Abstraction in CSharp

Introduction

في المقال ده، هنتكلم عن الـ Abstraction في C# بأمثلة من الواقع. يا ريت تقرا مقالنا اللي فات قبل ما تكمل هنا، واللي اتكلمنا فيه عن الـ Encapsulation في C# بالأمثلة.

الـ Abstraction في C# هو واحد من المبادئ الأساسية في الـ OOP واللي بيشتغل كمبدأ داعم. ده معناه إن مبدأ الـ Abstraction في C# بيضمن إن المبادئ التلاتة التانية (Encapsulation, Polymorphism, Inheritance) يشتغلوا مع بعض عشان يدوا الشكل النهائي للمشروع.

What is Abstraction in C#?

عملية عرض الخصائص الأساسية من غير ما ندخل في تفاصيل الخلفية بتتسمى Abstraction. بكلمات أبسط، نقدر نقول إنها عملية تعريف class بإننا بنوفر التفاصيل الضرورية بس عشان نستدعي عمليات الـ object (يعني الـ methods)، مع إخفاء تفاصيل التنفيذ (implementation) بتاعتها.

ده معناه إننا محتاجين نظهر الحاجات الضرورية والإلزامية بس، ونخفي الحاجات غير الضرورية عن العالم الخارجي.

برمجيًا، نقدر نعرّف الـ abstraction على إنه عملية إخفاء تفاصيل التنفيذ (implementation details) لخصائص الـ object، وإظهار المعلومات الأساسية بس عن الخاصية دي للمستخدم.

الـ Abstraction بيخليك تركز أكتر على إيه اللي الـ object بيعمله، مش إزاي بيعمله. يعني إيه هي الخدمات المتاحة كجزء من الـ class اللي محتاجين نظهرها، لكن إزاي الخدمات دي بتتنفذ، ده اللي محتاجين نخفيه.

دلوقتي، خلونا نحاول نفهم مبدأ الـ abstraction ببعض الأمثلة الواقعية.

Real-Time Example of Abstraction

• تسجيل الدخول في مواقع التواصل الاجتماعي: لما بنعمل login في أي موقع زي Facebook, Twitter, LinkedIn، بندخل الـ user ID والـ password، وبعدين بيحصل login. هنا، إحنا منعرفش إزاي بيعالجوا البيانات أو إيه المنطق (logic) أو الخوارزمية (algorithm) اللي بيستخدموها عشان عملية الـ login. المعلومات دي مخفية (abstracted/hidden) عننا لإنها مش أساسية بالنسبة لنا. ده هو الـ abstraction ببساطة.

• ماكينة الـ ATM: كلنا بنستخدم ماكينات الـ ATM عشان نسحب فلوس، أو نحول فلوس، أو نجيب كشف حساب مصغر، إلخ. لكن إحنا منعرفش إيه اللي بيحصل جوه ماكينة الـ ATM لما بندخل الكارت عشان نعمل عمليات مختلفة. معلومات زي مكان السيرفر، مكان سيرفر قاعدة البيانات، لغة البرمجة اللي استخدموها، إزاي بيتحققوا من صحة البيانات، إزاي بينفذوا المنطق بتاع العمليات المختلفة، وإيه هي جمل الـ SQL اللي بتتنفذ على قاعدة البيانات، كل الحاجات دي مخفية عننا. اللي بيقدموه كجزء من ماكينة الـ ATM هو الخدمات (سحب، تحويل، إلخ)، لكن إزاي الخدمات دي بتتنفذ، ده معموله abstraction بالنسبة لنا.

• ريموت التليفزيون: الريموت فيه وظائف مختلفة زي التشغيل/الإيقاف، تغيير القناة، تعلية/توطية الصوت، إلخ. أنت بتستخدم الوظائف دي بمجرد الضغط على الزرار. لكن، الآلية الداخلية للوظائف دي معمولها abstraction عننا لإنها مش أساسية لينا إننا نعرفها.

• إرسال رسالة SMS: لما بتبعت رسالة SMS من موبايلك، أنت بس بتكتب النص وبتبعت الرسالة. لكن أنت متعرفش المعالجة الداخلية أو آلية نظام توصيل الرسالة. ده ببساطة هو الـ abstraction.

إذًا، بكلمات أبسط، نقدر نقول إن الـ abstraction معناه توفير التفاصيل الضرورية لاستخدام الخدمات أو الوظائف، لكن إزاي الخدمات دي بتتنفذ داخليًا، ده اللي لازم تخفيه.

Example to Understand Abstraction Principle in C#

دلوقتي، هنعمل application عشان ننفذ وظائف بنكية. الأول، هنعمل الـ application من غير ما نتبع مبدأ الـ Abstraction، وبعدين هنفهم المشاكل. بعد كده، هنشوف إيه هي الآليات المختلفة لتطبيق مبدأ الـ abstraction في C#.

اللي هنعمله هو إننا هننشئ اتنين classes. واحد لبنك SBI والتاني لبنك AXIX. في كل class، هنوفر 5 خدمات، وهي كالتالي:

• ValidateCard
• WithdrawMoney
• CheckBalanace
• BankTransfer
• MiniStatement

بعدين، من الـ Main method، هنعمل instances من كل class وهنستدعي الخدمات بتاعتهم. هنا، ممكن تعتبر الـ Main method هو اليوزر اللي هيستخدم الخدمات اللي بتقدمها الـ Bank classes.

using System;
namespace GarbageCollectionDemo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("Transaction doing SBI Bank");
            SBI sbi = new SBI();
            sbi.ValidateCard();
            sbi.WithdrawMoney();
            sbi.CheckBalanace();
            sbi.BankTransfer();
            sbi.MiniStatement();
 
            Console.WriteLine("\nTransaction doing AXIX Bank");
            AXIX AXIX = new AXIX();
            AXIX.ValidateCard();
            AXIX.WithdrawMoney();
            AXIX.CheckBalanace();
            AXIX.BankTransfer();
            AXIX.MiniStatement();
            
            Console.Read();
        }
    }
    
    public class SBI 
    {
        public void BankTransfer()
        {
            Console.WriteLine("SBI Bank Bank Transfer");
        }
        public void CheckBalanace()
        {
            Console.WriteLine("SBI Bank Check Balanace");
        }
        public void MiniStatement()
        {
            Console.WriteLine("SBI Bank Mini Statement");
        }
        public void ValidateCard()
        {
            Console.WriteLine("SBI Bank Validate Card");
        }
        public void WithdrawMoney()
        {
            Console.WriteLine("SBI Bank Withdraw Money");
        }
    }
 
    public class AXIX 
    {
        public void BankTransfer()
        {
            Console.WriteLine("AXIX Bank Bank Transfer");
        }
        public void CheckBalanace()
        {
            Console.WriteLine("AXIX Bank Check Balanace");
        }
        public void MiniStatement()
        {
            Console.WriteLine("AXIX Bank Mini Statement");
        }
        public void ValidateCard()
        {
            Console.WriteLine("AXIX Bank Validate Card");
        }
        public void WithdrawMoney()
        {
            Console.WriteLine("AXIX Bank Withdraw Money");
        }
    }
}

الـ Output بيطلع زي ما هو متوقع. طيب، إيه المشكلة في التنفيذ اللي فات ده؟

المشكلة هي إن مستخدم التطبيق بتاعنا بيوصل للـ SBI و AXIX classes بشكل مباشر. “بشكل مباشر” معناه إنهم يقدروا يروحوا لتعريف الـ class ويشوفوا تفاصيل تنفيذ الـ methods. يعني، اليوزر هيعرف إزاي الخدمات أو الـ methods دي بتتنفذ. ده ممكن يسبب مشاكل أمنية. المفروض منظهرش تفاصيل التنفيذ بتاعتنا للعالم الخارجي.

How to Implement Abstraction Principle in C#?

في C#، نقدر نطبق مبدأ الـ abstraction في الـ OOPs بطريقتين:

• باستخدام Interface.
• باستخدام Abstract Classes و Abstract Methods.

إيه هي الـ Interfaces، وإيه هي الـ Abstract Methods والـ Abstract Classes، ده هنناقشه بالتفصيل في مقالات جاية. لكن دلوقتي، أنت بس محتاج تفهم حاجة واحدة: إن الـ interface والـ abstract classes/methods الاتنين بيوفروا آلية لإخفاء تفاصيل التنفيذ عن طريق إنهم بيظهروا الخدمات بس.

اليوزر هيعرف بس إيه هي الخدمات أو الـ methods المتاحة، لكنه مش هيعرف إزاي الخدمات أو الـ methods دي بتتنفذ. خلونا نشوف ده بالأمثلة.

Example to Implement Abstraction Principle in C# using Interface

في المثال اللي جاي، أنا بستخدم interface عشان أحقق مبدأ الـ abstraction. باستخدام الـ interface، نقدر نحقق 100% abstraction.

دلوقتي، اليوزر هيعرف بس الخدمات اللي متعرفة في الـ interface، لكن إزاي الخدمات دي بتتنفذ، اليوزر عمره ما هيعرف. كده بنقدر نطبق الـ abstraction في C# عن طريق إخفاء تفاصيل التنفيذ عن اليوزر. هنا، اليوزر هيعرف بس عن IBank، لكنه مش هيعرف عن الـ SBI و AXIX Classes.

using System;
namespace GarbageCollectionDemo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("Transaction doing SBI Bank");
            // Get bank object from factory, user doesn't know about SBI class
            IBank sbi = BankFactory.GetBankObject("SBI");
            sbi.ValidateCard();
            sbi.WithdrawMoney();
            sbi.CheckBalanace();
            sbi.BankTransfer();
            sbi.MiniStatement();
 
            Console.WriteLine("\nTransaction doing AXIX Bank");
            // Get bank object from factory, user doesn't know about AXIX class
            IBank AXIX = BankFactory.GetBankObject("AXIX");
            AXIX.ValidateCard();
            AXIX.WithdrawMoney();
            AXIX.CheckBalanace();
            AXIX.BankTransfer();
            AXIX.MiniStatement();
            
            Console.Read();
        }
    }
 
    // This is the contract that the user knows about
    public interface IBank
    {
        void ValidateCard();
        void WithdrawMoney();
        void CheckBalanace();
        void BankTransfer();
        void MiniStatement();
    }
 
    // This factory hides the creation logic
    public class BankFactory
    {
        public static IBank GetBankObject(string bankType)
        {
            IBank BankObject = null;
            if (bankType == "SBI")
            {
                BankObject = new SBI();
            }
            else if (bankType == "AXIX")
            {
                BankObject = new AXIX();
            }
            return BankObject;
        }
    }
 
    // Implementation is hidden from the user
    public class SBI : IBank
    {
        public void BankTransfer() { Console.WriteLine("SBI Bank Bank Transfer"); }
        public void CheckBalanace() { Console.WriteLine("SBI Bank Check Balanace"); }
        public void MiniStatement() { Console.WriteLine("SBI Bank Mini Statement"); }
        public void ValidateCard() { Console.WriteLine("SBI Bank Validate Card"); }
        public void WithdrawMoney() { Console.WriteLine("SBI Bank Withdraw Money"); }
    }
    
    // Implementation is hidden from the user
    public class AXIX : IBank
    {
        public void BankTransfer() { Console.WriteLine("AXIX Bank Bank Transfer"); }
        public void CheckBalanace() { Console.WriteLine("AXIX Bank Check Balanace"); }
        public void MiniStatement() { Console.WriteLine("AXIX Bank Mini Statement"); }
        public void ValidateCard() { Console.WriteLine("AXIX Bank Validate Card"); }
        public void WithdrawMoney() { Console.WriteLine("AXIX Bank Withdraw Money"); }
    }
}

Example to Implement Abstraction Principle in C# using Abstract Class and Abstract Methods

في المثال اللي جاي، بنستخدم abstract class و abstract methods عشان نحقق مبدأ الـ abstraction. نقدر نحقق من 0 لـ 100% abstraction باستخدام الـ abstract class والـ abstract methods.

في المثال ده، اليوزر هيعرف بس الخدمات اللي متعرفة في الـ abstract class، لكن إزاي الخدمات دي بتتنفذ، اليوزر عمره ما هيعرف.

using System;
namespace GarbageCollectionDemo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("Transaction doing SBI Bank");
            IBank sbi = BankFactory.GetBankObject("SBI");
            sbi.ValidateCard();
            sbi.WithdrawMoney();
            sbi.CheckBalanace();
            sbi.BankTransfer();
            sbi.MiniStatement();
 
            Console.WriteLine("\nTransaction doing AXIX Bank");
            IBank AXIX = BankFactory.GetBankObject("AXIX");
            AXIX.ValidateCard();
            AXIX.WithdrawMoney();
            AXIX.CheckBalanace();
            AXIX.BankTransfer();
            AXIX.MiniStatement();
            
            Console.Read();
        }
    }
 
    // User only interacts with this abstract class
    public abstract class IBank
    {
        public abstract void ValidateCard();
        public abstract void WithdrawMoney();
        public abstract void CheckBalanace();
        public abstract void BankTransfer();
        public abstract void MiniStatement();
    }
 
    public class BankFactory
    {
        public static IBank GetBankObject(string bankType)
        {
            IBank BankObject = null;
            if (bankType == "SBI")
            {
                BankObject = new SBI();
            }
            else if (bankType == "AXIX")
            {
                BankObject = new AXIX();
            }
            return BankObject;
        }
    }
    
    // Concrete implementation class
    public class SBI : IBank
    {
        public override void BankTransfer() { Console.WriteLine("SBI Bank Bank Transfer"); }
        public override void CheckBalanace() { Console.WriteLine("SBI Bank Check Balanace"); }
        public override void MiniStatement() { Console.WriteLine("SBI Bank Mini Statement"); }
        public override void ValidateCard() { Console.WriteLine("SBI Bank Validate Card"); }
        public override void WithdrawMoney() { Console.WriteLine("SBI Bank Withdraw Money"); }
    }
 
    // Concrete implementation class
    public class AXIX : IBank
    {
        public override void BankTransfer() { Console.WriteLine("AXIX Bank Bank Transfer"); }
        public override void CheckBalanace() { Console.WriteLine("AXIX Bank Check Balanace"); }
        public override void MiniStatement() { Console.WriteLine("AXIX Bank Mini Statement"); }
        public override void ValidateCard() { Console.WriteLine("AXIX Bank Validate Card"); }
        public override void WithdrawMoney() { Console.WriteLine("AXIX Bank Withdraw Money"); }
    }
}

ملاحظة: باستخدام الـ abstract class، نقدر نحقق من 0 لـ 100% abstraction. السبب هو إنك تقدر توفر تنفيذ (implementation) للـ methods جوه الـ abstract class نفسه. مش مهم إذا كنت هتنفذ كل الـ methods أو ولا واحدة منهم جوه الـ abstract class، ده مسموح بيه، وده اللي مش ممكن في الـ interface.

Encapsulation vs Abstraction in C#

• الـ Encapsulation كله عن الـ data hiding (إخفاء البيانات). من ناحية تانية، الـ Abstraction كله عن الـ detailed hiding (إخفاء التنفيذ).
• باستخدام مبدأ الـ Encapsulation، بنقدر نحمي بياناتنا؛ يعني من بره الـ class محدش يقدر يوصل للبيانات مباشرة. إحنا بنظهر البيانات عن طريق publicly exposed methods and properties. الميزة هي إننا نقدر نعمل validate للبيانات قبل تخزينها وإرجاعها. من ناحية تانية، باستخدام مبدأ الـ Abstraction، إحنا بنظهر الخدمات بس عشان اليوزر يقدر يستخدمها، لكن إزاي الخدمات/الـ methods دي بتتنفذ، ده مخفي عن اليوزر. اليوزر عمره ما هيعرف إزاي الـ method بيتنفذ.
• مع الـ Encapsulation، بنجمع الـ data members والـ member functions في وحدة واحدة اسمها class, interface, enum، إلخ. من ناحية تانية، مع الـ Abstraction، إحنا بنظهر الـ interface أو الـ abstract class لليوزر وبنخفي تفاصيل التنفيذ، يعني بنخفي معلومات الـ child class.
• نقدر نطبق الـ Encapsulation بإننا نعرّف الـ data members كـ private ونظهرهم بس عن طريق publicly exposed methods and properties مع validation مناسب. من ناحية تانية، نقدر نطبق الـ Abstraction عن طريق الـ abstract classes والـ interfaces.
• في الـ Abstraction، بيتم عرض رؤية مجردة بس لليوزر، بينما البيانات المعقدة والتفصيلية بتفضل مخفية عنه. من ناحية تانية، في الـ Encapsulation، الـ data member والـ member functions بيتم تجميعهم كوحدة واحدة وممكن حمايتهم أو إتاحتهم باستخدام الـ access modifiers والـ getter/setter methods.
• الـ Abstraction في C# بيُستخدم لإخفاء البيانات غير المرغوب فيها وإظهار الـ properties والـ methods المطلوبة بس لليوزر. الـ Encapsulation في C# بيُستخدم لربط الـ data members والـ member functions في وحدة واحدة عشان نمنع الغرباء من الوصول ليها مباشرة.

Advantages of Abstraction Principle in C#

• مبدأ الـ Abstraction بيقلل من تعقيد رؤية الأشياء. هو بيوفر بس الـ method signature وبيخفي إزاي الـ method بيتنفذ فعلًا.
• مبدأ الـ Abstraction بيساعد على زيادة أمان التطبيق أو البرنامج لإننا بنوفر بس التفاصيل الضرورية لاستدعاء الـ method مع إخفاء كيفية تنفيذ الـ methods دي فعلًا.
• مع مبدأ الـ Abstraction، التحسينات (enhancement) بتبقى سهلة جدًا لإننا بنقدر نعمل أي نوع من التغييرات في نظامنا الداخلي من غير ما نأثر على المستخدمين النهائيين.
• من غير مبدأ الـ Abstraction، صيانة كود التطبيق بتبقى معقدة جدًا. الـ Abstraction بيدي هيكل (structure) لكود البرنامج.