برمجة كائنية: المفاهيم الأساسية

فصل 1: المبادئ الأساسية للعلوم الحاسوبية

• يصف هذا الفصل المبادئ الأساسية للعلوم الحاسوبية، مع التركيز على مفهوم الكائنات في البرمجة الموجّهة بالكائنات.
• تُستخدم البيانات بشكلٍ فعّالٍ لفهمها، وتحليلها، وتحديثها، وتخزينها.
• تُنظّم البرمجة الموجّهة بالكائنات البيانات والإجراءات التي تُنفّذ عليها بطريقة واضحة ومفهومة.
• بعد إنشاء فئات المُعطيات والكائنات، يمكن العمل مع البيانات منطقيًّا.

المقدمة (2)

• في البرمجة المُوجّهة بالكائنات، ينصبّ التركيز على مفهوم الكائنات.
• يُمثّل الكائن وحدةً مستقلةً تجمع بين المُعطّيات والسلوك.
• تشتمل مُعطّيات الكائن على متغيّرات تُسمّى الحقول أو الصفات.
• تشمل تصرّفات الكائن وظائف تُنفّذ على مُعطّيات الكائن.
• تُعرّف هذه الوظائف سلوك الكائن.
• لكلّ كائن هويّة تميّزه عن غيره.
• الحقول والصفات هي أساس المُعطّيات، والسلوك هو أساس تصرّفات الكائن.

الثلاثي <الكائن، الصفة، القيمة>

• يُستخدم الثلاثي < الكائن، الصفة، القيمة > لوصف العالم من خلال الكائنات.
• الكائن: يُعرّف أيّ شيء يمكن تمييزه أو التعرف عليه، ويشمل الأشياء المادية وأيضًا المفاهيم المُجرّدة.
• الصفة: تُميّز الكائنات، وتُعطيها خصائص مميزة، مثل اللون، والسنّ، والحجم.
• القيمة: قيمة كل صفة.

مثال على الثلاثي <الكائن، الصفة، القيمة>

• يُوضّح هذا المثال كيف يتم تمثيل الكائن "الطالب" بواسطة خصائصه وقيمها
• الطالب هو كائن أساسي
• يمكن أن تكون الخصائص (الحقول) هي: الرقم الجامعي، الاسم، العمر، العنوان، رقم الهاتف.

ما هي البرمجة المُوجّهة بالكائنات؟

• تُنظّم البرمجة المُوجّهة بالكائنات التعليمات البرمجية حول البيانات، والمعروفة بـ "الكائنات"، بدلاً من الوظائف والإجراءات.
• تُبسّط البرمجة المُوجّهة بالكائنات تطوير البرامج من خلال تمكين المستخدم من نمذجة أي بيانات يحتاجها، والعمل معها منطقيًا.
• تُعرّف فئات المُعطيات نموذج البيانات وتُقدّم خططًا بسيطة قابلة لإعادة الاستخدام لإنشاء كائنات.
• تسمح لنا بتصميم العالم من حولنا بطريقة بديهية، و تُساعدنا البرمجة المُوجّهة بالكائنات على تحقيق المرونة والهيكلية في البرامج.

ما هو الكائن؟

• الكائن وحدة مُستقلة تجمع بين البيانات والسلوك.
• البيانات تُمثّل حالة الكائن، والأفعال تُمثّل تصرّفات الكائن.
• تُمثل حالة الكائن البيانات الموجودة داخل الكائن، المُمثلة بواسطة المتغيّرات.
• يُعرّف سلوك الكائن من خلال الوظائف التي تُنفّذ على بيانات الكائن، وتحدد ما يمكن للكائن إنجازه.
• تُعتبر هوية الكائن ما يجعله فريدًا.

تخزين الكائنات في الذاكرة

• يتم تخصيص مساحة ذاكرة محددة لكل كائن تم إنشاؤه في البرنامج.
• أنواع البيانات الأساسية تُستخدم لتبسيط إدارة الذاكرة.
• أحجام محددة مسبقاً يتم تخصيصها لكل نوع من أنواع البيانات الأساسية.

مثال على حساب حجم الذاكرة المُطلوبة للكائن

• يحتوي هذا المثال على بيانات يُمكن من خلالها حساب حجم الذاكرة
• يتم حساب الحجم المُجمّع لكل معطى وحقل في الكائن.

المُشير إلى الكائن

• كل كائن في البرنامج مُعطى اسم مميز (اسم الكائن) يُستخدم كمعرّف فريد.
• اسم الكائن يُرتبط بشكل فريد بمعرف الذاكرة الخاص به.
• كلّ كائن له معرّف ذاكرة فريد، مما يضمن عدم تكرار الكائنات في نفس المساحة.
• مُشير الكائن متغير خاصّ يُخزّن مُعرّف الذاكرة للكائن.
• تُخزّن في مساحة ذاكرة مُخصصة لأسماء الرموز. تُسمح بتحديد ما يصل إلى (2^32) عنوان فريد.
• يمثّل المُشير عنوان الذاكرة الفعليّ للكائن، وهو ضروريّ للوصول إلى البيانات المُرتبطة بذاكرة الكائن والعمل معها بكفاءة.

الذاكرة المُكدّسة والذاكرة المُكدّسة (2)

• يتم تخزين البيانات المؤقتة والبيانات المُتعلّقة بالأساليب داخل الذاكرة المُكدّسة.
• يتم استخدام الذاكرة المُكدّسة لتخزين الأجسام المُؤقتة والحقول المُتعلقة بالأساليب.
• تتم إزالة البيانات بعد انتهاء وظيفتها.
• الذاكرة المُكدّسة مساحة ذاكرة أكبر تُستخدم لتخزين الكائنات.
• تُدار تلقائيًا بواسطة لغة البرمجة Java، مما يضمن حذف الكائنات غير المستخدمة.

مثال على الذاكرة المُكدّسة

• يوضح المثال كيفية إنشاء و حذف الكائنات في الذاكرة المُكدّسة.

مثال على الذاكرة المُكدّسة

• يوضح المثال إنشاء وتحرير الكائنات في الذاكرة المُكدّسة.

الكائنات المتعددة لنفس الكائن

• يُمكن الوصول إلى كائن واحد من خلال عدة مُشيرين.
• يمكن أن تُمثّل المعرّفات المختلفة لكائن واحد نفس الكائن في الذاكرة.

الكائن في شكله السلبي

• يُنظر إلى الكائن ككل، وليس بالجزء من مكوناته.
• تُعرّف الكائنات بواسطة فئات.
• الأجزاء الداخلية للكائن (مثل العجلة في السيارة) لا تُدرج في واجهة الكائن.
• واجهة الكائن هي الطريقة التي يرتبط بها الكائن مع الكائنات الأخرى (مثل طريقة start() وstop()في كائن السيارة).
• يُحافظ الفصل بين هذه الجوانب على تنظيم التعليمات البرمجية وسهولة صيانتها.

تكوين الكائن

• يشمل تكوين الكائن كائنًا رئيسيًا يحتوي على كائنات أخرى.
• الاعتماد: لا يمكن لِلُجزء من الكائن أن يعمل مُنفردًا.
• الدخول: تُتاح الوصول إلى مكونات الكائن عن طريق الكائن الرئيسي.
• يُوفّر مثال المنزل (كائن مركّب) يحتوي على غرف (كائنات منفصلة).

علاقة التبعية

• الكائنات المتصّلة لكن وجود كائن واحد لا يرتبط بوجود الآخر.
• مثال: الركاب في السيارة يعتمدون على السيارة لكن يستطيعون أن يكونوا مُنفردين.

طبيعة الكائن النشط

• الكائنات ليست ثابتة، فهي مُتنقّلة و قابلة للتغيير.
• تتفاعل الكائنات مع الأحداث، كالردود على الإشارات.
• الكائنات تتغيّر حالتها، مما يؤثّر على خصائصها.
• تُعطي حيوية الكائن أهميّة و تعقيداً للبرنامج بسبب قدرته على التغيير والتفاعل مع البيئة.

حالة الكائن

• تُعرّف حالة الكائن بحالته المُحدّثة.
• تُغيّر حالة الكائن من خلال تغيير قيم المُعطّيات.
• هوية الكائن مُستقلة عن قيم المُعطّيات.
• يتم تحديث قيم البيانات في الذاكرة بدون تغيير عنوان الكائن.
• يحتفظ الكائن بخصائصه حتى يُحذف من الذاكرة.

دورة حياة الكائن

• إن دورة حياة الكائن تُمثّل سلسلة من التغييرات في حالة الكائن من الإنشاء إلى الحذف.
• يمر الكائن بمراحل مختلفة: إنشاء، استخدام، تغيير، وتدمير.
• يتم إرجاع حالة الكائن إلى القيم الأولية.
• يتم إزالة الكائن من الذاكرة عندما لم يعد مُطلوب.

المسؤلية

• يتمّ التحكم في تغييرات حالة الكائن من خلال العمليات.
• مثل تغيير اللون في ضوء المرور.
• العمليات تُحدّث قيم الصفات.

التمرين

• كيف يؤثر العلاقة التكوين بين الكائنات على إدارة الذاكرة في البرنامج المُوجّه بالكائنات؟

الاختبارات الموضوعيّة

• يحتوي على مجموعة من الأسئلة المُختارة عن المبادئ المُتعلّقة بالكائنات.
• تشمل أنواع الكائنات وكيفية تفاعلها وتصريفاتها.

المقدمة لفكرة الفئة

• الفئة نموذج أو مخطط يُعرّف شكل الكائن.
• تفصّل الفئة بنية البيانات وكيفية التعامل معها.
• تُسمى البيانات داخ الكائن مُتغيّرات الحالة.
• تعرّف الفئات جزأين أساسيين للكائن: البيانات المُمثلة بواسطة مُتغيّرات الحالة، والأفعال تُعرّف بواسطة الأساليب.
• تُعرّف المُتغيّرات خارج الأساليب، وتُعتبر جزءًا من الفئة.
• كل كائن من كائنات الفئة لديه نسخة خاصة به من المتغيّرات.

المقدمة لفكرة الفئة (2)

• تُستخدم الفئة كنموذج لإنشاء العديد من الكائنات.
• مثال على فئة ناقل:
  • يحتوي على مُتغيّر (حقل) لحفظ عدد الركّاب.
• يوجد أساليب (وظائف) للتعامل مع هذا الحقل (قراءة أو تغيير قيمته).

مُنشئ الفئة

• مُنشئ الفئة هي طريقة خاصة في الفئة تُستدعى عند إنشاء كائن جديد.
• تعمل على تهيئة خصائص الكائن.
• يوفّر مُنشئ الفئة وسيلة لإنشاء مثيلات من الفئة، ولتحقيق المميزات وتنفيذ الأفعال المطلوبة من داخل البرنامج.

طريقة الأداء

• هي طريقة مُخصصة للحصول على قيمة الصفة.
• مثال على طريقة للحصول على قيمة الصفة: الحصول على القيمة من خاصية (حقل) محددة.

طريقة الاضافة

• هي طريقة مُخصصة لتغيير قيمة الصفة.
• مثال على طريقة إضافة قيمة لخاصية (حقل) معينة.

مثال على مُثيلات الكائن

• يُوضح كيفية إنشاء كائن من فئة محددة.
• يُوضّح المثال إنشاء كائن من فئة معينة باستخدام الكلمة المُفتاحية "new".

المُتغيّرات المُجرّدة والعالمية

• يُشار إلى المُتغيّرات داخل الفئة لكن خارج المُنشئ أو الوسائل بأنها المُتغيّرات المُجرّدة.
• كل مُثال من كائنات الفئة لديه نسخة خاصة من المُتغيّرات المُجرّدة.
• أمثلة عن هذه المُتغيّرات: عدد الركاب

المُتغيّرات المُجرّدة والعالمية (2)

• تقسم المُتغيّرات إلى نوعين: مُتغيّر الحالة، مُتغيّر ثابت.
• مُتغيّر الحالة: يُربط بمثال معيّن من الكائن. (مثال: عدد الركاب في السيارة).
• مُتغيّر ثابت: يُربط بالفئة نفسها، وليست بنسخ معيّنة من الكائنات.
• يُشار إلى المُتغيّرات الثابتة بكلمة مُفتاحية "static".

المُتغيّرات المُجرّدة والعالمية (3)

• المُتغيّرات الثابتة تُخصّص عند تحميل الفئة.
• قيمها لا تتغير مع إنشاء كائن جديد.
• يمكن الوصول إليها مباشرة من خلال اسم الفئة، لأنها جزء لا يتجزأ من الفئة.

الاختبارات الموضوعيّة (2)

• (تضمنت أسئلة اختبار)

ما هو الوراثة؟

• مفهوم أساسي في البرمجة المُوجّهة بالكائنات.
• تُستخدَم الوراثة لإعادة استخدام الخصائص والطرق من فئة موجودة بالفعل.
• تُنشئ فئة جديدة بناء على فئة موجودة.

هيكل الكائنات

• تُصنّف الكائنات في هيكل هرمي يُظهر العلاقات فيما بينها.
• مثال: "الهاتف" فئة عامة ، "iPhone 14" فئة مُحدّدة.
• تُصنّف الفئات وفقًا لمستوى التخصّص.

الاعتماد على السياق

• مستوى التفاصيل المطلوبة في الكلام يُحدّد السياق.
• مثال: تحدث مع ميكانيكي عن إصلاح السيارة، يجب أن يكون الكلام مُحدد.
• السياق يحدّد درجة التخصيص في التعبير.

تعدد الأشكال

• مفهوم أساسي في البرمجة المُوجّهة بالكائنات. يسمح بتصميم وحدة واحدة متعددة السلوكيات.
• يُتيح التعبير عن نفس العملية بطريقة مختلفة حسب نوع الكائن.
• يُضاف تعدّد الأشكال لمبدأ الوراثة و يُعزز التفاعل المُتكامل بين الكائنات.
• مثال: النقر بالماوس على الشاشة ، تُنفذ سلوك متفاوت حسب نوع الهدف (نافذة، أيقونة، إلخ).

تنفيذ الأسلوب على كائن محدّد (1)

• تحتاج طريقة turnOn() إلى معرفة الكائن المُراد تطبيقها عليه.
• النقطة (.) تربط الأسلوب بالكائن.
• يُتيح الوصول إلى السمات المُرتبطة بالكائن فقط.

الكائنات تتواصل كيف؟

• تتفاعل في البرمجة المُوجّهة بالكائنات لتُنفّذ المهام المُطلوبة.
• مثال: المُدرّس يُعطي تعليمات، الطالب يُنفّذها.
• الطرق المُخصّصة للكائنات (مثل تعليم الدرس أو الحفظ) هي العمليات التي تؤدّي إلى التفاعل بين الكائنات.

إيجاد مُستلم الرسالة

• كيفية التعامل مع تحديد نوع الكائن الداخل عبر الطريقة.
• مثال: فئة "سيارة" لتحديد إذا كان الكائن سيارة داخل فئة "سوق".

إيجاد مُستلم الرسالة (2)

• تحسين عملية تحديد الكائن لتبسيطها.
• مُساعدة الكائن في الحفاظ على إشارة الكائن الرئيسيّ الذي ينتمي إليه.

هذا الاختبار يستعرض المفاهيم الأساسية للبرمجة الكائنية، بما في ذلك الفروق بين الكائنات والسمات وأهمية الوظائف والواجهات. سيساعدك على فهم كيف تعمل الكائنات وكيف تتفاعل مع بعضها البعض.