انواع مختلف تعریف شده است. چند ریختی به این معنی است که شکلها یا پیامدهای زیادی از یک تابع ویژه را داشته باشیم. همانند وراثت چند ریختی نیز در دنیای طبیعی دیده می شود. در فرمان یا عمل صحبت کردن ممکن است یک انسان جواب دهد «شما چه طورید»، سگ شاید جواب دهد «واق واق» گربه ممکن است پاسخ دهد «میو».
چند ریختی در اصطلاحات یک سیستم شیءگرایی به این معنی است که ما می توانیم بسیاری از رخدادها یا پیامدهای یک عمل ویژه را داشته باشیم.
مثلاً، ممکن است یک سیستم رسم اشکال گرافیکی را بسازیم. وقتی کاربر می خواهد چیزی مانند یک خط، دایره یا یک مستطیل را بکشیم، سیستم یک فرمان draw را می فرستد. سیستم با انواع مختلف شکلها سازگار شده است، هرکدام شامل رفتاری است تا خودش را بکشد. بنابراین وقتی که کاربر می خواهد یک دایره را بکشد، فرمان رسم آبخکت دایره (draw) درخواست خواهد شد. بااستفاده از چند ریختی، سیستم می فهمد که در هنگام اجرا شدن کدام نوع شکل کشیده شده است. بدون چند ریختی، کد تابع draw ممکن است مانند زیر باشد.
Function Shape.drawMe()
{
CASE Shape.Type
Case “Circle“
Shape.drawCircle();
Case “Rectangle“ Shape.drawCircle();
Case “Line“
Shape.drawCircle();
END CASE
}
با چند ریختی، کد draw باید توسط تابع drawme() برای آبجکت طراحی شده فراخوانی شود. مانند این مثال:
Function draw ()
{
Shape.drawme();
}
هر شکلی (دایره، خط وغیره) باید تابع drawMe را داشته باشد تا شکل بخصوصی را بکشد. یکی از مزایای چند ریختی مانند دیگر اصول شیءگرایی، نگهداری است.
زمانی که لازم است تا برنامه یک مثلث را رسم نماید، چه اتفاقی می‌افتد؟ در موردی که از چند ریختی استفاده نشده است یک تابع darw triangle() جدید به آبجکت shape اضافه شده است. همچنین تابع drawme() آبجکت shape تغییر کرده است تا با نوع جدید شکل سازگار شود. با چند ریختی ما یک آبجکت triangle (مثلث) جدید را درون تابع drawMe() ایجاد می کنیم تا خودش را رسم نماید. تابع Draw() که عملگرهای طراحی را اجرا می نماید اصلاً نباید تغییر کند.
مدلسازی بصری (Visual Modeling) چیست؟
اگر چیز جدیدی را برای خانه تان می سازید، احتمالاً فقط با خریدن یک تکه چوب و بستن آن به هم تا که درست به نظر آید،این کار را انجام نمی دهید. شما تعدادی طرح کلی می خواهید، تا آنها را دنبال نمایید. بنابرین می توانید قبل از شروع به کار، آن چیز را طراحی و ساختاربندی کنید. مدل ها در دنیای نرم افزار همان کار را برای ما انجام می دهند. آنها طرحهای کلی سیستم می باشند. یک طرح کلی به شما کمک می کند تا یک چیز اضافی را قبل از اینکه بسازید، طراحی کنید. یک مدل به شما کمک می کند تا قبل از اینکه یک سیستم را بسازید، آن را طراحی کنید. به شما کمک می کند تا مطمئن شوید که طرح بی نقص می باشد،درخواستها دیده شده اند و سیستم می تواند حتی در مقابل کوهی از تغییرات درخواست، مقاومت نماید. هنگامی که درخواستهایی را برای سیستم خود جمع می کنید، نیازهای تجاری کاربران را گرفته و آنها را به درخواستهایی که تیم شما می تواند از آنها استفاده کند وبفهمد، تبدیل می کنید. سرانجام شما می توانید این درخواستها را گرفته و از آنها کدی تولید کنید. با تبدیل رسمی درخواستها به کد، می توانید مطمئن شوید که درخواستها بوسیله کد مطرح شده اند، و آن کد می تواند به آسانی راه برگشت به درخواستها را طی کند. این پردازش modeling (مدلسازی) نامیده شده است. نتیجه پردازش مدلسازی این توانایی است که نیازهای تجاری را به درخواستهایی تبدیل کند تا درکد به صورت مدل درآید و دوباره آن را برگرداند بدون اینکه در طول راه چیزی گم شود.