الدوال الافتراضية البحتة (Pure Virtual Functions)

جزء من قسم Object Oriented Programming في رحلة C++ على Coddy — الدرس 59 من 104.

الدالة الافتراضية الصرفة (pure virtual function) هي دالة افتراضية ليس لها تنفيذ في الفئة الأساسية. يتم التصريح عنها من خلال تعيين = 0 لتصريح الدالة. هذا يخبر المترجم أن الفئات المشتقة يجب أن توفر التنفيذ الخاص بها.

class Shape {
public:
    virtual double area() = 0;  // دالة افتراضية بحتة
    virtual ~Shape() = default;
};

على عكس الدوال الافتراضية العادية التي توفر سلوكاً افتراضياً، تحدد الدوال الافتراضية الصرفة عقداً: يجب على أي فئة مشتقة ملموسة تنفيذ هذه الدالة لتكون قابلة للإنشاء. تعلن الفئة الأساسية ببساطة ماذا يجب فعله، وليس كيف.

class Circle : public Shape {
    double radius;
public:
    Circle(double r) : radius(r) {}
    
    double area() override {
        return 3.14159 * radius * radius;
    }
};

class Rectangle : public Shape {
    double width, height;
public:
    Rectangle(double w, double h) : width(w), height(h) {}
    
    double area() override {
        return width * height;
    }
};

يجب على كل من Circle و Rectangle تنفيذ area() لأنها دالة افتراضية بحتة في Shape. إذا فشل الصنف المشتق في تنفيذ جميع الدوال الافتراضية البحتة، فإنه يصبح أيضًا صنفًا مجردًا ولا يمكن إنشاء كائن منه.

تعتبر الدوال الافتراضية البحتة (Pure virtual functions) ضرورية عندما لا تستطيع الفئة الأساسية (base class) توفير تنفيذ افتراضي ذي معنى. فكل شكل له مساحة، ولكن لا توجد طريقة منطقية لحساب "مساحة شكل عام" دون معرفة نوع الشكل المحدد.

التحدي

سهل

لنقم ببناء نظام لمعالجة المدفوعات يوضح كيف تفرض الدوال الافتراضية البحتة (pure virtual functions) عقداً عبر طرق دفع مختلفة. ستقوم بإنشاء فئة أساسية مجردة (abstract base class) تحدد ما يجب على كل معالج دفع القيام به، ثم تنفيذ أنواع دفع ملموسة تفي بهذا العقد.

ستقوم بتنظيم الكود الخاص بك عبر ثلاثة ملفات:

PaymentProcessor.h: قم بتعريف فئة PaymentProcessor مجردة تعمل كمخطط لجميع طرق الدفع. يجب أن تحتوي هذه الفئة على:
- عضو محمي (protected) باسم std::string accountId
- منشئ (constructor) يقوم بتهيئة معرف الحساب (account ID)
- دالة افتراضية بحتة processPayment(double amount) — يجب على كل نوع دفع تنفيذ هذه الدالة بشكل مختلف
- دالة افتراضية بحتة getProcessorName() تعيد std::string
- مدمر افتراضي (virtual destructor)
PaymentMethods.h: قم بتنفيذ معالجي دفع ملموسين يرثان من PaymentProcessor:
CreditCardProcessor:
- عضو خاص (private) باسم double feePercentage (معدل رسوم المعاملة)
- منشئ يأخذ معرف الحساب ونسبة الرسوم
- تنفيذ processPayment() لحساب الرسوم (amount * feePercentage / 100)، ثم طباعة:
  Credit Card [<accountId>]: Charged Credit Card [<accountId>]: Charged $<amount> (Fee: $<fee>)lt;amount> (Fee: Credit Card [<accountId>]: Charged $<amount> (Fee: $<fee>)lt;fee>)
- تنفيذ getProcessorName() ليعيد "CreditCard"
BankTransferProcessor:
- عضو خاص (private) باسم std::string bankName
- منشئ يأخذ معرف الحساب واسم البنك
- تنفيذ processPayment() لطباعة:
  Bank Transfer [<accountId>] via <bankName>: Transferred Bank Transfer [<accountId>] via <bankName>: Transferred $<amount>lt;amount>
- تنفيذ getProcessorName() ليعيد "BankTransfer"
main.cpp: اقرأ أربعة مدخلات (كل منها في سطر منفصل):
1. معرف حساب بطاقة الائتمان
2. نسبة رسوم بطاقة الائتمان (double)
3. معرف الحساب البنكي
4. اسم البنك
قم بإنشاء كلا معالجي الدفع وتخزينهما في مصفوفة من مؤشرات PaymentProcessor*. قم بمعالجة دفعة بقيمة 100.0 من خلال كل معالج، مع عرض اسم المعالج قبل كل معاملة:
```
Processing with <processorName>:
<processPayment output>
```
اطبع سطراً فارغاً بين المعالجين. قم بتنظيف الكائنات المخصصة ديناميكياً عند الانتهاء.

على سبيل المثال، مع المدخلات CC-4521، و 2.5، و BA-7890، و National Bank:

Processing with CreditCard:
Credit Card [CC-4521]: Charged $100 (Fee: $2.5)

Processing with BankTransfer:
Bank Transfer [BA-7890] via National Bank: Transferred $100

نظراً لأن PaymentProcessor يحتوي على دوال افتراضية بحتة، فلا يمكنك إنشاء كائن منه مباشرةً — يمكن فقط إنشاء التنفيذات الملموسة التي تفي بالعقد. يضمن ذلك أن توفر كل طريقة دفع منطق المعالجة الخاص بها.

ورقة مرجعية

يتم التصريح عن الدالة الافتراضية البحتة (pure virtual function) من خلال تعيين = 0 لدالة افتراضية، مما يشير إلى أنه ليس لها تنفيذ في الفئة الأساسية:

class Shape {
public:
    virtual double area() = 0;  // دالة افتراضية بحتة
    virtual ~Shape() = default;
};

تُنشئ الدوال الافتراضية البحتة عقداً يجب على الفئات المشتقة تنفيذه. تحدد الفئة الأساسية ماذا يجب القيام به، وليس كيفية القيام به.

يجب على الفئات المشتقة تجاوز (override) جميع الدوال الافتراضية البحتة لتكون قابلة للإنشاء:

class Circle : public Shape {
    double radius;
public:
    Circle(double r) : radius(r) {}
    
    double area() override {
        return 3.14159 * radius * radius;
    }
};

إذا لم تقم الفئة المشتقة بتنفيذ جميع الدوال الافتراضية البحتة، فإنها تصبح أيضاً فئة مجردة (abstract) ولا يمكن إنشاء كائنات منها.

استخدم الدوال الافتراضية البحتة عندما لا تستطيع الفئة الأساسية توفير تنفيذ افتراضي ذي معنى.

جرّب بنفسك

#include <iostream>
#include <string>
#include "PaymentMethods.h"

using namespace std;

int main() {
    // قراءة المدخلات
    string ccAccountId;
    double feePercentage;
    string bankAccountId;
    string bankName;
    
    getline(cin, ccAccountId);
    cin >> feePercentage;
    cin.ignore();
    getline(cin, bankAccountId);
    getline(cin, bankName);
    
    // TODO: إنشاء مصفوفة من مؤشرات PaymentProcessor* تحتوي على عنصرين
    
    // TODO: إنشاء كائنات CreditCardProcessor و BankTransferProcessor
    // وتخزينها في المصفوفة
    
    // TODO: المرور عبر المصفوفة وبشأن كل معالج:
    // 1. طباعة "Processing with <processorName>:"
    // 2. استدعاء processPayment بمبلغ 100.0
    // 3. طباعة سطر فارغ بين المعالجات (ليس بعد الأخير)
    
    // TODO: تنظيف الكائنات المخصصة ديناميكيًا
    
    return 0;
}