آشنائی با زبان #C

                       

مایکروسافت در مصاف با جاوا، بدنبال ارائه یک زبان کامل بود که سایه جاوا را در میادین برنامه نویسی کم رنگ تر نماید. شاید بهمین دلیل باشد که #C را ایجاد کرد. شباهت های بین دو زبان بسیار چشمگیر است. مایکروسافت در رابطه با میزان استفاده و گسترش زبان فوق بسیار خوشبین بوده و امیدوار است بسرعت زبان فوق گستردگی و مقبولیتی به مراتب بیشتر از جاوا را نزد پیاده کنندگان نرم افزار پیدا کند.

با توجه به نقش محوری این زبان، از آن بعنوان مادر زبانهای برنامه نویسی در دات نت نام برده می شود. مورد فوق به تنهائی، می تواند دلیل قانع کننده ای برای یادگیری این زبان باشد، ولی دلایل متعدد دیگری نیز وجود دارد که در ادامه به برخی از آنها اشاره می گردد.

مطرح شدن بعنوان یک استاندارد صنعتی

انجمن تولیدکنندگان کامپیوتر اروپا (ECMA) زبان #C را در سوم اکتبر سال 2001 بعنوان یک استاندارد پذیرفته (ECMA-334) و بدنبال آن تلاش های وسیعی برای کسب گواهی ISO نیز انجام شده است. زبان فوق در ابتدا توسط شرکت مایکروسافت و بعنوان بخشی از دات نت پیاده سازی و بلافاصله پس از آن توسط شرکت های اینتل، هیولیت پاکارد و مایکروسافت مشترکا، جهت استاندارسازی پیشنهاد گردید.

زبان #C بگونه ای طراحی شده است که نه تنها وابستگی به یک Platform خاص را ندارد، بلکه در اغلب موارد وابستگی RunTime نیز ندارد. کامپایلر #C می تواند بر روی هر نوع معماری سخت افزاری طراحی و اجرا گردد. در برخی از نسخه های اولیه کامپایلر زبان فوق که توسط برخی از شرکت های جانبی ارائه شده است، کدهای #C را به بایت کدهای جاوا کمپایل می کنند. یکی از چنین کامپایلرهائی را می توان در سایت Halcyonsoft.com مشاهده نمود. بنابراین کدهای #C براحتی قابلیت حمل بر روی محیط های متفاوت را دارا خواهند بود.

مشخصات تعریف شده زبان #C با سایر استاندارهای تعریف شده ECMA نظیر (ECMA-335) CLI (Common Language Infrastructure) بخوبی مطابقت می نمایند. CLI قلب و روح دات نت و CLR(Common Language Runtime) است. اولین نسخه از کامپایلر زبان #C که از CLI استفاده می کند، NET Framwork. مایکروسافت است.

با توجه به موارد گفته شده، مشخص می گردد که این زبان بسرعت بسمت استاندارد شدن حرکت و با تایید استانداردهای مربوطه از طرف انجمن های معتبر بین المللی و حمایت فراگیر شرکت های معتبر کامپیوتری در دنیا مسیر خود را بسمت جهانی شدن بخوبی طی می نماید.

#C چیست ؟

طراحان زبان #C با تاکید و الگوبرداری مناسب از مزایای زبانهائی نظیر ++C، C و جاوا و نادیده گرفتن برخی از امکانات تامل برانگیز و کم استفاده شده در هر یک از زبانهای فوق، یک زبان برنامه نویسی مدرن شی گراء را طراحی کرده اند. در مواردی، برخی از ویژگی های استفاده نشده و درست درک نشده در هر یک از زبانهای گفته شده، حذف و یا با اعمال کنترل های لازم بر روی آنها، زمینه ایجاد یک زبان آسان و ایمن برای اغلب پیاده کنندگان نرم افزار بوجود آمده است. مثلا C و ++C می توانند مستقیما با استفاده از اشاره گرها عملیات دلخواه خود را در حافظه انجام دهند. وجود توانائی فوق برای نوشتن برنامه های کامپیوتری با کارائی بالا ضرورت اساسی دارد. اما در صورتیکه عملیاتی اینچنین بدرستی کنترل و هدایت نگردند، خود می تواند باعث بروز مسائل (Bugs) بیشماری گردد.

طراحان زبان #C، با درک اهمیت موضوع فوق، این ویژگی را کماکان در آن گنجانده ولی بمنظور ممانعت از استفاده نادرست و ایجاد اطمینان های لازم مسئله حفاظت نیز مورد توجه قرار گرفته است. جهت استفاده از ویژگی فوق، برنامه نویسان می بایست با صراحت و به روشنی خواسته خود را از طریق استفاده از Keyword های مربوطهاعلان نمایند( فراخوانی یک توانائی و استفاده از آن).

#C بعنوان یک زبان شی گراء عالی است. این زبان First-Class را برای مفهوم Property (Data Member) بهمراه سایر خصائص عمومی برنامه نویسی شی گراء حمایت می کند. در C و ++C و جاوا یک متد get/set اغلب برای دستیابی به ویژگی های هر Property استفاده می گردد. CLI همچنان تعریف Property را به متدهای get/ser ترجمه کرده تا بدین طریق بتواند دارای حداکثر ارتباط متقابل با سایر زبانهای برنامه نویسی باشد. #C بصورت فطری Events ، Declared Value، Reference Type ، Operator Overloading را نیز حمایت می کند.

کد مدیریت یافته

با استفاده از نسخه پیاده سازی شده #C توسط مایکروسافت، می توان همواره کد مدیریت یافته ای را تولید کرد. یک برنامه #C پس از کامپایل، بصورت برنامه ای در خواهد آمد که شامل دستورالعمل های تلفیق شده ( CIL (Common Intermediate Language است (درست بر خلاف دستورالعمل های مختص یک ماشین خاص). CIL (گاها با نام MSIL(Microsoft Intermediate Language) با به اختصار IL نیز نامیده می شود ) ، در مفهوم مشابه بایت کدهای جاوا بوده و شامل مجموعه ای از دستورالعمل های سطح پایین قابل فهم توسط تکنولوژی مبتنی بر CLI نظیر CLR مایکروسافت خواهد بود. این برنامه ها بدین دلیل کد مدیریت یافته، نامیده می شوند که CLR مسئولیت تبدیل این دستورالعمل ها به کدهای قابل اجرا برروی ماشین و ارائه اغلب سرویس های اساسی برای کدینگ نظیر : Garbage Collection، مدیریت Heap و عمر مفید یک Object و یا Type Verification را فراهم می کند.

روش یادگیری #C

یادگیری این زبان برای افرادیکه دارای سابقه آشنائی با یکی از زبانهای برنامه نویسی ++C، C و یا جاوا باشند کار مشکلی نخواهد بود، حتی افرادیکه دارای آشنائی اولیه با جاوااسکریپت و یا دیگر زبانهای برنامه نویسی نظیر ویژوال بیسک می باشند، امکان پذیر و راحت خواهد بود. برخی از برنامه نویسان حرفه ای بر این باور هستند که #C نسبت به VB.NET با اقبال بیشتر و سریعتری مواجه خواهد شد، چراکه #C نسبت به ویژوال بیسک خلاصه تر است. حتی برنامه های بزرگ و پیچیده ای که توسط #C نوشته می گردند خواناتر، کوتاه و زیبا خواهند بود. برخی از ویژگی های ارائه شده در #C نظیر Unsigned Integer، Operator OverLoading و امنیت بیشتر Type ها، در VB.NET وجود نداشته و این امر می تواند دلیلی بر فراگیرتر شدن #C نسبت به VB.NET نزد برنامه نویسان با تجربه باشد.

برای یادگیری هر یک از زبانهای حمایت شده در دات نت، می بایست از BCL (Basic Class Library) مربوط به NET Framework. شروع کرد. #C خود صرفا دارای ۷۷ کلمه کلیدی یا Keyword بوده که برای اکثر برنامه نویسان غریب نخواهند بود. در مقابل BCL، دارای ۴۵۰۰ کلاس و تعداد بیشماری متد و Property است که برنامه نویسان #C، می توانند از آنها برای انجام عملیات دلخواه خود استفاده نمایند. شاید یکی از مسائل قابل توجه جهت یادگیری این زبان برای برخی از برنامه نویسان حرفه ای عدم وجود برخی از ویژگی ها و امکاناتی باشد که در گذشته و از طریق سایر زبانهای استفاده شده، بخدمت گرفته می شدند. مثلا عدم وجود امکاناتی جهت توارث چندگانه (MI) سلسله مراتبی یک شئ.

شئ گرایی در #C

دنیای برنامه نویسی امروزه بر مفهوم شئ گرایی استوار است. شئ گرایی به زبان ساده یعنی دنیا را آنطور ببنیم که هست! زبان #C یکی از بهترین زبانهایی است که دارای تمامی امکانات جهت پیاده سازی مفاهیم اصیل شئ گرایی است.

شئ گرایی (OOP) در #C بر چند پایه استوار است که به قرار زیرند:

- Inheritance
- Encapsulation
- Polymorphism
- Abstraction
- Interface

اکنون به توضیح مختصر هر یک می پردازیم.

Inheritance (ارث بری)

پدر و فرزندی را در نظر بگیرید. هر پدری مشخصات فردی به خصوصی دارد. فرزند وی می تواند همه خصوصیات او را به ارث برد و خصوصیتهای دیگری نیز داشته باشد که پدرش ندارد. این یعنی ارث بری! برای مثال پدر وقتی عصبانی می شود، داد و فریاد می کند. پسر هم این خصوصیت را به ارث می برد با این تفاوت که وقتی عصبانی می شود، علاوه بر داد زدن، چند عدد بشقاب هم می شکند. در برنامه نویسی شئ گرا از مفهوم ارث بری استفاده های زیادی می شود. برای تفهیم راحت تر مسئله فرض کنید کلاسی به نام وسیله نقلیه داریم. از آنجا که هر وسیله نقلیه ای حرکت می کند، رنگ دارد، سرعت دارد، ترمز می گیرد و... می توانیم همه این متدها و فیلدها( کدام متدها و فیلدها!؟) را در کلاس وسیله نقلیه تعریف کنیم. حال یک وهله از این کلاس را در نظر بگیرید (مثلا دوچرخه!). یک دوچرخه یک وسیله نقلیه است که همه خصوصیات عمومی یک وسیله نقلیه را دارد و البته خصوصیاتی دارد که مختص خودش هستند و در انواع دیگر یافت نمی شوند. به این منظور این دوچرخه می تواند ویژگیها و متدهای مشترک را از کلاس وسیله نقلیه به ارث ببرد و در عین حال ویژگیهای منحصر به خود را نیز داشته باشد. قابلیت استفاده دوباره از کد (Reusability) یکی از مزیات اصلی ارث بری است.

Encapsulation

همانطور که از اسمش پیداست، به قرار دادن پیاده سازی در یک کپسول اشاره می کند، به طوری که کاربر بیرونی از نحوه پیاده سازی مطلع نباشد و فقط بداند که این کپسول کار خاصی را انجام می دهد. وقتی یک کپسول می خورید نمی دانید که در داخل آن چه چیزی هست و فقط به این فکر می کنید که این کپسول چه تاثیری در بدن شما می گذارد!

فرض کنید سوار ماشینی هستید که به سرعت در حرکت است! در مسیری که می روید ماشین پدر نامزدتان از روبرو به شما نزدیک می شود و سعی می کنید سریع ترمز بگیرید تا برخورد نکنید. اگر قرار باشد که بدانید بعد از فشار دادن پدال ترمز چه عملیاتی انجام می شود تا ترمز گرفته شود، دیگر باید از ازدواج قطع امید کنید. ولی اگر تنها بدانید که با فشار دادن پدال، ترمز گرفته می شود شما خوشبخت خواهید شد. در واقع ما در اینجا کار ترمز گرفتن ماشین را به صورت یک کپسول آماده در نظر می گیریم. هدف Encapsulation این است که ما را از پرداختن به ریز موضوعات رها کند و اشیاء را به صورت یک جعبه سیاهی بدانیم که به ازای یک ورودی خاص خروجی خاصی می دهند. اگر می خواهیم کدهای ما نیز این مورد را رعایت کنند باید سعی کنیم نگاه کپسولی به اشیاء و عملکرد آنها داشته باشیم. در #C برای کپسوله کردن از Access Modifierهای protected ،private و public استفاده می شود.

Polymorphism

فرض کنید پدر شما کار خاصی را به طریق خاصی انجام می دهد. مثلا برای پختن غذا (حقیقتی است تلخ!) اول ظرفهای دیشب را شسته و بعد گاز را روشن می کند و بعد غذا می پزد! شما که خصوصیات پدر و کارهای او را به ارث می برید برای مثال برای پختن غذا ابتدا گاز را روشن می کنید، بعد کبریت می کشید، غذا را می پزید و بعد ظرفهای دیشب را می شویید! (توصیه می کنم نگذارید ظرفهایتان نشسته بمانند!) برادر شما ممکن است همین کار را به طریق دیگری انجام دهد. پختن غذا کاری است که شما از پدر خود به ارث می برید!!! ولی آن را به طریق دیگری انجام می دهید. یعنی یک کار ثابت توسط فرزندان مختلف یک پدر به طرق مختلفی انجام می شود. این دقیقا همان چیزی است که به آن چند شکلی یا Polymorphism می گویند.

Abstraction

تجرید یا مجرد سازی! به کلاسی مجرد گفته می شود که پیاده سازی متدها در آن انجام نمی شود! بر خلاف انسانها که مجرد تعریف دیگری برایشان دارد! حال سئوالی پیش می آید که اگر کلاسی داشته باشیم که نخواهیم پیاده سازی متدها را در آن انجام بدیم، از آن کلاس چه استفاده ای می کنیم؟ برای پاسخ به این سئوال شرایط زیر را در نظر بگیرید:

فرض می کنیم که شما رییس یک شرکت بزرگ برنامه نویسی هستید و می خواهید پروژه بزرگی را انجام دهید. برای اجرای پروژه از برنامه نویسان مختلفی استفاده می کنید که ممکن است همه آنها هموطن نباشند! مثلا هندی، ایرانی یا آلمانی باشند! اگر قرار باشد هر برنامه نویسی در نامگذاری متدها و کلاسهایش آزاد باشد، در کد نویسی هرج و مرج به وجود می آید. شما به عنوان مدیر پروژه، کلاسی تعریف می کنید که در آن تمام متدها با ورودی و خروجی هایشان مشخص باشند. ولی این متدها را پیاده سازی نمی کنید و کار پیاده سازی را به برنامه نویسان می دهید و از آنها می خواهید که همه کلاسهایی را که می نویسند از این کلاس شما به ارث ببرند و متدها را به طور دلخواه پیاده سازی کنند. این باعث می شود که شما با داشتن یک کلاس، ورودی و خروجی های مد نظر خود را داشته باشید و دیگر نگران برنامه نویسان نباشید. کلاسی که شما تعریف می کنید یک کلاس مجرد نامیده می شود.

برای تعریف یک کلاس مجرد از کلمه کلیدی abstract استفاده می کنیم. فیلدهایی که می خواهیم در کلاسهای مشتق شده از این کلاس پیاده سازی شوند حتما باید با abstract تعریف شوند. یک کلاس مجرد می تواند فیلدها و متدهای نامجرد داشته باشد. اگر متد نامجردی در یک کلاس مجرد تعریف کردید، حتما باید آن را پیاده سازی کنید و نمی توانید پیاده سازی آن را به کلاسهای مشتق شده بسپارید.

Interface

اینترفیس در برنامه نویسی همانند همان کلاس است تنها با این تفاوت که هیچکدام از اعضای آن پیاده سازی نمی شوند. در واقع یک اینترفیس گروهی از متدها، خصوصیات، رویدادها و Indexer ها هستند که در کنار هم جمع شده اند. اینترفیس ها را نمی توان Instantiate (وهله سازی) کرد (یعنی نمی توان وهله ای از یک اینترفیس ایجاد کرد!). تنها چیزی که یک اینترفیس دارا می باشد امضای (signature) تمامی اعضای آن می باشد. به این معنی که ورودی و خروجی متدها، نوع Property ها و... در آن تعریف می شوند ولی چیزی پیاده سازی نمی شود. اینترفیس ها سازنده و فیلد ندارند (امری است بدیهی! چرا؟). یک اینترفیس نمی تواند Operator Overload داشته باشد و دلیل آن این است که در صورت وجود این ویژگی، احتمال بروز مشکلاتی از قبیل ناسازگاری با دیگر زبانهای NET. مانند VB.NET که از این قابلیت پشتیبانی نمی کند وجود داشت. نحوه تعریف اینترفیس بسیار شبیه تعریف کلاس است تنها با این تفاوت که در اینترفیس پیاده سازی وجود ندارد.

حالا این اینترفیس در کجا به کار می آید؟ اگر با ++C کار کرده باشید ( در آن صورت کارتان خیلی درست می باشد!!!) با واژه ارث بری چند گانه آشنا هستید. ولی احتمالا شنیدید که جاوا و #C از ارث بری چندگانه پشتیبانی نمی کنند. (یعنی یک کلاس از چند کلاس دیگر به ارث ببرد). گاهی لازم داریم از چند کلاس به ارث ببریم. راه حلش این است که از اینترفیس ها استفاده کنیم. ولی بدانید که اگر از اینترفیسی به ارث بردید باید تمام متدهای آن را پیاده سازی کنید. یک کلاس می تواند از n تا اینترفیس و تنها یک کلاس به ارث ببرد.