دوال الأعضاء الثابتة (Const)

جزء من قسم Object Oriented Programming في رحلة C++ على Coddy — الدرس 29 من 104.

لقد رأيت الكلمة المفتاحية const في دوال الجلب (getter methods) في الدرس السابق. ولكن ماذا يعني بالضبط ظهور const بعد قائمة معاملات الدالة؟ تَعِدُ الدالة العضو الثابتة (const member function) بعدم تعديل أي متغيرات عضو في الكائن.

class Rectangle {
    int width;
    int height;
public:
    Rectangle(int w, int h) : width(w), height(h) {}
    
    int getArea() const {      // دالة عضو ثابتة (const)
        return width * height;  // قراءة الأعضاء مسموح بها
    }
    
    void setWidth(int w) {     // غير ثابتة (Non-const) - تقوم بتعديل الكائن
        width = w;
    }
};

تخبر الكلمة const بعد قائمة المعلمات المترجم: "هذه الدالة لن تغير حالة الكائن." إذا حاولت تعديل متغير عضو داخل دالة const، فسينتج المترجم خطأً.

يصبح هذا ضرورياً عند التعامل مع كائنات const أو مراجع const. يمكن لكائن const استدعاء دوال الأعضاء من نوع const فقط:

void printArea(const Rectangle& rect) {
    std::cout << rect.getArea();    // موافق - ()getArea هي const
    // rect.setWidth(10);           // خطأ - ()setWidth ليست const
}

يُعد تمييز الدوال بـ const عندما لا تقوم بتعديل الكائن ممارسة جيدة. فهو يوثق نيتك، ويسمح للدالة بالعمل مع كائنات const، ويساعد المترجم (compiler) في اكتشاف التعديلات غير المقصودة. يجب تمييز أي دالة عضو (member function) تقوم بقراءة البيانات فقط بـ const.

التحدي

سهل

لنقم ببناء محول لدرجة الحرارة يوضح متى ولماذا نستخدم الدوال الأعضاء الثابتة (const member functions). ستقوم بإنشاء فئة (class) حيث تقوم بعض الدوال بقراءة البيانات فقط (ويجب أن تكون const) بينما تقوم دوال أخرى بتعديل حالة الكائن.

ستقوم بإنشاء ملفين لتنظيم الكود الخاص بك:

Temperature.h: قم بتعريف فئة Temperature التي تخزن قيمة درجة الحرارة وتوفر طرقًا مختلفة لقراءتها وتعديلها. يجب أن تحتوي الفئة الخاصة بك على:
- عضو خاص celsius (double) لتخزين درجة الحرارة
- منشئ (constructor) يأخذ قيمة مئوية أولية
- دالة getCelsius() تعيد القيمة المخزنة — يجب أن تكون هذه الدالة const لأنها تقرأ البيانات فقط
- دالة getFahrenheit() تحسب وتعيد درجة الحرارة بالفهرنهايت باستخدام الصيغة celsius * 9.0 / 5.0 + 32.0 — وهي أيضًا const لأنها لا تعدل أي شيء
- دالة getKelvin() تعيد درجة الحرارة بالكلفن باستخدام celsius + 273.15 — وهي const أيضًا
- دالة setCelsius(double value) تقوم بتحديث درجة الحرارة المخزنة — لا يمكن أن تكون هذه الدالة const لأنها تعدل الكائن
- دالة adjustBy(double delta) تضيف قيمة delta إلى درجة الحرارة الحالية — وهي أيضًا غير ثابتة (non-const)
main.cpp: وضح كيف تعمل الدوال الأعضاء الثابتة مع كل من الكائنات العادية والثابتة. اقرأ قيمة درجة الحرارة الأولية من المدخلات، ثم:
- قم بإنشاء كائن Temperature باستخدام القيمة المدخلة
- اطبع "Initial: <celsius>C = <fahrenheit>F = <kelvin>K"
- قم بتعديل درجة الحرارة بمقدار 10.0 درجات
- اطبع "After adjustment: <celsius>C"
- قم بإنشاء دالة مساعدة void printReadings(const Temperature& temp) تأخذ مرجعًا ثابتًا (const reference) وتطبع "Reading: <celsius>C, <fahrenheit>F" — يمكن لهذه الدالة فقط استدعاء دوال const على temp
- استدعِ printReadings() مع كائن درجة الحرارة الخاص بك
- اضبط درجة الحرارة على 0.0 (نقطة التجمد)
- اطبع "Freezing point: <celsius>C = <fahrenheit>F"

قم بتنسيق جميع قيم درجات الحرارة بمنزلة عشرية واحدة باستخدام std::fixed و std::setprecision(1) من مكتبة <iomanip>.

الفكرة الأساسية هنا هي أن printReadings() تستقبل مرجعًا ثابتًا (const reference)، لذا لا يمكنها سوى استدعاء الدوال التي تم تمييزها كـ const. هذا هو السبب في أن تمييز دوال القراءة (getter methods) كـ const أمر مهم — فهو يتيح لها العمل في السياقات التي لا يمكن فيها تعديل الكائن.

ورقة مرجعية

تعد الدالة العضو الثابتة (const member function) وعداً بعدم تعديل أي متغيرات عضو في الكائن. يتم وضع الكلمة المفتاحية const بعد قائمة معاملات الدالة:

class Rectangle {
    int width;
    int height;
public:
    int getArea() const {      // دالة عضو ثابتة
        return width * height;  // قراءة الأعضاء مسموح بها
    }
    
    void setWidth(int w) {     // غير ثابتة - تعدل الكائن
        width = w;
    }
};

يمكن للدوال الأعضاء الثابتة قراءة المتغيرات الأعضاء فقط، ولا يمكنها تعديلها. إذا حاولت تعديل متغير عضو داخل دالة ثابتة، فسينتج المترجم (compiler) خطأً.

يمكن للكائن الثابت (const object) أو المرجع الثابت (const reference) استدعاء الدوال الأعضاء الثابتة فقط:

void printArea(const Rectangle& rect) {
    std::cout << rect.getArea();    // صحيح - getArea() ثابتة
    // rect.setWidth(10);           // خطأ - setWidth() ليست ثابتة
}

قم بتمييز الدوال كـ const عندما لا تقوم بتعديل الكائن. يوثق هذا نيتك، ويمكّن الدالة من العمل مع الكائنات الثابتة، ويساعد المترجم في اكتشاف التعديلات العرضية. يجب تمييز أي دالة عضو تقرأ البيانات فقط كـ const.

جرّب بنفسك

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include "Temperature.h"
using namespace std;

// TODO: قم بتنفيذ دوال فئة Temperature هنا
// المُنشئ (Constructor)
Temperature::Temperature(double initialCelsius) {
    // TODO: قم بتهيئة celsius
}

// TODO: قم بتنفيذ getCelsius() كـ const

// TODO: قم بتنفيذ getFahrenheit() كـ const

// TODO: قم بتنفيذ getKelvin() كـ const

// TODO: قم بتنفيذ setCelsius(double value)

// TODO: قم بتنفيذ adjustBy(double delta)


// TODO: قم بإنشاء دالة مساعدة printReadings تأخذ const Temperature& 
// وتطبع "Reading: <celsius>C, <fahrenheit>F"
// Note: يمكن لهذه الدالة فقط استدعاء دوال const على temp!


int main() {
    double initialTemp;
    cin >> initialTemp;

    // ضبط تنسيق المخرجات
    cout << fixed << setprecision(1);

    // TODO: قم بإنشاء كائن Temperature بالقيمة المدخلة

    // TODO: اطبع "Initial: <celsius>C = <fahrenheit>F = <kelvin>K"

    // TODO: قم بتعديل درجة الحرارة بمقدار 10.0 درجات

    // TODO: اطبع "After adjustment: <celsius>C"

    // TODO: قم باستدعاء printReadings() مع كائن درجة الحرارة الخاص بك

    // TODO: قم بتعيين درجة الحرارة إلى 0.0 (نقطة التجمد)

    // TODO: اطبع "Freezing point: <celsius>C = <fahrenheit>F"

    return 0;
}