Inheritance in CSharp

Introduction

في المقال ده، هنتكلم عن الـ Inheritance (الوراثة) في البرمجة الشيئية (Object-Oriented Programming) باستخدام لغة C# مع أمثلة. الـ Inheritance هو واحد من مبادئ الـ OOP. يا ريت تقرا مقالنا عن الـ Class والـ Object في C# قبل ما تكمل هنا. خلونا نفهم إيه هو الـ Inheritance.

What is Inheritance in C#?

الـ Inheritance في C# هو آلية لاستخدام الـ members اللي متعرفة في class معين من خلال class تاني. إحنا عارفين إن الـ class هو مجموعة من الـ members. الـ members اللي متعرفة في class معين ممكن class تاني يستخدمها عن طريق إنشاء علاقة parent/child (أب/ابن) بين الـ classes دي.

عمومًا، كلنا عارفين إن كل ممتلكات أهلنا بتبقى بتاعتنا. الأبناء بياخدوا حقوق على ممتلكات الأب. ليه؟ لإن ده القانون. حسب القانون، كل ممتلكات الأهل بتروح لأولادهم.

نفس المبدأ ده بالظبط بيتطبق في الـ Inheritance. افترض إن عندي class اسمه A فيه مجموعة members، وأنا عايز نفس الـ members دي في class تاني اسمه B. طريقة من الطرق هي إني أعمل copy وpaste لنفس الكود من class A لـ class B.

لكن لو عملنا copy وpaste للكود، فده بيتسمى إعادة كتابة الكود (rewriting the code). إعادة كتابة الكود بتأثر على حجم التطبيق. لو حجم التطبيق زاد، في النهاية ده هيأثر على أداء (performance) التطبيق.

عشان نتغلب على عملية إعادة الكتابة دي ونعمل إعادة استخدام للكود (reuse the code)، أفضل خيار متاح لينا هو الـ Inheritance في C#. ببساطة، اللي محتاجين نعمله هو إننا ننشئ علاقة بين الاتنين classes. علاقة إيه؟ علاقة Parent/Child. بمجرد ما بتنشئ العلاقة دي، كل الـ members بتوع الـ parent class (A) ممكن استخدامهم جوه الـ child class (B).

الـ Inheritance في C# هو آلية لاستخدام الـ members بتوع class في class تاني عن طريق إنشاء علاقة parent/child بين الـ classes، وده بيوفر إعادة الاستخدام (re-usability).

How to Implement Inheritance in C#?

عشان نطبق الـ Inheritance في C#، محتاجين ننشئ علاقة Parent/Child بين الـ classes. خلونا نفهم إزاي نعمل ده. افترض إن عندنا class اسمه A فيه مجموعة members، وعندنا class تاني B وعايزينه يورث من class A. الكود التالي بيوضح إزاي ننشئ علاقة Parent-Child بين Class A و Class B.

class B : A
{
    // B is the child class, A is the parent class
}

دي هي العملية الأساسية لإنشاء علاقة Parent/Child في C#. دلوقتي، خلونا نشوف الـ syntax الأساسي لإنشاء العلاقة دي:

[<modifiers>] class <child class> : <parent class>

هنا، مصطلحات Parent Class و Child Class ممكن تتسمى برضه Base Class (Superclass) و Derived Class (Subclass). ففي مثالنا:

• A ⇒ Parent / Base / Superclass (كلهم بنفس المعنى).
• B ⇒ Child / Derived / Subclass (كلهم بنفس المعنى).

ملاحظة: في الـ Inheritance، الـ Child class يقدر يستخدم الـ members بتوع الـ Parent class بتاعه كأنه هو مالك الـ members دي (ماعدا الـ private members بتوع الـ parent).

Why Child Cannot Consume Private Members of Parent?

عمومًا، الأبناء ليهم حقوق في ممتلكات أهلهم. أنا كابن، بكرة ممكن أستلم شغل أبويا. ممكن أستلم ممتلكات أبويا (عربية، مباني، فلوس، أي حاجة). لكن مقدرش أستلم وظيفة أبويا.

السبب هو إن الوظيفة اللي أبويا بيعملها ممكن تكون مبنية على مؤهلاته وخبراته. وبكرة أنا مقدرش أستلم وظيفته دي تحديدًا. فالوظيفة دي حاجة private تمامًا لأبويا. ودي مش بتتورث ليا. لكن باقي كل حاجة، البيزنس، الفلوس، الممتلكات، كل ده هاخده.

نفس المبدأ بيتطبق على الـ Inheritance. الـ child class بيستخدم كل الـ members بتوع الـ Parent class ماعدا الـ private members.

Example to Understand Inheritance in C#

خلونا نشوف مثال بسيط عشان نفهم الـ Inheritance في C#. هنعمل class فيه اتنين methods زي ما موضح تحت:

class A
{
    public void Method1()
    {
        Console.WriteLine("Method 1");
    }
    public void Method2()
    {
        Console.WriteLine("Method 2");
    }
}

هنا، عملنا class A فيه اتنين public methods: Method1 و Method2. دلوقتي، أنا عايز نفس الاتنين methods دول في class تاني، وليكن class B. طريقة من الطرق هي إني أعمل copy للاتنين methods اللي فوق وأعملهم paste في class B كالتالي:

class B
{
    public void Method1()
    {
        Console.WriteLine("Method 1");
    }
    public void Method2()
    {
        Console.WriteLine("Method 2");
    }
}

لو عملنا كده، فده مش إعادة استخدام للكود (code re-usability). ده إعادة كتابة للكود (code rewriting) وده بيأثر على حجم التطبيق. عشان كده، من غير إعادة كتابة، اللي محتاجين نعمله هو inheritance كالتالي. هنا، class B بيورث من class A، وبالتالي جوه الـ Main method، بنعمل instance من class B وبنستدعي الـ methods اللي متعرفة في Class A.

class B : A
{
    static void Main()
    {
        B obj = new B();
        obj.Method1();
        obj.Method2();
    }
}

بمجرد ما بتعمل Inheritance، class B يقدر ياخد الاتنين members اللي متعرفين في class A. ليه؟ لإن كل خصائص الأب بتنتمي للأبناء. هنا، class A هو الـ Parent/Super/Base class، وClass B هو الـ Child/Sub/Derived class.

لما بنكتب obj.، هتلاحظ إن الـ IntelliSense بيظهر الاتنين Methods، اللي هما Method1 و Method2. ده معناه إن الـ child class يقدر يستخدم الـ members بتوع الـ parent class كأنه هو المالك. لو بصيت على وصف أي من Method1 أو Method2، هتلاقيه بيظهر void A.Method1() و void A.Method2(). ده معناه إن Method1 أو Method2 بينتموا لـ class A بس. لكن class B يقدر يستخدمهم كأنه المالك.

مثال: أنا أقدر أسوق عربية أبويا كأني أنا مالكها، لكن لسه اسم التسجيل باسم أبويا. بنفس الطريقة، class B يقدر ينادي الـ methods كأنها بتاعته، لكن داخليًا، الـ methods دي بتنتمي لـ Class A.

الكود الكامل للمثال:

using System;
namespace InheritanceDemo
{
    class A
    {
        public void Method1()
        {
            Console.WriteLine("Method 1");
        }
        public void Method2()
        {
            Console.WriteLine("Method 2");
        }
    }
 
    class B : A
    {
        static void Main()
        {
            B obj = new B();
            obj.Method1();
            obj.Method2();
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

Output:

Method 1
Method 2

دلوقتي، خلونا نضيف method جديد، وليكن Method3 في Class B. جوه الـ Main method، لو شفت وصف الـ method، هتلاقيه بيظهر إن الـ method ده بينتمي لـ class B.

using System;
namespace InheritanceDemo
{
    class A
    {
        public void Method1()
        {
            Console.WriteLine("Method 1");
        }
        public void Method2()
        {
            Console.WriteLine("Method 2");
        }
    }
 
    class B : A
    {
        public void Method3()
        {
            Console.WriteLine("Method 3");
        }
 
        static void Main()
        {
            B obj = new B();
            obj.Method1();
            obj.Method2();
            obj.Method3();
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

Output:

Method 1
Method 2
Method 3

How many methods are there in class B?

ممكن تسأل نفسك: كام method موجود في class B؟ الإجابة هي 3.

زي ما كل الممتلكات اللي أبويا أداهالي، زائد كل الممتلكات اللي أنا بكسبها، بتبقى بتاعتي أنا. بنفس الطريقة، عدد الـ methods في class B هو 3: اتنين methods موروثين من الـ parent class A زائد واحد method إحنا عرفناه في class B. فإحنا نقدر نقول إن Class A فيه 2 methods، وClass B فيه 3 methods.

دي هي العملية البسيطة للـ Inheritance في C#. ببساطة بتحط نقطتين فوق بعض (:) بين الـ Parent والـ Child class. لكن لما بتشتغل مع Inheritance، فيه 6 قواعد مهمة لازم تتعلمها وتفتكرها. خلونا نتعلمهم واحدة واحدة.

Rule 1: Parent Constructor Accessibility

في C#، لازم الـ constructor بتاع الـ parent class يكون متاح الوصول ليه من الـ child class؛ وإلا، الـ inheritance مش هيبقى ممكن. السبب هو إننا لما بنعمل object من الـ child class، أول حاجة بيعملها هي إنه بيروح ينادي الـ constructor بتاع الـ parent class عشان متغيرات الـ parent class يحصلها initialization ونقدر نستخدمها جوه الـ child class.

في مثالنا الحالي، class A و class B الاتنين عندهم implicit constructors. أي class في C# بيكون فيه implicit constructor لو إحنا كمطورين معرفناش أي constructor بشكل صريح.

لو الـ constructor متعرف بشكل implicit، فهو بيبقى public. في مثالنا، class B يقدر يوصل للـ implicit constructor بتاع class A لأنه public.

دلوقتي، خلونا نعرّف constructor صريح في Class A:

class A
{
    public A()
    {
        Console.WriteLine("Class A Constructor is Called");
    }
    // ... methods
}

مع التغيير ده، لو شغلت التطبيق، هتلاقي الـ output كالتالي:

Class A Constructor is Called
Method 1
Method 2

ده لإن لما بيتم إنشاء instance من الـ child class، الـ constructor بتاع الـ child class بينادي بشكل ضمني (implicitly) على الـ constructor بتاع الـ parent class بتاعه. دي قاعدة.

لكن لو خليت الـ constructor بتاع A برايفت private، هيحصل compile-time error لأن B مش هيقدر يوصله.

class A
{
    A() // By default, this is private
    {
        Console.WriteLine("Class A Constructor is Called");
    }
    // ... methods
}

الـ Error هيكون: Class A Constructor is inaccessible due to its protection level.

خلونا نعرّف constructor في Class B برضه:

using System;
namespace InheritanceDemo
{
    class A
    {
        public A()
        {
            Console.WriteLine("Class A Constructor is Called");
        }
        // ... methods
    }
    class B : A
    {
        B()
        {
            Console.WriteLine("Class B Constructor is Called");
        }
        // ... Method3 and Main
    }
}

Output:

Class A Constructor is Called
Class B Constructor is Called
Method 1
Method 2
Method 3

زي ما شايف في الـ output، الأول الـ constructor بتاع Class A بيتنادى، وبعدين الـ constructor بتاع Class B. التنفيذ دايمًا بيبدأ من الـ constructor بتاع الـ Parent class.

سؤال: ليه الـ constructor بتاع Class B مش public؟ الـ constructor بتاع B مش محتاج يكون public إلا لو كان فيه class تاني بيورث منه. الـ constructor بتاع A هو اللي لازم يكون متاح لـ B.

سؤال: ليه لازم الـ parent constructor يكون متاح للـ child؟ لأن لما الـ parent constructor بيتنادى، بيحصل initialization للـ members بتوع الـ parent، وبعدها بس نقدر نستخدمهم في الـ child class. لو الـ members دول محصلهمش initialization، مش هتقدر تستخدمهم.

Rule 2: Parent Cannot Access Child Members

في الـ inheritance، الـ child class يقدر يوصل للـ members بتوع الـ parent class، لكن الـ parent classes عمرها ما تقدر توصل لأي members متعرفة بشكل خالص في الـ child class.

زي القانون، الأبناء ليهم حقوق في ممتلكات أهلهم، لكن الأهل مالهمش حقوق في ممتلكات أبنائهم. بنفس الطريقة، الـ Parent class عمره ما يقدر يوصل للـ members بتوع الـ child class اللي متعرفين جواه بس.

شوف الكود ده. جوه الـ Main method، بنعمل instance من الـ Parent class A وبنحاول نستدعي Method3 اللي متعرف في Child class B. هيحصل compile-time error.

static void Main()
{
    A obj = new A();
    obj.Method1();
    obj.Method2();
    // The following line of code gives you compile time error
    obj.Method3(); 
    Console.ReadKey();
}

الـ Error بيقول: class ‘A’ does not contain a definition for ‘Method3’.

Rule 3: Parent Variable as a Reference to Child Instance

نقدر نعمل initialize لمتغير من نوع الـ parent class باستخدام instance من الـ child class عشان نخليه reference variable. الـ reference ده هيستهلك الذاكرة بتاعة الـ child class instance. لكن حتى في الحالة دي، منقدرش ننادي أي pure child class members باستخدام الـ reference ده.

الـ Reference هو مؤشر لـ instance ومبيكونش ليه تخصيص ذاكرة خاص بيه.

لو عملنا كده، هيحصل error لإن المتغير p مش معموله initialization:

A p; // p is an unassigned variable of class A
p.Method1(); // Compile Time Error: Use of unassigned local variable ‘p’

عشان نعمل initialization، بنستخدم الـ new keyword. في المثال ده، عملنا initialize لمتغير p باستخدام instance من B:

static void Main()
{
    A p; // p is a variable of class A
    B q = new B(); // q is an instance of Class B 
    
    // We can initialize a Parent class variable using child class instance
    p = q; // now, p is a reference to q's memory
    
    // Now you can call members of A class
    p.Method1();
    p.Method2();
    
    // We cannot call any pure child class members using the reference p
    // p.Method3(); // This would cause a compile-time error
    
    Console.ReadKey();
}

ملاحظة: تخصيص الذاكرة بيتم للـ instances، مش للـ references. الـ References مجرد مؤشرات للـ instances.

بالرغم من إن p و q بيشاوروا على نفس مكان الذاكرة، باستخدام p، مقدرش أنادي أي members خاصة بـ class B. لكن باستخدام q، أقدر أنادي الـ members بتوع A و B الاتنين.

Rule 4: The Default Parent Class is Object

كل class سواء إحنا اللي معرفينه أو متعرف مسبقًا في مكتبات اللغة، ليه parent class افتراضي، وهو Object class اللي موجود في الـ System namespace. عشان كده، الـ members بتوع الـ Object class (Equals, GetHashCode, GetType, ToString) متاحين في أي مكان.

لما بتعرف class، حتى لو معملتش inheritance من أي class تاني، الـ compiler بيخليه يورث من Object class تلقائيًا.

في مثالنا، class A بيورث من Object. و class B بيورث من A. ده معناه إن Object يعتبر grandparent لـ class B.

إيه هو الـ Default Parent Class في C#؟ هو Object class اللي موجود في System namespace.

المثال ده بيوضح إزاي GetType() بترجع الـ runtime type بتاع كل instance:

static void Main()
{
    Object obj1 = new Object();
    Console.WriteLine($"obj1 type: {obj1.GetType()}");
 
    A obj2 = new A();
    Console.WriteLine($"obj2 type: {obj2.GetType()}");
 
    B obj3 = new B();
    Console.WriteLine($"obj3 type: {obj3.GetType()}");
 
    Console.ReadKey();
}

Output:

obj1 type: System.Object
Class A Constructor is Called
obj2 type: InheritanceDemo.A
Class A Constructor is Called
Class B Constructor is Called
obj3 type: InheritanceDemo.B

Rule 5: No Multiple Inheritance with Classes

في C#، مفيش دعم للـ multiple inheritance (الوراثة المتعددة) عن طريق الـ classes. اللي متاح لينا هو Single Inheritance بس. ده معناه إن الـ class مسموحله يكون عنده parent class مباشر واحد بس.

يعني (Single, Multilevel, Hierarchical) مدعومين، لكن (Multiple, Hybrid) مش مدعومين.

Rule 6: Handling Parameterized Parent Constructors

في Rule1، عرفنا إن الـ child constructor بينادي ضمنيًا على الـ parent constructor، بس ده لو كان parameterless (مبياخدش parameters).

لو الـ constructor بتاع الـ Parent class كان parameterized، الـ Child class constructor مش هيقدر يناديه ضمنيًا. عشان نحل المشكلة دي، مسؤولية المبرمج إنه ينادي بشكل صريح (explicitly) على الـ Parent constructor من الـ child constructor ويبعتله قيم للـ parameters. عشان نعمل كده، بنستخدم الـ base keyword.

لو خلينا الـ constructor بتاع A ياخد parameter، هيحصل error في B:

class A
{
    public A(int number) // Parameterized constructor
    {
        Console.WriteLine($"Class A Constructor is Called : {number}");
    }
}
 
class B : A
{
    public B() // Error here!
    {
        Console.WriteLine("Class B Constructor is Called");
    }
}

الـ Error بيقول: There is no argument given that corresponds to the required formal parameter ‘number’ of ‘A.A(int)’. الـ constructor بتاع B مش عارف يبعت قيمة إيه للـ constructor بتاع A.

الحل هو إننا نستخدم base عشان نبعت القيمة بشكل صريح:

public B() : base(10) // Explicitly call parent constructor with value 10
{
    Console.WriteLine("Class B Constructor is Called");
}

الكود الكامل:

using System;
namespace InheritanceDemo
{
    class A
    {
        public A(int number)
        {
            Console.WriteLine($"Class A Constructor is Called : {number}");
        }
    }
    class B : A
    {
        public B() : base(10)
        {
            Console.WriteLine("Class B Constructor is Called");
        }
        static void Main()
        {
            B obj = new B();
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

Output:

Class A Constructor is Called : 10
Class B Constructor is Called

How to pass dynamic value to Parent class constructor in C#?

ممكن كمان نبعت قيمة ديناميكية من Main لـ B ومن B لـ A:

class B : A
{
    // Take a parameter in the child constructor
    public B(int num) : base(num) // Pass it to the parent constructor
    {
        Console.WriteLine("Class B Constructor is Called");
    }
 
    static void Main()
    {
        B obj1 = new B(10);
        B obj2 = new B(20);
        B obj3 = new B(30);
        Console.ReadKey();
    }
}

Output:

Class A Constructor is Called : 10
Class B Constructor is Called
Class A Constructor is Called : 20
Class B Constructor is Called
Class A Constructor is Called : 30
Class B Constructor is Called

دي هي الست قواعد اللي المفروض تفتكرها وإنت شغال مع الـ Inheritance في C#.

Advantages of Inheritance in C#

• Code reusability (إعادة استخدام الكود): بنقدر نعيد استخدام الـ members بتوع الـ parent class في الـ child class. فمش محتاجين نعيد تعريف الـ members تاني في الـ child class. وده بيقلل الكود المطلوب في الـ class.