يشير التجريد، في مجال علوم الكمبيوتر، إلى ممارسة عزل أو استخلاص صفات أو تفاصيل محددة لنظام أو وظيفة أو عملية، مما يسمح للشخص بفهم أو تصور النظام على مستوى أعلى. إنه أحد أهم المبادئ الأساسية في علوم الكمبيوتر وهندسة البرمجيات، والتي يقوم عليها تصميم الأنظمة والتقنيات المعقدة.
نشأة التجريد
بدأ مفهوم التجريد، على الرغم من قدمه في الفلسفة والمنطق، في التغلغل في مجال علوم الكمبيوتر مع ظهور لغات البرمجة عالية المستوى في منتصف القرن العشرين. يمكن إرجاع أول ذكر للتجريد في سياق علوم الكمبيوتر إلى أواخر الخمسينيات من القرن الماضي، عند ظهور لغات مثل فورتران.
كانت لغة فورتران، وهي اختصار لـ "ترجمة الفورمولا"، واحدة من أولى لغات البرمجة عالية المستوى. لقد أدخل التجريد إلى الحوسبة من خلال السماح للمبرمجين بكتابة التعليمات البرمجية في شكل أكثر قابلية للفهم من قبل الإنسان، مما أدى إلى إبعادهم بشكل فعال عن الفروق الدقيقة في لغة الآلة.
تعقيدات التجريد
يعمل التجريد على تبسيط الأنظمة المعقدة عن طريق تقسيمها إلى أجزاء يمكن التحكم فيها. وهو يفعل ذلك عن طريق إخفاء أو تجريد التفاصيل ذات المستوى المنخفض للنظام، مع التركيز فقط على الوظائف عالية المستوى. وهذا يسمح للمرء ببناء وفهم الأنظمة المعقدة عن طريق وضع التجريدات فوق بعضها البعض، مما يوفر مستوى من البساطة وسهولة الاستخدام للمبرمجين.
في البرمجة، على سبيل المثال، تقوم الدالة بتغليف مهمة أو عملية حسابية محددة. إن تنفيذ الوظيفة – أي كيفية تحقيق مهمتها – يكون مخفيًا عن المبرمج، الذي يحتاج فقط إلى معرفة مدخلاتها ومخرجاتها. هذا مثال على التجريد.
التجريد موجود في أشكال مختلفة في جميع مجالات علوم الكمبيوتر، مثل تجريد البيانات، وتجريد التحكم، وتجريد الأجهزة، والمزيد.
الأعمال الداخلية للتجريد
يعمل التجريد عن طريق إزالة أو إخفاء أي تفاصيل غير ضرورية، مع ترك الخصائص الضرورية فقط. وبالتالي فهو بمثابة أداة لإدارة التعقيد.
في سياق البرمجة، على سبيل المثال، يمكن لمطور البرامج إنشاء وظيفة (تجريد) لفرز قائمة من الأرقام. يمكن للمطور بعد ذلك استخدام هذه الوظيفة في أي مكان يحتاج إليه لفرز القائمة، دون القلق بشأن كيفية عمل الوظيفة داخليًا. يؤدي هذا إلى إخفاء تعقيد خوارزمية الفرز، مما يسهل قراءة التعليمات البرمجية وصيانتها.
الميزات الرئيسية للتجريد
- بساطة: يعمل التجريد على تبسيط الأنظمة المعقدة عن طريق إخفاء التفاصيل ذات المستوى الأدنى.
- قابلية إعادة الاستخدام: يمكن إعادة استخدام الوظائف أو الوحدات التي تم إنشاؤها باستخدام التجريد عبر أجزاء مختلفة من النظام أو في أنظمة مختلفة.
- نمطية: يعزز التجريد النمطية من خلال تمكين الشخص من بناء أنظمة معقدة من أجزاء أبسط ومكتفية بذاتها.
- قابلية الصيانة: من خلال عزل التبعيات والتفاصيل، يجعل التجريد الأنظمة أسهل في الصيانة والتعديل.
أنواع التجريد
هناك عدة أنواع من التجريد في علوم الكمبيوتر:
- تجريد البيانات: يخفي التفاصيل المتعلقة بتخزين البيانات ومعالجتها، مع التركيز على الميزات الأساسية.
- التجريد الإجرائي: يسمح بتغليف سلسلة من العمليات، وإخفاء تفاصيل كيفية عملها.
- تجريد الأجهزة: يسمح بتشغيل البرامج على أنظمة أجهزة مختلفة دون تعديل.
الاستخدام وحل المشكلات مع التجريد
يستخدم التجريد على نطاق واسع في تطوير البرمجيات، وتصميم النظام، وتصميم واجهة المستخدم، وحل المشكلات، والمزيد. فهو يسمح للمطورين بمعالجة المشكلات المعقدة عن طريق تقسيمها إلى أجزاء أبسط يمكن التحكم فيها.
إحدى المشاكل الشائعة في التجريد هي إمكانية إجراء مقايضات في الأداء. مع زيادة طبقات التجريد، يمكن أن يكون هناك انخفاض مماثل في الأداء. يمكن تخفيف ذلك غالبًا من خلال تصميم النظام وتحسينه بعناية.
مقارنة مع مصطلحات مماثلة
| شرط | وصف | العلاقة بالتجريد |
|---|---|---|
| التغليف | تجميع البيانات مع الأساليب التي تعمل على تلك البيانات. | شكل من أشكال التجريد حيث يتم الجمع بين البيانات والسلوك. |
| تعدد الأشكال | قدرة الكائن على اتخاذ أشكال عديدة. | شكل أكثر تقدمًا من التجريد في البرمجة الشيئية. |
| ميراث | القدرة على إنشاء فئات جديدة بناءً على الفئات الموجودة. | يسمح بتجريد السمات والسلوكيات المشتركة. |
وجهات النظر المستقبلية والتقنيات
يستمر التجريد في لعب دور حاسم في تطوير التقنيات الناشئة. على سبيل المثال، في الحوسبة السحابية، يتم استخدام التجريد لتقديم البنية التحتية المعقدة كخدمات سهلة الاستخدام. وبالمثل، في التعلم الآلي والذكاء الاصطناعي، يتم استخدام التجريد لتبسيط الخوارزميات المعقدة والنماذج الإحصائية للمستخدمين النهائيين.
التجريد والخوادم الوكيلة
في سياق الخوادم الوكيلة، يمكن فهم التجريد على أنه الطبقة التي تخفي تعقيد بروتوكولات الشبكة وعملياتها. يتفاعل المستخدمون مع الخادم الوكيل دون الحاجة إلى فهم تفاصيل اتصالات الشبكة أو توجيه IP أو بروتوكولات الأمان. على سبيل المثال، يقوم OneProxy بتجريد هذه التعقيدات، مما يوفر للمستخدمين خدمة سهلة الاستخدام لإدارة وتوجيه حركة مرور الشبكة الخاصة بهم.
