Abstract Classes and Methods in CSharp

Introduction

في المقال ده، هنتكلم عن الـ Abstract Classes والـ Methods في C# بالأمثلة. يا ريت تقرا مقالنا اللي فات اللي اتكلمنا فيه عن الـ Generalization والـ Specialization في C#.

What are Abstract Methods in C#?

في C#، الـ abstract methods هي methods بنعرفها جوه abstract class أو interface بس مبتكونش ليها body أو implementation في الـ class أو الـ interface اللي بيعرفها. بدل كده، مسؤولية تنفيذ الـ method دي بتتنقل لأي concrete (non-abstract) class بيورث من الـ abstract class ده أو بينفذ الـ interface ده.

الـ method اللي من غير body بتتعرف على إنها Abstract Method. اللي الـ method بيحتويه هو مجرد (declaration). ده معناه إن الـ abstract method بتحتوي على تعريفها بس، من غير implementation.

الـ method اللي جاية دي non-abstract لإنها بتحتوي على body:

public void Add(int num1, int num2)
{
    // Method body
}

لكن من غير ما نكتب method body، لو نهينا الـ method بـ semicolon (;) زي كده، بتتسمى Abstract Method:

public void Add(int num1, int num2);

لكن افتكر، لو عايز تخلي أي method تبقى abstract method، لازم تستخدم الـ abstract modifier بشكل صريح كالتالي. وبمجرد ما تستخدم الـ abstract modifier، الـ method هتتسمى abstract method تلقائيًا.

public abstract void Add(int num1, int num2);

طيب، إيه هي الـ abstract classes؟

What are Abstract Classes in C#?

في C#، الـ abstract class هو class بيشتغل كـ blueprint (مخطط) للـ classes التانية. الـ Abstract classes مينفعش نعملها instantiated بشكل مباشر (يعني مينفعش نعرف منها Object بشكل مباشر)، لكن ممكن نستخدمها كـ base classes للـ classes التانية اللي بتورث منها. الـ Abstract classes بيتم تعريفها باستخدام الـ abstract keyword. غالبًا بتعرّف مجموعة مشتركة من الخصائص أو السلوكيات اللي المفروض تكون مشتركة بين أكتر من derived class.

الـ class اللي بنعرّف جواه abstract methods بيتعرف على إنه abstract class. حسب OOP، إحنا محتاجين نعرّف الـ method جوه class. منقدرش نعرّف abstract methods في أي مكان بشكل مباشر. لازم نعرّف الـ abstract method جوه abstract class بس.

افترض إننا لازم نكتب الـ Add abstract method اللي فاتت جوه Calculator class. ساعتها، الـ class ده لازم يتم تعريفه باستخدام الـ abstract modifier كالتالي:

public abstract class Calculator
{
    public abstract void Add(int num1, int num2);
}

فلو class جواها أي abstract methods، لازم وحتمًا يتم الإعلان عنه باستخدام الـ abstract modifier، ولما class بيتعمل باستخدام abstract modifier، بيتسمى Abstract class في C#.

عمومًا، لما بنعرّف abstract class، بيجيلنا شك: من غير method body، إيه هتكون فايدة الـ method دي؟ خلونا نفهم ده.

What is the use of the Abstract Method in C#?

لو method تم الإعلان عنها كـ abstract تحت أي class، يبقى الـ child class بتاع الـ abstract class ده مسؤول عن تنفيذ (implementing) الـ abstract method دي من غير أي تقصير.

في الـ inheritance، شفنا إن الـ Parent class بيوفر شوية خصائص للـ Child class عشان يستخدمها. هنا برضه الـ inheritance بيدخل في الصورة، لكن النقطة اللي لازم تفتكرها هي إن الـ Parent class بيكون abstract، وهو مش هيوفر أي خصائص للـ Child class عشان يستخدمها. بالعكس، هو بيفرض شوية قيود (restrictions) على الـ Child classes. والأبناء أو الـ Child classes لازم يتبعوا أو يوفوا بالقيود دي. ودي هي الفكرة الأساسية للـ abstract class في C#.

ملاحظة: كل abstract method بيتم الإعلان عنها جوه abstract class لازم وحتمًا يتم تنفيذها من خلال الـ Child classes من غير أي تقصير؛ وإلا، هيجيلنا compile-time error.

Is Abstract Class Containing Only Abstract Methods in C#?

متفتكرش إن abstract class ممكن يحتوي على abstract methods بس. هو ممكن يحتوي كمان على non-abstract methods. لازم تفتكر إن لو class كان non-abstract، فهو بيحتوي على non-abstract methods بس، لكن لو class كان abstract، فهو ممكن يحتوي على الاتنين، abstract و non-abstract methods في C#.

Who will Provide the Implementation of Abstract Methods in C#?

الإجابة هي الـ Child Class. لو عندك child class لـ abstract class، فمسؤولية الـ child class إنه يوفر الـ implementation لكل الـ abstract methods بتاعة الـ parent class. متقدرش تهرب من ده. كل method لازم يتم تنفيذها. لو نفذت كل الـ abstract methods، ساعتها بس تقدر تستخدم الـ non-abstract method بتاعة الـ Parent class.

عمومًا، شفنا في الـ Inheritance إن الـ child class يقدر يستخدم الـ members بتوع الـ parent class مباشرة. لكن هنا، ده مش ممكن. متقدرش تستخدمهم مباشرة. الخاصية دي تحت قيود. لحد ما الـ child class يوفي بالقيود، مش هيقدر يستخدم الـ parent class members.

مثال من الواقع: افترض إن أب وعد ابنه إنه لو جاب 90% في امتحان آخر السنة، هيكافئه بلابتوب. فاللابتوب هيتجاب للابن بس لو جاب 90%. لو الابن عايز ياخد اللابتوب، لازم يوفي بالمتطلبات اللي حطها أبوه. بمجرد ما الابن يوفي بالمتطلب، بياخد اللابتوب.

ده بالظبط نفس حالة الـ abstract class. الـ abstract class بيحتوي على abstract و non-abstract methods. ممكن تعتبر الـ abstract method هي الدرجات اللي لازم يجيبها، والـ non-abstract method هي اللابتوب. فلو عايز تاخد اللابتوب (تستخدم non-abstract method)، لازم توفي بالمتطلبات (تنفذ كل الـ abstract methods).

ملاحظة: عشان نعرّف method أو class كـ abstract، بنستخدم الـ abstract keyword.

Example to Understand Abstract Class and Abstract Methods in C#

خلونا نفهم الـ Abstract Class والـ Abstract Methods في C# بمثال. بص على الـ class اللي جاي. ده هيكون الـ parent abstract class بتاعنا. في الـ class ده، عرفنا اتنين non-abstract methods، هما Add و Sub، واتنين abstract methods، هما Mul و Div.

// The parent abstract class
public abstract class AbsParent
{
    // Non-abstract method with implementation
    public void Add(int x, int y)
    {
        Console.WriteLine($"Addition of {x} and {y} is : {x + y}");
    }
    
    // Non-abstract method with implementation
    public void Sub(int x, int y)
    {
        Console.WriteLine($"Subtraction of {x} and {y} is : {x - y}");
    }
    
    // Abstract method without implementation
    public abstract void Mul(int x, int y);
    
    // Abstract method without implementation
    public abstract void Div(int x, int y);
}

Can we create an instance of an abstract class in C#?

لأ. منقدرش نعمل instance من abstract class. سواء الـ abstract class بيحتوي على abstract methods أو لأ، إنشاء instance منه مستحيل. لو حاولت، هيجيلك compile-time error.

السبب هو إن لو الـ compiler سمح لنا نعمل instance، فباستخدام الـ instance ده، هتقدر تنادي الـ abstract methods اللي معندهاش body، وده هو السبب اللي بيخليه ميسمحش لنا نعمل instance من abstract class.

الـ child class هو اللي يقدر يستخدم الـ members دي. الـ child class لازم يعمل implement للـ Mul والـ Div abstract methods قبل ما يقدر يستخدم Add و Sub. لو معملش كده، هيحصل compile-time error.

Why Abstract Class Cannot Be Instantiated in C#?

لإن الـ abstract methods بتاعته مبتكونش قابلة للتنفيذ لأنه مش class مكتمل التنفيذ (fully implemented). لو الـ compiler سمح لنا نعمل object من abstract class، هنقدر نستدعي الـ abstract method باستخدام الـ object ده، والـ CLR مش هيقدر ينفذها وقت التشغيل (runtime). عشان كده، عشان يمنع انك تنادي الـ abstract methods، الـ compiler مبيسمحش لنا نعمل instantiate لـ abstract class.

دلوقتي، خلونا ننفذ الاتنين abstract methods جوه الـ child class. لازم نعمل Implement للـ abstract methods باستخدام ال-override modifier كالتالي:

public class AbsChild : AbsParent
{
    // Providing implementation for the abstract method
    public override void Mul(int x, int y)
    {
        Console.WriteLine($"Multiplication of {x} and {y} is : {x * y}");
    }
 
    // Providing implementation for the abstract method
    public override void Div(int x, int y)
    {
        Console.WriteLine($"Division of {x} and {y} is : {x / y}");
    }
}

دلوقتي مفيش compile-time error. الـ child class أوفى بمتطلبات الـ parent class بتنفيذه للـ abstract methods؛ بالتالي، الـ child class يقدر دلوقتي يستخدم الـ non-abstract methods بتاعة الـ parent class. فتقدر دلوقتي تعمل instance من الـ Child class وتستخدم كل الـ members كالتالي:

using System;
namespace AbstractClassesAndMethods
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            AbsChild absChild = new AbsChild();
            absChild.Add(10, 5);
            absChild.Sub(10, 5);
            absChild.Mul(10, 5);
            absChild.Div(10, 2);
            Console.ReadKey();
        }
    }
   
    public abstract class AbsParent
    {
        public void Add(int x, int y) { /* ... */ }
        public void Sub(int x, int y) { /* ... */ }
        public abstract void Mul(int x, int y);
        public abstract void Div(int x, int y);
    }
    public class AbsChild : AbsParent
    {
        public override void Mul(int x, int y) { /* ... */ }
        public override void Div(int x, int y) { /* ... */ }
    }
}

Output:

Addition of 10 and 5 is : 15
Subtraction of 10 and 5 is : 5
Multiplication of 10 and 5 is : 50
Division of 10 and 2 is : 5

Can we Create a Reference for the Abstract Class in C#?

أيوه، نقدر نعمل reference للـ abstract class في C#. لكن منقدرش نعمل instance منه. هنا، عملنا instance من الـ child class، وبعدين عملنا reference من الـ abstract class بيشاور على الـ child class instance، وبعدين باستخدام الـ reference ده نقدر نوصل للـ members.

// Creating abstract class reference pointing to child class object
AbsParent absParent = absChild;
 
// Accessing methods using reference
absParent.Add(10, 5);
absParent.Sub(10, 5);
absParent.Mul(10, 5);
absParent.Div(10, 2);

لازم تفتكر إن الـ parent class references، حتى لو اتعملت باستخدام child class instances، متقدرش تنادي الـ child class methods اللي متعرفة بشكل كامل (pure) في الـ child class. الـ Overridden methods مش pure child-class methods. لو method معمولها override في الـ child class، فهي واخدة إذن من الـ parent class. فالـ parent class references تقدر تنادي الـ overridden members بتاعة الـ child class لكن متقدرش تنادي الـ pure child class members.

في المثال ده، لو ضفنا method اسمها Mod في AbsChild بس، مش هنقدر نوصلها من خلال الـ reference اللي نوعه AbsParent:

public class AbsChild : AbsParent
{
    // ... Overridden methods
    
    // Pure child class method
    public void Mod(int x, int y)
    {
        Console.WriteLine($"Modulos of {x} and {y} is : {x % y}");
    }
}
 
// In Main method:
// absParent.Mod(100, 35); // This will cause a compile-time error

When to use Abstract Classes and Methods in C#?

المفروض تفكر تستخدم abstract classes و methods في C# لما تكون عايز:

• الـ Define a Common Base: لما تكون بتعرّف أساس مشترك لمجموعة classes مرتبطة ببعض.
• الـ Enforce a Contract: الـ Abstract methods بتسمح لك تفرض عقد (contract) لازم الـ derived classes تلتزم بيه.
• الـ Provide Default Implementations: تقدر توفر implementations افتراضية في الـ abstract class والـ derived classes تختار إنها تعملها override أو extend.
• الـ Implement Polymorphism: هما أساسيين لتحقيق الـ polymorphism.
• الـ Create Frameworks and Libraries: غالبًا بيُستخدموا لإنشاء frameworks و libraries و APIs.
• الـ Extend Functionality: بيسمحوا لك توسع الوظائف بطريقة modular.
• الـ Ensure Code Consistency: بيفرضوا هيكل متسق في الـ derived classes.
• الـ Enable Code Reusability: بيعززوا إعادة استخدام الكود.
• الـ Support Extension Points: الـ Abstract methods بتشتغل كـ (extension points).
• الـ Implement Template Method Pattern: بيلعبوا دور في تطبيق Template Method design pattern.

Summary of Abstract Class and Abstract Methods in C#

• الـ method اللي معندهاش body بتتسمى abstract method، والـ class اللي بيتم تعريفه باستخدام keyword abstract بيتسمى abstract class. لو class بيحتوي على abstract method، لازم يتم الإعلان عنه كـ abstract.
• الـ abstract class يقدر يحتوي على abstract و non-abstract methods مع بعض.
• الـ abstract class عمره ما بيكون قابل للاستخدام في حد ذاته لإننا منقدرش نعمل object منه. الـ members بتاعته ممكن بس الـ child class يستخدمها.
• الـ Abstract methods مفيدة لما تكون بتنشئ base class أو interface بوظائف مشتركة عايز الـ derived classes تورثها، لكن في نفس الوقت تطلب من الـ classes دي إنها تنفذ methods معينة بطريقتها الخاصة.