ما هو التغليف (Encapsulation)؟

لنفترض أن تطبيقًا بنكيًا يخزّن رصيد كل حساب في متغير عادي. أي سطر في أي مكان من البرنامج يستطيع كتابة account.balance = -500، ولا شيء يمنعه. وحين يظهر رصيد سالب في بيئة الإنتاج، عليك البحث في قاعدة الكود كلها عن كل موضع لمسه. التغليف يحل هذه المشكلة: لا يتغيّر الرصيد إلا عبر بضع دوال، وهذه الدوال تفرض القواعد، مثل ألا يتجاوز السحب الرصيد أبدًا.

كيف يعمل التغليف

يجمع التغليف بين فكرتين:

1. التجميع. البيانات (الرصيد) والكود الذي يعمل عليها (الإيداع والسحب) يعيشان في الصنف نفسه.
2. الإخفاء. لا يرى الكود الآخر إلا الواجهة العامة للصنف. البيانات التي خلفها داخلية، فلا تتغيّر إلا بالطرق التي يسمح بها الصنف.

القاعدة التي يحميها الصنف تسمى الثابت (invariant): هنا "الرصيد لا يكون سالبًا أبدًا". ولأن كل تغيير يمر عبر دوال الصنف، يبقى الثابت صحيحًا مهما فعل باقي البرنامج.

class BankAccount:
    def __init__(self):
        self._balance = 0  # internal: change it only through the methods

    @property
    def balance(self):     # read-only from outside
        return self._balance

    def deposit(self, amount):
        self._balance += amount

    def withdraw(self, amount):
        if amount > self._balance:
            raise ValueError("not enough money")
        self._balance -= amount

acct = BankAccount()
acct.deposit(100)
acct.withdraw(30)
print(acct.balance)
try:
    acct.withdraw(500)
except ValueError as err:
    print("refused:", err)

70
refused: not enough money

يستطيع الكود الخارجي قراءة acct.balance، لكن الخاصية (property) ليس لها setter، فكتابة acct.balance = 1000 ترفع AttributeError. وإن كان الرصيد خاطئًا يومًا ما، فهناك دالتان بالضبط يجب فحصهما.

التغليف في بايثون

ليس في بايثون كلمة محجوزة اسمها private. بل تعتمد على اصطلاحات تسمية يعرفها كل مبرمج بايثون:

• name: عام، جزء من الواجهة.
• _name: داخلي. لا شيء يمنعك من قراءته، لكن الشرطة السفلية في بدايته تقول "لا تعتمد على هذا".
• __name: تعيد بايثون تسميته داخل الصنف (name mangling)، فلا يستطيع صنف فرعي الكتابة فوقه عن طريق الخطأ.
• @property: تحوّل دالة إلى شيء يُقرأ كأنه سمة، فتستطيع إضافة فحوص لاحقًا دون تغيير أي كود يستدعيها.

class Counter:
    def __init__(self):
        self._count = 0      # one underscore: "internal, please don't touch"
        self.__secret = 42   # two underscores: the name gets mangled

c = Counter()
print(c._count)                   # still readable: it is only a convention
print(hasattr(c, "__secret"))     # the plain name does not exist
print(c._Counter__secret)         # Python renamed it to _Counter__secret

0
False
42

إعادة التسمية تمنع الحوادث لا الوصول: فالاسم المُعاد تسميته لا يزال يعمل. تثق بايثون بأن المبرمجين سيحترمون الشرطة السفلية. وفي الواقع يستخدم معظم كود بايثون شرطة سفلية واحدة مع @property، ويحتفظ بالشرطتين للأصناف المصممة ليُورَث منها. والمزيد عن كتابة الأصناف في توثيق الأصناف في بايثون.

التغليف في جافا و C++ وجافا سكريبت

لغات أخرى تفرض الإخفاء فرضًا. في جافا لا يمكن استخدام الحقل private إلا داخل صنفه:

public class BankAccount {
    private int balance;  // hidden from every other class

    public int getBalance() { return balance; }

    public void withdraw(int amount) {
        if (amount > balance) throw new IllegalArgumentException("not enough money");
        balance -= amount;
    }
}

كتابة account.balance = 1000; في صنف آخر لا تُترجم: يُبلغ javac عن balance has private access in BankAccount.

تجعل C++ أعضاء class خاصة افتراضيًا وأعضاء struct عامة. وحقول # الخاصة في جافا سكريبت، التي أُضيفت في ES2022، لا يمكن قراءتها من خارج الصنف إطلاقًا. يغطي التوثيق كلًا منها: معدِّلات الوصول في جافا، ومحددات الوصول في C++، والحقول الخاصة في جافا سكريبت.

لماذا التغليف مهم

• القواعد تعيش في مكان واحد. فحص "لا سحب يتجاوز الرصيد" يُكتب مرة واحدة داخل withdraw، بدل كتابته قبل كل عملية سحب في البرنامج.
• يمكنك تغيير الداخل بحرية. إن قررت تخزين المال بالسنتات الكاملة بدل عدد عشري، فالصنف وحده يتغيّر. والكود الذي يستدعي deposit(100) يستمر في العمل.
• تنقيح أسهل. حين تكون قيمة ما خاطئة، فالمشتبه بهم هم الدوال القليلة المسموح لها بتغييرها، لا كل سطر في البرنامج.
• أقل للتعلم والاختبار. صنف له ثلاث دوال عامة يمكن فهمه واختباره عبر تلك الدوال الثلاث.

يعمل التغليف أيضًا فوق مستوى الأصناف. الوحدة التي تكشف دالتين وتُبقي عشر دوال مساعدة داخلية مُغلَّفة بالطريقة نفسها، وكذلك نظام التشغيل الذي لا يسمح للبرامج بفتح الملفات إلا عبر استدعاءات النظام.

كثيرًا ما يُخلط بينه وبين التجريد. التجريد يقرر ما تقدمه الواجهة، والتغليف يحمي البيانات التي خلفها. وفي صفحة التجريد مقارنة كاملة بينهما جنبًا إلى جنب. ومع تعدد الأشكال والوراثة، تشكّل هذه المفاهيم الركائز الأربع للبرمجة كائنية التوجه.

أخطاء شائعة

• getter و setter لكل حقل. الدالة setBalance التي تقبل أي رقم لا تحمي شيئًا. قدّم العمليات التي يحتاجها الكائن (withdraw)، لا وصولًا خامًا إلى كل حقل.
• إرجاع الكائنات الداخلية. الدالة التي تُرجع self._items تسلّم المستدعي القائمة الحقيقية، فيصبح قادرًا على تغييرها. أرجِع نسخة أو tuple بدلًا من ذلك.
• معاملة الخاص على أنه أمان. معدِّلات الوصول تمنع الأخطاء لا الهجمات. يستطيع كود جافا قراءة الحقول الخاصة عبر الانعكاس (reflection)، ويستطيع كود بايثون قراءة _name مباشرة. كلمات المرور والمفاتيح تحتاج إلى حماية حقيقية، مثل التجزئة (hashing) والتشفير.

إلى أين بعد ذلك

اقرأ بعد ذلك صفحة التجريد، التي تشرح الفرق بين الفكرتين، ثم صفحة تعدد الأشكال. تبني دورة بايثون الأصناف خطوة بخطوة، وتُظهر دورة جافا التغليف مفروضًا من المترجم.