يعد نوع البيانات المجردة (ADT) مفهومًا عالي المستوى يقوم بتغليف البيانات والعمليات التي يمكن إجراؤها على البيانات. في الأساس، يحدد ADT فئة من الكائنات التي يتم تحديد سلوكها من خلال مجموعة من القيم ومجموعة من العمليات. يلعب هذا المفهوم دورًا محوريًا في تصميم البرامج وهندستها، مما يعزز تطوير برامج قوية ونموذجية.
الأصول والإشارات الأولى لنوع البيانات المجردة (ADT)
تم تقديم مفهوم نوع البيانات المجردة (ADT) رسميًا لأول مرة في السبعينيات من قبل باربرا ليسكوف وستيفن زيلز. لقد ناقشوا مفهوم ADT في ورقتهم البحثية المؤثرة، "البرمجة باستخدام أنواع البيانات المجردة"، المنشورة في وقائع ندوة حول اللغات عالية المستوى جدًا في عام 1974.
تعود جذور هذا المفهوم إلى حركة البرمجة المنظمة، التي سعت إلى تحسين موثوقية البرامج وإنتاجية المطورين من خلال إدخال الانضباط والنمطية في هياكل البرامج. أصبح نوع البيانات المجردة حجر الزاوية في هذا النموذج.
فهم نوع البيانات المجردة (ADT)
نوع البيانات المجردة (ADT) هو بنية بيانات يتم تعريفها بشكل غير مباشر من خلال العمليات التي يمكن تنفيذها عليها، وخصائص تلك العمليات. تقوم أدوات ADT بتغليف البيانات وإخفائها عن العالم الخارجي. يمكن فقط استخدام العمليات المحددة في البيانات لمعالجتها.
يتم استخدام ADTs لتحديد سلوك أنواع البيانات، حيث لا يتم الكشف عن طريقة تنفيذ نوع البيانات، ويتم تحديد السلوك فقط. أدوات التكيف المسبق هي وسيلة لفصل السلوك عن التنفيذ.
هيكل وأداء نوع البيانات المجردة (ADT)
المكونات الرئيسية لنوع البيانات المجردة (ADT) هي:
- بيانات: القيم التي يمكن أن يحملها نوع البيانات.
- عمليات: الطرق التي يمكن من خلالها معالجة البيانات.
يتم إخفاء البيانات من الوصول المباشر (التغليف)، ولا يمكن معالجتها إلا باستخدام العمليات المحددة لـ ADT. هذا التغليف هو ما يجعل نوع البيانات "مجردًا".
يمكن تقسيم العمليات إلى نوعين:
- البنائين: يتم استخدامها لإنشاء مثيلات ADT.
- المتلاعبون: يتم استخدامها لمعالجة البيانات في مثيلات ADT.
الميزات الرئيسية لنوع البيانات المجردة (ADT)
تتضمن الخصائص الأساسية لنوع البيانات المجردة (ADT) ما يلي:
- التجريد: تفاصيل تنفيذ نوع البيانات مخفية. يتم كشف المعلومات الضرورية فقط.
- التغليف: يتم تجميع البيانات والعمليات على تلك البيانات معًا.
- إخفاء المعلومات: لا يمكن الوصول إلى البيانات الموجودة داخل ADT مباشرة. لا يمكن معالجتها إلا من خلال العمليات المحددة لـ ADT.
أنواع نوع البيانات المجردة (ADT)
تتضمن أنواع البيانات المجردة شائعة الاستخدام ما يلي:
- قائمة ADT: مجموعة مرتبة من العناصر، حيث يكون لكل عنصر موضع محدد.
- كومة ADT: مجموعة من العناصر التي تتم إضافة عناصر إليها أو إزالتها من طرف واحد، وغالبًا ما تسمى "الجزء العلوي".
- قائمة الانتظار ADT: مجموعة يتم فيها إضافة العناصر من أحد الطرفين ("الخلفي") وإزالتها من الطرف الآخر ("الأمامي").
- ملحق الرسم البياني: مجموعة من العقد متصلة بواسطة الحواف.
- إضافة الشجرة: مجموعة من العقد حيث تحتوي كل عقدة على صفر أو أكثر من العقد الفرعية.
استخدام نوع البيانات المجردة (ADT): المشاكل والحلول
تستخدم أنواع البيانات المجردة على نطاق واسع في تطوير البرمجيات. إنها توفر طريقة منهجية لإدارة الأنظمة المعقدة عن طريق تقسيمها إلى أجزاء أصغر وأكثر قابلية للإدارة.
ومع ذلك، فإنها يمكن أن تؤدي في بعض الأحيان إلى عدم الكفاءة بسبب التجريد، وخاصة في التطبيقات ذات الأداء الحيوي. وذلك لأن الطبقة المجردة يمكنها تقديم حمل حسابي إضافي. غالبًا ما يكون الحل لهذا هو التصميم الدقيق، مع الأخذ في الاعتبار المفاضلات بين التجريد والأداء، وربما النزول إلى مستوى أقل من التجريد عند الضرورة.
الخصائص والمقارنات مع المصطلحات المماثلة
| نوع البيانات المجردة (ADT) | هيكل البيانات | فصل | |
|---|---|---|---|
| تعريف | نوع من البيانات يحدده سلوكها (دلالاتها) | التنفيذ الملموس لـ ADT في لغة البرمجة | مخطط لإنشاء كائنات (بنية بيانات معينة) في البرمجة الشيئية |
| إخفاء المعلومات | نعم | لا | نعم |
| التغليف | نعم | لا | نعم |
وجهات النظر المستقبلية المتعلقة بنوع البيانات المجردة (ADT)
سيستمر مفهوم أنواع البيانات المجردة في لعب دور أساسي في هندسة البرمجيات المستقبلية، خاصة مع الاهتمام المتزايد بالطرق الرسمية ونظرية النوع. علاوة على ذلك، وبينما نتحرك نحو المزيد من نماذج الحوسبة المتزامنة والموزعة، ستكون تقنيات التكيف الرقمي ضرورية لتوفير التجريدات اللازمة للتفكير في التعقيد وإدارته.
اقتران الخوادم الوكيلة بنوع البيانات المجردة (ADT)
تتعامل الخوادم الوكيلة، مثل ADTs، مع مبدأ التجريد. يعمل الخادم الوكيل كوسيط للطلبات المقدمة من العملاء الذين يبحثون عن موارد من خوادم أخرى. في الجوهر، يلخص الخادم الوكيل التعقيدات الأساسية لطلبات الشبكة واستجاباتها، مثلما يلخص ADT تعقيدات البيانات والعمليات على البيانات.
يمكن أن يكون استخدام ADTs مفيدًا في تصميم برامج الخادم الوكيل، مما يساعد على بناء تطبيقات شبكة معيارية وفعالة وقوية.
روابط ذات علاقة
لمزيد من المعلومات التفصيلية حول أنواع البيانات المجردة، يرجى الرجوع إلى الموارد التالية:
- البرمجة مع أنواع البيانات المجردة – الورقة الأصلية بقلم باربرا ليسكوف وستيفن زيلز.
- هياكل البيانات والخوارزميات - كتاب ألفريد أهو، وجون هوبكروفت، وجيفري أولمان.
- نوع البيانات المجردة – مقالة ويكيبيديا عن ADTs.
