برنامه نویسی شی‌ گرا (OOP) چیست؟ + مزایا و معایب آن

OOP مخفف عبارت Object-Oriented Programming است که ما به عنوان برنامه نویسی شی گرا آن را می شناسیم. OOP در اصل نوعی پارادایم برنامه نویسی است که طراحی نرم افزار را حول اشیا، که نمونه هایی از کلاس ها هستند، سازماندهی می کند. در این نوع رویکرد برنامه نویسی، اشیا موجودات یا مفاهیم دنیای واقعی را نشان می دهند و کلاس ها ساختار و رفتار آن اشیاء را تعریف می کنند. در این مطلب از مجله داناپ قصد داریم توضیحات نسبتا مطلوبی در رابطه با این رویکرد برنامه نویسی ارائه کنیم.

برنامه نویسی شی گرا چیست؟

برنامه نویسی شی گرا (OOP) نوعی الگوی برنامه نویسی است که حول سازماندهی طراحی نرم افزار بر اساس اشیاء، که نمونه هایی از کلاس ها هستند، می چرخد. در OOP، اشیاء موجودیت های دنیای واقعی یا مفاهیم انتزاعی را نشان می دهند و داده ها (ویژگی ها) و رفتارها (روش ها) مربوط به آن موجودیت ها را محصور می کنند.

OOP با شناسایی اشیاء، خصوصیات آنها و نحوه تعامل آنها با یکدیگر بر مدل سازی دامنه مشکل تمرکز می کند. این رویکرد روشی بصری و ماژولارتر برای طراحی و پیاده سازی سیستم های نرم افزاری را ارائه می دهد. رویکرد این نوع برنامه نویسی به ویژه برای پروژه های بزرگ و پیچیده ای که به مقیاس پذیری، قابلیت استفاده مجدد کد و قابلیت نگهداری نیاز دارند، سودمند است.

اصول برنامه نویسی OOP

برنامه نویسی شی گرا مانند هر رویکرد دیگری از برنامه نویسی به اصول خاصی پایبند است. از اصول اصلی OOP می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1- کپسوله سازی (Encapsulation)

کپسوله سازی یا Encapsulation به دسته بندی داده ها و روش هایی اشاره دارد که روی آن داده ها در یک جزء واحد که همان شی است عمل می کنند. کپسوله سازی امکان مخفی کردن داده ها را فراهم کرده و تضمین می کند که عملکرد داخلی یک شی از دنیای بیرون پنهان است. این ماژولار بودن و پنهان کردن اطلاعات را ارتقا می دهد و کد را قابل نگهداری تر و درک آن آسان تر می کند.

2- وراثت (Inheritance)

وراثت یا Inheritance به اشیا اجازه می دهد تا ویژگی ها و رفتارها را از اشیاء دیگر به ارث ببرند. وراثت یک رابطه سلسله مراتبی بین کلاس ها برقرار می کند، جایی که یک زیر کلاس می تواند ویژگی ها و متدها را از ابر کلاس خود به ارث ببرد. این ویژگی استفاده مجدد از کد را امکان پذیر کرده و ایجاد کلاس های تخصصی بر اساس کلاس های موجود را تسهیل می کند.

3- پلی مورفیسم (Polymorphism)

پلی مورفیسم یا Polymorphism که به معنای چند ریختی است اجازه می دهد تا اشیاء از کلاس های مختلف به عنوان اشیاء یک ابر کلاس مشترک در نظر گرفته شوند. چند شکلی یا چند ریختی استفاده از یک رابط واحد برای نمایش انواع مختلف اشیاء را امکان پذیر می کند. همچنین پلی مورفیسم انعطاف پذیری و توسعه پذیری در کد را ارتقا میدهد، زیرا اشیاء مختلف را می توان به جای یکدیگر از طریق یک رابط مشترک استفاده کرد.

4- انتزاع (Abstraction)

انتزاع یا Abstraction شامل ساده سازی سیستم های پیچیده با تجزیه آنها به نمایش های قابل مدیریت و انتزاعی است. انتزاع به برنامه نویسان اجازه می دهد تا بر روی ویژگی های ضروری تمرکز کنند در حالی که جزئیات غیر ضروری را پنهان می کنند. در اصل انتزاع به ایجاد اجزای کد قابل استفاده مجدد و طراحی سیستم های نرم افزاری در سطوح بالاتر انتزاع کمک می کند.

با به کارگیری اصول بالا، هدف OOP ارائه رویکردی ساختاریافته و ماژولار برای توسعه نرم افزار است که مدیریت و نگهداری پروژه های در مقیاس بزرگ را آسان تر می کند. زبان‌های برنامه نویسی شی گرا مانند جاوا، سی پلاس پلاس و پایتون از این مفاهیم پشتیبانی می‌کنند و ویژگی‌ها و نحوی را برای پیاده‌سازی مؤثر آن‌ها ارائه می‌کنند.

ساختار برنامه نویسی شی گرا چیست؟

ساختار برنامه نویسی شی گرا حول کلاس ها، اشیا، متدها و ویژگی ها می چرخد. این بلوک های ساختمانی برای تعریف رفتار و ویژگی های اشیا با یکدیگر تعامل دارند. در اینجا به تفکیک هر مؤلفه می پردازیم:

1- کلاس ها:

کلاس ها نقشه یا الگوی ایجاد اشیا هستند. آنها ساختار و رفتاری را که اشیاء کلاس خواهند داشت را تعریف می کنند. یک کلاس ویژگی ها (داده ها) و متدهایی (توابع) را که بر روی آن داده ها کار می کنند، محصور می کند.

2- اشیا:

اشیا نمونه هایی از یک کلاس هستند. آنها نهادها یا نمونه هایی را نشان می دهند که می توانند داده ها و رفتار منحصر به فرد خود را داشته باشند. اشیاء از طرح اولیه کلاس ایجاد می شوند و می توانند با فراخوانی متدها و دسترسی به ویژگی ها با یکدیگر تعامل داشته باشند.

3- متدها:

متدها توابعی هستند که در یک کلاس تعریف می شوند و رفتار یا اعمالی را که اشیاء آن کلاس می توانند انجام دهند را توصیف می کنند. آنها عملیاتی را تعریف می کنند که می تواند روی داده های شی اعمال شود و می تواند وضعیت شی را دستکاری کند. متدها همچنین می توانند با اشیاء دیگر تعامل داشته باشند و وظایف مختلفی را انجام دهند.

4- ویژگی ها:

ویژگی ها که به عنوان متغیرهای نمونه نیز شناخته می شوند، وضعیت یا داده های مرتبط با یک شی را نشان می دهند. آنها ویژگی ها یا خصوصیاتی را که یک شیء دارد را تعریف می کنند. هر شی از یک کلاس مجموعه ای از مقادیر ویژگی های خاص خود را دارد. ویژگی‌ها داده‌هایی را ذخیره می‌کنند که با روش‌ های شی قابل دسترسی و اصلاح هستند.

ساختار برنامه نویسی شی گرا حول روابط و تعاملات بین این مؤلفه ها می چرخد. کلاس ‌ها ساختار و رفتار مشترک را تعریف می ‌کنند، اشیاء نمونه ‌های فردی یک کلاس را نشان می‌ دهند، متدها اعمال یا رفتار اشیاء را تعریف کرده و ویژگی‌ ها داده ‌های خاص هر شی را ذخیره می‌ کنند. با سازماندهی کد به این روش، برنامه OOP ماژولار بودن، قابلیت استفاده مجدد و کپسوله سازی را ارتقا می دهد.

نمونه هایی از زبان های برنامه نویسی شی گرا چیست؟

بسیاری از زبان های برنامه نویسی امروزی شی گرا هستند. در ادامه مهمترین زبان های برنامه نویسی با رویکرد OOP آمده است:

1-  جاوا (Java)

جاوا یک زبان برنامه نویسی شی گرا است که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد و به طور خاص برای شی گرا بودن طراحی شده است. جاوا پشتیبانی قوی از مفاهیم OOP مانند کلاس ها، اشیاء، وراثت و چند شکلی است. جاوا به دلیل استقلال پلتفرم، کتابخانه های گسترده و طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی، از جمله توسعه وب، برنامه های تلفن همراه، و نرم افزارهای سازمانی شناخته شده است.

2- پایتون (Python)

پایتون یک زبان برنامه نویسی شی گرا همه کاره و مبتدی است. از ویژگی های OOP مانند کلاس ها، اشیاء، وراثت و چند شکلی پشتیبانی می کند. سادگی و خوانایی پایتون آن را به گزینه ای محبوب برای برنامه های مختلف از جمله توسعه وب، تجزیه و تحلیل داده ها، محاسبات علمی و هوش مصنوعی تبدیل کرده است.

3- C++

C++ یک زبان برنامه نویسی قدرتمند است که از برنامه نویسی رویه ای و شی گرا پشتیبانی می کند. این زبان کنترل سطح پایین و عملکرد کارآمد را ارائه میکند و عین حال پشتیبانی گسترده ای از ویژگی های OOP مانند کلاس ها، اشیاء، وراثت و چند شکلی ارائه می دهد. C++ معمولا در توسعه بازی، برنامه نویسی سیستم و برنامه های کاربردی حیاتی استفاده می شود.

4- سی شارپ (C#)

سی شارپ (C#) نوعی زبان برنامه نویسی مدرن و همه منظوره محسوب می شود که توسط مایکروسافت توسعه یافته است. سی شارپ در درجه اول با چارچوب دات نت استفاده می شود و پشتیبانی قوی از مفاهیم OOP ارائه می دهد. سی شارپ ویژگی هایی مانند کلاس ها، اشیاء، وراثت و رابط ها را ارائه می دهد. سی شارپ به طور گسترده برای توسعه برنامه های کاربردی ویندوز، توسعه وب و توسعه بازی استفاده می شود.

5- روبی (Ruby)

زبان برنامه نویسی روبی یک زبان اسکریپت نویسی پویا و تفسیر شده محسوب می گردد که به دلیل نحو ظریف و انعطاف پذیری اش شناخته شده است. روبی با تاکید زیادی بر سادگی و بهره وری طراحی شده است. روبی نوعی زبان شی گرا خالص در نظر گرفته می شود که در آن همه چیز یک شی است. این زبان نیز از ویژگی هایی مانند کلاس ها، اشیاء، ارث و میکس ها پشتیبانی می کند. روبی معمولاً در توسعه وب، اسکریپت نویسی و اتوماسیون استفاده می شود.

اینها تنها چند نمونه هستند و بسیاری از زبان های برنامه نویسی دیگر نیز وجود دارند که از برنامه نویسی شی گرا به درجات مختلف پشتیبانی می کنند. انتخاب زبان اغلب به نیازهای خاص پروژه و ترجیحات توسعه دهنده بستگی دارد.

مزایای برنامه نویسی شی گرا

مزایای OOP را می توان در رویکردهای مختلفی مورد بررسی قرار داد که در ادامه مهم ترین این مزایا آورده شده است:

1- مدولاریت (ماژولار بودن)

OOP با کپسوله کردن داده ها و متدها در اشیا، ماژولار بودن را ارتقا می دهد. این ویژگی امکان عیب یابی آسان تر، نگهداری کد و توسعه مشارکتی را فراهم می کند. با این دیدگاه اشیاء را می توان به طور مستقل توسعه و آزمایش کرد و این درک و اصلاح بخش های خاصی از پایگاه کد را آسان تر می کند.

2- قابلیت استفاده مجدد

OOP استفاده مجدد کد را از طریق مفاهیمی مانند وراثت و ترکیب امکان پذیر می کند. وراثت به کلاس ‌های جدید اجازه می‌ دهد تا ویژگی‌ ها و رفتارها را از کلاس ‌های موجود به ارث ببرند. این قابلیت افزونگی را کاهش داده و استفاده مجدد از کد را ارتقا می‌ دهد. همچنین این کار باعث صرفه‌ جویی در زمان و تلاش توسعه می‌شود، زیرا کلاس‌ های موجود را می ‌توان برای مطابقت با نیازهای جدید گسترش یا تغییر داد.

3- بهره‌وری

زبان ‌های OOP کتابخانه ‌ها و فریمورک های گسترده ‌ای را ارائه می ‌کنند و راه ‌حل ‌های از پیش پیاده ‌سازی‌شده را برای وظایف برنامه‌ نویسی رایج ارائه می ‌دهند. این کتابخانه ها و اجزای کد قابل استفاده مجدد به برنامه نویسان اجازه می دهد تا برنامه های جدید را با سرعت بیشتری بسازند، زیرا می توانند از عملکرد موجود استفاده کنند. علاوه بر این، ماهیت ماژولار OOP نگهداری و به روز رسانی کد را آسان تر می کند و بهره وری را در طول چرخه عمر توسعه نرم افزار افزایش می دهد.

4- مقیاس پذیری و ارتقاء

OOP از توسعه سیستم های نرم افزاری مقیاس پذیر پشتیبانی می کند. ساختار ماژولار اشیاء امکان یکپارچه سازی و اصلاح اجزای آسان را فراهم کرده و گسترش یا افزایش عملکرد یک برنامه کاربردی را ساده تر می کند. با این نوع رویکرد برنامه نویسی ویژگی‌ ها یا به ‌روزرسانی‌ های جدید را می ‌توان بدون تأثیر بر کل پایگاه کد، بهبود قابلیت نگهداری و کاهش خطر ایجاد خطا پیاده ‌سازی کرد.

5- امنیت

OOP پنهان کردن و کپسوله کردن داده ها را ترویج می کند که این کار امنیت را با محدود کردن دسترسی به داده های حساس و جزئیات پیاده سازی افزایش می دهد. اشیاء تنها رابط های ضروری را در معرض دید قرار می دهند و از داده های داخلی محافظت کرده و از دسترسی غیرمجاز جلوگیری می کنند. این امر خطر نقض داده ها را کاهش داده و امنیت کلی سیستم نرم افزار را افزایش می دهد.

6- انعطاف پذیری

چند شکلی یا همان چند ریختی (Polymorphism)، یک مفهوم کلیدی در OOP، به اشیاء کلاس های مختلف اجازه می دهد تا به عنوان نمونه هایی از یک ابر کلاس مشترک در نظر گرفته شوند. این ویژگی امکان انعطاف پذیری بیشتری را در برنامه نویسی فراهم می کند، زیرا یک تابع یا متد واحد می تواند با انواع مختلف اشیا کار کند. چند شکلی امکان گسترش و سازگاری کد را فراهم کرده و افزودن عملکردهای جدید و رسیدگی به سناریوهای متنوع را آسان تر می کند.

مزایایی که در بالا به آن ها اشاره شد به بهبود سازماندهی کد، استفاده مجدد از کد، قابلیت نگهداری، بهره وری و کیفیت کلی نرم افزار در هنگام استفاده از پارادایم های برنامه نویسی شی گرا کمک می کند.

معایب برنامه نویسی OOP

در کنار همه مزایای که رویکرد OOP ارائه می دهد، معایبی نیز دارد که در پایین به آن ها اشاره می کنیم.

1- تاکید بیش از حد بر داده ها

یکی از انتقادات به OOP این است که سازماندهی و دستکاری داده ها را بیش از حد مورد تاکید قرار می دهد، گاهی اوقات این کار به قیمت تمرکز بر الگوریتم های محاسباتی تمام می شود. OOP تاکید قابل توجهی بر طراحی کلاس ها، اشیاء و روابط آنها دارد که ممکن است نگرانی اصلی در انواع خاصی از برنامه ها نباشد.

2- پیچیدگی

نوشتن کد به شیوه ای شی گرا گاهی می تواند در مقایسه با سایر پارادایم های برنامه نویسی پیچیده تر باشد. تعریف کلاس‌ ها، مدیریت سلسله‌ مراتب وراثت و درک تعاملات بین اشیا می ‌تواند به تلاش بیشتری نیاز داشته باشد و منجر به ساختارهای کد پیچیده ‌تر شود.

3- زمان کامپایل طولانی تر

زبان های برنامه نویسی شی گرا اغلب شامل لایه های اضافی انتزاعی و غیر مستقیم هستند که می تواند در مقایسه با زبان هایی با مدل های برنامه نویسی ساده تر، زمان کامپایل طولانی تری داشته باشد. این می تواند روند توسعه را به خصوص در پروژه های بزرگ کند کند.

روش های برنامه نویسی جایگزین برای OOP

برای برنامه نویسی شی گرا چندین رویکرد و پارادیم برنامه نویسی جایگزین وجود دارد که از مهم ترین آن ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1- برنامه نویسی تابعی (Functional programming):

برنامه نویسی تابعی یا عملکردی بر روی نوشتن کد با استفاده از توابع خالص تمرکز دارد که اثرات جانبی منفی ندارند و بر تغییرناپذیری تأکید دارند. زبان‌هایی مانند Erlang و Scala نمونه‌هایی از زبان ‌های برنامه ‌نویسی تابعی هستند که اغلب در مخابرات و سیستم ‌های مقاوم به خطا استفاده می ‌شوند.

2- برنامه نویسی ماژولار یا ساختار یافته (Structured or modular programming):

برنامه نویسی ماژولار یا ساختار یافته بر تجزیه کد به توابع یا رویه های کوچک و قابل مدیریت تاکید دارد. این پارادیم روی جریان کنترل واضح تمرکز کرده و از ساختارهایی مانند حلقه ها و شرط ها استفاده می کند. زبان هایی مانند PHP و C# از برنامه نویسی ساختار یافته همراه با OOP پشتیبانی می کنند.

3- برنامه نویسی دستوری (Imperative programming):

برنامه نویسی دستوری یک رویکرد برنامه نویسی رویه ای است که بر مشخص کردن صریح مراحل یا رویه ها برای حل یک مشکل تمرکز دارد. زبان هایی مانند C++ و جاوا از برنامه نویسی ضروری پشتیبانی می کنند و می توانند در کنار برنامه نویسی شی گرا استفاده شوند.

4- برنامه نویسی اعلامی (Declarative programming):

برنامه نویسی اعلامی شامل تشریح نتیجه مطلوب است، بدون اینکه مشخص شود چگونه می توان به آن دست یافت. زبان‌هایی مانند Prolog و Lisp نمونه ‌هایی از زبان ‌های برنامه‌نویسی اعلانی هستند که اغلب برای کارهایی استفاده می‌ شوند که از جستارهای منطقی مبتنی بر قانون بهره می ‌برند.

5- برنامه نویسی منطقی (Logical programming):

برنامه نویسی منطقی مبتنی بر منطق رسمی است و از زبان هایی مانند Prolog استفاده می کند. این رویکرد بر تعریف مجموعه‌ای از قوانین منطقی و حقایق در مورد یک حوزه مشکل تمرکز می‌کند و اجازه می‌دهد پرس‌وجوها بر اساس این قوانین انجام شود.

شایان ذکر است که بسیاری از زبان های برنامه نویسی مدرن چند پارادایم هستند، به این معنی که از چندین روش برنامه نویسی از جمله برنامه نویسی شی گرا، برنامه نویسی تابعی و غیره پشتیبانی می کنند. توسعه دهندگان می توانند پارادایم را انتخاب کنند که به بهترین وجه با نیازهای آنها مطابقت دارد و رویکردهای مختلف را در صورت مناسب ترکیب کنند.

نتیجه گیری

برنامه نویسی شی گرا رایج ترین پارادیم برنامه نویسی است که امروزه مورد استفاده قرار می گیرد.ا این پارادیم در بیشتر زبان های برنامه نویسی رایج مورد پشتیبانی قرار می گیرد و امکان توسعه سیستم های بزرگ و پیچیده با آن به گونه ای ماژولار و مقیاس پذیر فراهم است. در مطلب فوق از مجله داناپ اطلاعات نسبتا مطلوب و کاملی از رویکرد برنامه نویسی OOP ارائه شد. به امید اینکه این مطلب برای شما مفید بوده باشد.

سوالات متداول