فصل ۱۳: برنامه‌نویسی شی‌گرا (OOP)

Table of Contents

مقدمهٔ برنامه‌نویسی شی‌گرا در پایتون

در فصل‌های قبل با متغیر، تابع، لیست، دیکشنری و ... کار کردید و برنامه‌های ساده نوشتید. در این فصل با یک سبک مهم برنامه‌نویسی به نام برنامه‌نویسی شی‌گرا (Object-Oriented Programming یا به‌اختصار OOP) آشنا می‌شوید که در پروژه‌های واقعی و بزرگ بسیار رایج است.

در این فصل به این بخش‌ها می‌پردازیم:

ایدهٔ کلی برنامه‌نویسی شی‌گرا
تعریف کلاس و ساختن شیء (Object)
تعریف ویژگی‌ها (Attributes) و متدها (Methods)
متد ویژهٔ __init__
مفهوم سادهٔ کپسوله‌سازی
وراثت در حد مقدماتی
چند مثال کامل و سادهٔ شی‌گرا

هدف این فصل این است که:

بفهمید شی‌گرایی چه مسئله‌ای را حل می‌کند،
بتوانید کلاس‌های ساده تعریف کنید،
از کلاس‌ها و اشیاء در برنامه‌های کوچک خود استفاده کنید.

در ادامه، هر زیرعنوانِ فصل ۱۳ محتوای مخصوص خود را خواهد داشت و اینجا فقط یک تصویر کلی و ارتباط بین این مفاهیم را می‌سازیم تا در زیرفصل‌ها به‌تدریج عمیق‌تر شوید.

چرا سراغ برنامه‌نویسی شی‌گرا می‌رویم؟

وقتی برنامه‌ها کوچک هستند، ترکیبی از متغیرها، توابع و چند لیست و دیکشنری کفایت می‌کند. اما وقتی:

تعداد متغیرها زیاد می‌شود،
اطلاعات مختلفی به هم وابسته می‌شوند،
توابع زیادی برای کار با یک «چیز» خاص می‌نویسید،
و پروژه بزرگ‌تر می‌شود،

مدیریت کد سخت، گیج‌کننده و پر از اشتباه می‌شود.

برنامه‌نویسی شی‌گرا کمک می‌کند:

داده و رفتار مرتبط به هم را کنار هم نگه دارید.

داده = ویژگی‌ها (مثل name, age)
رفتار = متدها (مثل bark(), walk())

کد را شبیه دنیای واقعی مدل کنید.
به‌جای پخش شدن متغیرها و توابع، می‌گویید: «من یک Dog دارم که نام، سن، نژاد و رفتارهایی مثل واق‌واق کردن و دویدن دارد.»
ساختار بدهید، نه فقط تکه‌کد.
کلاس‌ها مثل «قالب» یا «نقشه» هستند و اشیاء مثل «نمونه‌های واقعی» آن قالب.

این ایده‌ها در زیرفصل «برنامه‌نویسی شی‌گرا چیست؟» با مثال‌های ساده‌تر و مقایسه با کدی که کلاس ندارد توضیح داده می‌شوند.

تصویر کلی: کلاس، شیء، ویژگی و متد

در شی‌گرایی، چهار واژه‌ی اصلی را دائماً می‌بینید:

کلاس (Class)

یک «طرح» یا «قالب» است.
تعریف می‌کند که یک نوع شیء چه ویژگی‌ها و چه رفتارهایی دارد.
برای تعریف از کلمهٔ کلیدی class استفاده می‌کنیم.

شیء (Object) یا نمونه (Instance)

چیزی است که از روی کلاس ساخته می‌شود.
هر شیء دادهٔ خودش را دارد.
از کلاس مثل یک «نوع دادهٔ جدید» استفاده می‌کنید.

ویژگی (Attribute)

متغیرهایی که به یک شیء یا کلاس تعلق دارند.
مثل self.name, self.age در داخل یک کلاس.

متد (Method)

تابع‌هایی که داخل کلاس تعریف می‌شوند و معمولاً روی همان شیء کار می‌کنند.
از نظر سینتکس خیلی شبیه تابع هستند، اما اولین پارامترشان معمولاً self است.

این مفاهیم در زیرفصل‌های:

«کلاس‌ها و اشیاء»
«ویژگی‌ها و متدها»
با مثال‌های دقیق و مرحله‌به‌مرحله تمرین خواهند شد.

نگاهی سریع به شکل کلی یک کلاس

ساختار بسیار ساده‌ی یک کلاس در پایتون شبیه این است:

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name   # ویژگی
        self.age = age     # ویژگی
    def say_hello(self):   # متد
        print("سلام، من", self.name, "هستم.")

و ساختن شیء از آن:

p1 = Person("علی", 20)
p1.say_hello()

در زیرفصل‌ها خواهید دید:

این __init__ دقیقاً چه می‌کند،
self یعنی چه،
چطور می‌شود به ویژگی‌ها مقدار جدید داد،
و چطور متدهای جدید اضافه کرد.

در این فصل اصلی، فقط تصویر کلی را در ذهن نگه دارید:
کلاس = قالب و شیء = چیز واقعی ساخته شده از آن قالب.

`init` چیست و چرا مهم است؟

در شی‌گرایی با متدی ویژه‌ای زیاد روبه‌رو می‌شوید: __init__.

نکته‌های مهم و کلی دربارهٔ آن (جزئیات در زیرفصل خودش می‌آید):

وقتی از روی یک کلاس، شیء جدید می‌سازید،
پایتون به‌طور خودکار متد __init__ آن کلاس را اجرا می‌کند.
هدف __init__ معمولاً آماده‌سازی شیء تازه‌ساخته‌شده است:

تنظیم مقدار ویژگی‌ها،
بررسی اولیه‌ی ورودی‌ها (در برنامه‌های جدی‌تر).

پارامتر اولش همیشه self است (که به همان شیء در حال ساخته‌شدن اشاره می‌کند).

مثال تصویری:

class Car:
    def __init__(self, brand, year):
        self.brand = brand
        self.year = year
c = Car("Toyota", 2020)  # اینجا __init__ خودکار اجرا می‌شود

در زیرفصل «متد __init__» تمرین‌ها و الگوهای رایج‌تری را خواهید دید.

کپسوله‌سازی به‌زبان ساده

یکی از ایده‌های مهم در OOP، کپسوله‌سازی است.

به‌صورت ساده:

یعنی جمع کردن داده و رفتار مرتبط در یک «بسته» واحد (کلاس/شیء).
و در سطح بالاتر، یعنی پنهان کردن جزئیات داخلی و فقط نشان دادن یک «رابط» (متدها) به کاربر کلاس.

در پایتون:

برخلاف بعضی زبان‌ها، «خصوصی» و «عمومی» بودن به‌شکل رسمی و سخت‌گیرانه وجود ندارد،
اما قراردادهایی داریم:

نام‌هایی که با _ یا __ شروع می‌شوند را به‌عنوان «داخلی» در نظر می‌گیریم و مستقیم دست‌کاری نمی‌کنیم (مگر با آگاهی).

این موضوع در زیرفصل «کپسوله‌سازی» با مثال‌هایی مثل:

جلوگیری از تنظیم مستقیم برخی ویژگی‌ها،
تعریف متدهایی برای خواندن/تغییر کنترل‌شدهٔ داده‌ها

به‌صورت عملی نشان داده خواهد شد.

ایدهٔ وراثت (مقدماتی)

وراثت راهی است برای این‌که:

از یک کلاس پایه (یا والد) شروع کنید،
و کلاس‌های فرزند بسازید که:

ویژگی‌ها و متدهای کلاس والد را «به ارث می‌برند»،
و می‌توانند چیزهای جدید اضافه کنند،
یا رفتار قبلی را کمی تغییر دهند.

این کمک می‌کند:

کد تکراری کمتر شود،
ساختاری شبیه دسته‌بندی‌های واقعی دنیا داشته باشید
(مثلاً Animal → Dog, Cat).

مثالِ فقط برای دیدن شکل کلی (توضیح کامل در زیرفصل «وراثت (مقدماتی)»):

class Animal:
    def speak(self):
        print("حیوانی صدا می‌کند")
class Dog(Animal):
    def speak(self):
        print("واق واق!")
d = Dog()
d.speak()   # واق واق!

اینجا Dog از Animal ارث‌بری می‌کند و رفتار speak را مخصوص خودش تعریف می‌کند.

OOP در کنار چیزهایی که از قبل می‌دانید

چند نکته برای این‌که این فصل را در ذهن‌تان در کنار فصل‌های قبلی قرار دهید:

کلاس‌ها در پایتون مثل این هستند که شما یک نوع دادهٔ جدید بسازید.
اشیاء مثل متغیرهای int, str, list هستند،
فقط نوع‌شان این‌بار کلاسی است که خودتان تعریف کرده‌اید.
متدها از نظر استفاده شبیه توابع هستند،
فقط به‌جای func(x) به‌شکل object.func() فراخوانی می‌شوند.
همه چیز در پایتون در نهایت یک شیء است،
حتی list و str هم کلاس‌هایی در کتابخانهٔ استاندارد پایتون هستند.