ارث بری در سی شارپ بخش ششم

ششمین شکل از انواع ارث‌بری: ارث‌بری رابط‌ها (Interface Inheritance) در C#

در سلسله آموزش‌های ارث‌بری در برنامه‌نویسی شیءگرا با C#، تاکنون با انواع مختلفی از ارث‌بری مانند تک‌پایه، چندسطحی، سلسله‌مراتبی و ترکیبی آشنا شده‌ایم. حالا در ششمین و آخرین بخش از این مجموعه، به سراغ یکی از مهم‌ترین و کاربردی‌ترین مفاهیم در C# می‌رویم: ارث‌بری رابط‌ها (Interface Inheritance)  این نوع ارث‌بری به ما اجازه می‌دهد از قابلیت‌های ارث‌بری چندگانه به شکلی امن و کنترل‌شده استفاده کنیم. بیایید با جزئیات ، این موضوع را بررسی کنیم.

ارث‌بری رابط‌ها چیست؟

در زبان C#، برخلاف برخی زبان‌ها مثل C++ که از ارث‌بری چندگانه برای کلاس‌ها پشتیبانی می‌کنند، ارث‌بری چندگانه فقط از طریق رابط‌ها (Interfaces) امکان‌پذیر است. رابط‌ها قراردادهایی هستند که مشخص می‌کنند یک کلاس چه رفتارهایی باید داشته باشد، بدون اینکه پیاده‌سازی آن رفتارها را اجبار کنند. این ویژگی به برنامه‌نویسان اجازه می‌دهد انعطاف‌پذیری بیشتری در طراحی سیستم‌های خود داشته باشند.

مثال مفهومی در C#

برای درک بهتر، فرض کنید می‌خواهیم کلاسی برای یک اردک طراحی کنیم که هم بتواند راه برود و هم شنا کند. اینجاست که ارث‌بری رابط‌ها به کار می‌آید:

public interface IWalkable

{

    void Walk();

}

public interface ISwimmable

{

    void Swim();

}

public class Duck : IWalkable, ISwimmable

{

    public void Walk() => Console.WriteLine("Walking...");

    public void Swim() => Console.WriteLine("Swimming...");

}

class Program

{

    static void Main()

    {

        Duck duck = new Duck();

        duck.Walk(); // خروجی: Walking...

        duck.Swim(); // خروجی: Swimming...

    }

}

در این مثال:

رابط IWalkable متد Walk را تعریف می‌کند.

رابط ISwimmable متد Swim را تعریف می‌کند.

کلاس Duck هر دو رابط را پیاده‌سازی می‌کند و به این ترتیب از ارث‌بری چندگانه رابط‌ها استفاده می‌کند.

نکات کلیدی در ارث‌بری رابط‌ها

برای استفاده صحیح از این نوع ارث‌بری، باید به چند نکته مهم توجه کنیم:

ارث‌بری یگانه برای کلاس‌ها: در C#، یک کلاس فقط می‌تواند از یک کلاس دیگر ارث ببرد (Single Inheritance). این محدودیت برای جلوگیری از پیچیدگی‌های ناخواسته طراحی شده است.

ارث‌بری چندگانه با رابط‌ها: برخلاف کلاس‌ها، یک کلاس می‌تواند چندین رابط را پیاده‌سازی کند. این ویژگی به ما اجازه می‌دهد رفتارهای متنوعی را به یک کلاس اضافه کنیم.

مسئله الماس (Diamond Problem): در ارث‌بری چندگانه کلاس‌ها (که در C# پشتیبانی نمی‌شود)، اگر دو کلاس والد یک متد یکسان را از یک پایه مشترک ارث ببرند، ابهام ایجاد می‌شود (به این مشکل، مسئله الماس می‌گویند). رابط‌ها این مشکل را ندارند، زیرا فقط تعریف متد را ارائه می‌دهند و پیاده‌سازی بر عهده کلاس است.

اصل جایگزینی لیسکوف (Liskov Substitution Principle): در طراحی ارث‌بری، باید اطمینان حاصل کنیم که هر کلاس فرزند بتواند بدون تغییر رفتار مورد انتظار، جایگزین کلاس والد شود. این اصل به خصوص در استفاده از رابط‌ها اهمیت دارد تا انسجام سیستم حفظ شود.

مزایا و کاربردها

ارث‌بری رابط‌ها به ما امکان می‌دهد:

کد را ماژولار و قابل‌تست کنیم.

وابستگی‌ها را کاهش دهیم (مثلاً با استفاده از تزریق وابستگی).

از الگوهای طراحی مثل Strategy یا Factory به شکلی تمیز استفاده کنیم.

نتیجه‌گیری

ارث‌بری رابط‌ها به عنوان ششمین و آخرین شکل از انواع ارث‌بری در این سلسله آموزش‌ها، یکی از قدرتمندترین ابزارهای C# برای طراحی سیستم‌های منعطف و قابل‌گسترش است. در حالی که محدودیت ارث‌بری یگانه برای کلاس‌ها ما را به نظم و سادگی تشویق می‌کند، رابط‌ها دریچه‌ای به سوی انعطاف‌پذیری و چندمنظوره بودن باز می‌کنند. دفعه بعد که در حال طراحی یک پروژه هستید، به این فکر کنید که چگونه می‌توانید از رابط‌ها برای بهبود ساختار کد خود استفاده کنید. با این دانش، حالا آماده‌اید تا ارث‌بری را در C# به شکلی حرفه‌ای به کار ببرید!

توضیح راجع به سینتکس کد

 این شیوه نوشتن کد که از عملگر =>  استفاده می‌کند، به نام Expression-Bodied Method  شناخته می‌شود و در C# 6.0 معرفی شده است. این روش به شما اجازه می‌دهد متدهای تک‌خطی را به شکلی مختصر و خوانا بنویسید. به جای استفاده از بلوک {}  و دستور return  (در صورت نیاز)، می‌توانید از =>  برای تعریف مستقیم بدنه متد استفاده کنید. برای مثال،

 public void Walk() =>  Console.WriteLine("Walking...");  

معادل

public void Walk()

{  

         Console.WriteLine("Walking...");

}

 است، اما کوتاه‌تر و تمیزتر. این سبک معمولاً برای متدهای ساده و بدون منطق پیچیده استفاده می‌شود. برای بخاطر سپاری راحت آن می توانید آن را شبیه به حالتی در نظر بگیرید که یک جمله شرطی فقط یک عمل در پی دارد( بدون هیچ منطق و یا کد اضافی) در چنین حالتی همانطور که شاید می دانستید از آکولاد استفاده نمی کنیم.

if (x > 0) Console.WriteLine("عدد مثبت است");

البته اشتباه نشود عملگر =>  برای متدها بکار می رود و مثالی که زدم فقط برای بخاطر سپردن مطلب بود

ارث بری در سی شارپ بخش پنجم

پنجمین شکل از انواع ارث‌بری: ارث‌بری ترکیبی (Hybrid Inheritance)

در دنیای برنامه‌نویسی شیءگرا، ارث‌بری یکی از مفاهیم کلیدی است که به ما اجازه می‌دهد کد را بازاستفاده کنیم و رابطه‌ای منطقی بین کلاس‌ها برقرار کنیم. تاکنون با انواع مختلفی از ارث‌بری مانند ارث‌بری تک‌پایه، چندسطحی، سلسله‌مراتبی و حتی چندگانه (در زبان‌هایی که اجازه می‌دهند) آشنا شده‌ایم. اما پنجمین شکل از این دسته‌بندی، که موضوع بحث امروز ماست، ارث‌بری ترکیبی (Hybrid Inheritance) نام دارد. این نوع ارث‌بری، همان‌طور که از نامش پیداست، ترکیبی از چندین نوع ارث‌بری است که معمولاً شامل ارث‌بری چندسطحی و ارث‌بری سلسله‌مراتبی می‌شود.

ارث‌بری ترکیبی چیست؟

ارث‌بری ترکیبی زمانی رخ می‌دهد که یک ساختار کلاسی از بیش از یک الگوی ارث‌بری به صورت همزمان استفاده کند. به عبارت ساده‌تر، این نوع ارث‌بری مثل یک سیستم ترکیبی عمل می‌کند که ویژگی‌های چندسطحی (زنجیره‌ای از والد به فرزند) و سلسله‌مراتبی (چند فرزند از یک والد مشترک) را با هم ادغام می‌کند. این ترکیب انعطاف‌پذیری زیادی به برنامه‌نویس می‌دهد، اما در عین حال پیچیدگی‌هایی را هم به همراه دارد که باید با دقت مدیریت شوند.

مثال مفهومی در C#

برای درک بهتر این مفهوم، بیایید یک مثال ساده در زبان C# بررسی کنیم. فرض کنید می‌خواهیم یک سلسله‌مراتب کلاسی برای حیوانات طراحی کنیم:

public class Animal

{

    public void Eat()

    {

        Console.WriteLine("This animal eats food.");

    }

}

public class Mammal : Animal

{

    public void Breathe()

    {

        Console.WriteLine("This mammal breathes with lungs.");

    }

}

public class Dog : Mammal

{

    public void Bark()

    {

        Console.WriteLine("The dog barks.");

    }

}

public class Cat : Mammal

{

    public void Meow()

    {

        Console.WriteLine("The cat meows.");

    }

}

در مثال بالا :  

ارث‌بری چندسطحی:  کلاس Mammal  از Animal  ارث می‌برد و سپس کلاس Dog  از Mammal  ارث می‌برد. این یک زنجیره چندسطحی است که از بالا به پایین ادامه دارد.

ارث‌بری سلسله‌مراتبی:  کلاس Mammal  به عنوان یک والد مشترک عمل می‌کند و دو کلاس Dog  و Cat  از آن ارث می‌برند. این نشان‌دهنده یک ساختار سلسله‌مراتبی است.

وقتی این دو الگو با هم ترکیب شوند، ما به ارث‌بری ترکیبی می‌رسیم. در اینجا، Animal  به عنوان پایه اصلی شروع می‌شود، Mammal  سطح بعدی را تشکیل می‌دهد و سپس Dog  و Cat  به صورت شاخه‌های جداگانه از آن منشعب می‌شوند.

مزایا و چالش‌ها

ارث‌بری ترکیبی می‌تواند کد را بسیار منعطف و قابل‌استفاده مجدد کند، اما در عین حال ممکن است پیچیدگی‌هایی مثل ابهام در دسترسی به اعضای والد یا افزایش وابستگی بین کلاس‌ها را به همراه داشته باشد. در زبان‌هایی مثل C# که از ارث‌بری چندگانه (Multiple  Inheritance)  پشتیبانی نمی‌کنند، این ترکیب معمولاً با استفاده از رابط‌ها (Interfaces) یا طراحی دقیق سلسله‌مراتب مدیریت می‌شود.

نتیجه‌گیری

ارث‌بری ترکیبی به عنوان پنجمین شکل از انواع ارث‌بری، نمونه‌ای عالی از قدرت و انعطاف‌پذیری برنامه‌نویسی شیءگراست. با استفاده هوشمندانه از این الگو، می‌توانید ساختارهایی طراحی کنید که هم سادگی را حفظ کنند و هم نیازهای پیچیده پروژه را برآورده سازند.

ارث بری در سی شارپ بخش چهارم

در این پست که چهارمین پست از سری مجموعه آموزش انواع ارثبری می باشد ، استفاده از اینترفیس به عنوان جایگزینی برای  ارث‌بری چندگانه را شرح می دهیم .

در سی‌شارپ، ارث‌بری مستقیم یک کلاس فرزند از چندین کلاس والد

 (Multiple Inheritance) پشتیبانی نمی‌شود. اما راه‌حل بهتری به نام اینترفیس (Interface) وجود دارد که نه تنها این محدودیت را برطرف می‌کند، بلکه انعطاف‌پذیری و طراحی بهتری را به برنامه‌نویسی شیءگرا اضافه می‌کند. در این پست، به بررسی این جایگزین و مزایای آن می‌پردازیم.

الف - تعریف اینترفیس‌های مستقل

هر اینترفیس یک رفتار یا قابلیت خاص را تعریف می‌کند و به عنوان یک قرارداد (Contract) عمل می‌کند که کلاس‌ها باید آن را پیاده‌سازی کنند. برای مثال:

public interface ISwimmable

{

    void Swim();

}

public interface IFlyable

{

    void Fly();

}

ب - پیاده‌سازی چندین اینترفیس در یک کلاس

برخلاف ارث‌بری کلاس‌ها که محدود به یک والد است، یک کلاس می‌تواند همزمان چندین اینترفیس را پیاده‌سازی کند :

public class Duck : ISwimmable, IFlyable

{

    public void Swim()

    {

        Console.WriteLine("شنا کردن در آب");

    }

    public void Fly()

    {

        Console.WriteLine("پرواز در آسمان");

    }

}

ج - استفاده از چندوجهی (Polymorphism) با اینترفیس‌ها

اینترفیس‌ها امکان استفاده چندوجهی را فراهم می‌کنند. می‌توانید یک شیء را هم به عنوان نوع کلاس خودش و هم به عنوان نوع اینترفیس استفاده کنید:

Duck duck = new Duck();

duck.Swim(); // خروجی: شنا کردن در آب

duck.Fly();  // خروجی: پرواز در آسمان

// استفاده به عنوان نوع اینترفیس

ISwimmable swimmer = duck;

swimmer.Swim(); // خروجی: شنا کردن در آب

مقایسه ارث‌بری کلاس‌ها و اینترفیس‌ها

برای درک بهتر تفاوت‌ها، جدول زیر را ببینید:

ویژگی	ارث‌بری کلاس	اینترفیس
تعداد والدین	فقط یک کلاس	نامحدود
پیاده‌سازی پیش‌فرض	دارد	ندارد (تا C# 7)
فیلدها	پشتیبانی می‌شود	پشتیبانی نمی‌شود
متدهای Concrete	دارد	فقط متدهای Abstract
استفاده اصلی	اشتراک‌گذاری پیاده‌سازی	اشتراک‌گذاری رفتار

توجه: از C# 8 به بعد، اینترفیس‌ها می‌توانند متدهای پیش‌فرض داشته باشند، اما این موضوع خارج از بحث فعلی است.

د - مثال پیشرفته : ترکیب کلاس پایه و اینترفیس‌ها

می‌توانید از یک کلاس پایه برای اشتراک‌گذاری پیاده‌سازی و از اینترفیس‌ها برای افزودن رفتارهای خاص استفاده کنید:

public class Animal // کلاس پایه

{

    public void Eat()

    {

        Console.WriteLine("غذا خوردن");

    }

}

public class Duck : Animal, ISwimmable, IFlyable

{

    public void Swim()

    {

        Console.WriteLine("شنا کردن");

    }

    public void Fly()

    {

        Console.WriteLine("پرواز کردن");

    }

}

// استفاده

Duck duck = new Duck();

duck.Eat();  // خروجی: غذا خوردن (از Animal)

duck.Swim(); // خروجی: شنا کردن (از ISwimmable)

duck.Fly();  // خروجی: پرواز کردن (از IFlyable)

چرا اینترفیس‌ها بهتر از ارث‌بری چندگانه هستند؟

اجتناب از مسئله الماس (Diamond Problem):
در ارث‌بری چندگانه، اگر دو کلاس والد متدی با نام یکسان داشته باشند، ابهام و تداخل ایجاد می‌شود. اینترفیس‌ها این مشکل را ندارند، زیرا فقط قرارداد تعریف می‌کنند و پیاده‌سازی به عهده کلاس است.

انعطاف‌پذیری بیشتر:
با اینترفیس‌ها می‌توانید رفتارهای مختلف را به صورت ماژولار و مستقل به کلاس‌ها اضافه کنید، بدون اینکه به ساختار سلسله‌مراتبی خاصی محدود شوید.

پایبندی به اصل تفکیک رابط‌ها (ISP):
هر اینترفیس یک مسئولیت مشخص و واحد دارد و کلاس‌ها فقط رفتارهایی را پیاده‌سازی می‌کنند که واقعاً به آن‌ها نیاز دارند.

کاربرد عملی : فرض کنید در حال طراحی موجودات یک بازی هستید. می‌توانید از اینترفیس‌ها برای تعریف رفتارهای مختلف استفاده کنید :

public interface IAttackable

{

    void Attack();

}

public interface IDamageable

{

    void TakeDamage(int amount);

}

public class Dragon : Animal, IFlyable, IAttackable, IDamageable

{

    public void Fly()

    {

        Console.WriteLine("پرواز اژدها");

    }

    public void Attack()

    {

        Console.WriteLine("حمله با آتش");

    }

    public void TakeDamage(int amount)

    {

        Console.WriteLine($"دریافت {amount} آسیب");

    }

}

با این روش، می‌توانید ترکیب‌های نامحدودی از رفتارها را بدون پیچیدگی‌ها و محدودیت‌های ارث‌بری چندگانه ایجاد کنید.

ارث بری در سی شارپ بخش سوم

شکل سوم ارث‌بری، ارثبری سلسله‌مراتبی در سی‌شارپ است

درسی شارپ ، ارث‌بری سلسله‌مراتبی (Hierarchical Inheritance) یک الگوی کاربردی است که در آن چندین کلاس فرزند از یک کلاس والد مشترک ارث‌بری می‌کنند. این روش به شما کمک می‌کند تا از تکرار کد جلوگیری کنید و منطق مشترک را در یک مکان متمرکز کنید.

مثال کاربردی: دنیای حیوانات

فرض کنید کلاس پایه Animal  را داریم که دارای متد عمومی Eat()  می‌باشد. سپس دو کلاس Dog  و Cat  از این کلاس ارث‌بری می‌کنند و هرکدام رفتارهای خاص خود Bark()  و Meow()  را اضافه می‌کنند:

public class Animal

{

    public void Eat() => Console.WriteLine("Eating...");

}

public class Dog : Animal

{

    public void Bark() => Console.WriteLine("Barking...");

}

public class Cat : Animal

{

    public void Meow() => Console.WriteLine("Meowing...");

}

نحوه استفاده : وقتی یک شیء از نوع Cat  یا Dog  ایجاد می‌کنید، می‌توانید هم از متدهای کلاس والد (Animal) و هم از متدهای اختصاصی خود استفاده کنید:

var cat = new Cat();

cat.Eat();  // خروجی: "Eating..." (از Animal)

cat.Meow(); // خروجی: "Meowing..." (مخصوص Cat)

var dog = new Dog();

dog.Eat();  // خروجی: "Eating..."

dog.Bark(); // خروجی: "Barking..."

چرا ارث‌بری سلسله‌مراتبی مفید است؟

کاهش تکرار کد:  متدهای مشترک (مثل Eat() فقط یک بار نوشته می‌شوند.

افزایش خوانایی و نظم:  ساختار کد شفاف‌تر و منطقی‌تر می‌شود.

سهولت در نگهداری:  تغییر در کلاس والد به صورت خودکار به تمام کلاس‌های فرزند اعمال می‌شود.

اگر می‌خواهید یک معماری منعطف و تمیز داشته باشید، ارث‌بری سلسله‌مراتبی می‌تواند یکی از بهترین انتخاب‌ها باشد.