لوحة المتصدرين

Android هو نظام تشغيل مفتوح المصدر مبني على نواة لينكس مع إضافة بعض التعديلات عليها ليعمل النظام على الهواتف المحمولة والحواسيب اللوحية، وغيرهما من الأجهزة الذكية المختلفة، ويتم تطوير إصدارات النظام بواسطة شركة جوجل. الطبقات الرئيسية المكونة لنظام أندرويد الصورة التالية توضح الهيكل الداخلي للأندرويد والطبقات الرئيسية المكونة لنظام التشغيل. ينقسم نظام التشغيل إلى خمس طبقات وظيفتها كالآتي: طبقة التطبيقات Application Layer (الطبقة العلوية) وهي الطبقة التي نتعامل معها دائمًا كمستخدمين لنظام التشغيل، فهي تحتوي على تطبيقات النظام والتطبيقات التي نقوم بتحميلها من المتجر -وهي الطبقة التي سيعمل فيها تطبيقك في آخر هذا الدرس-، أمثلة على ذلك تطبيق الاتصال وتطبيق البريد الإلكتروني وتطبيق المتصفح. الطبقة الخاصة ببيئة عمل التطبيقات Application Framework Layer تحتوي تلك الطبقة على مكتبات بُنيت بلغة الجافا خصّيصًا لنظام تشغيل أندرويد وتوفر هذه المكتبات طرق الوصول إلى الموارد الخاصة بالهاتف مما يجعل تطوير التطبيقات أسهل -وهي الطبقة التي سنتعامل معها كمطوري تطبيقات للأندرويد- وأمثلة على ذلك: View System: وهي مكتبة تحتوي على العناصر اللازمة لإنشاء واجهة المستخدم مثل TextViews و Buttons و Checkboxes و غيرها من العناصر الخاصة بواجهة المستخدم. Notification Manager: تحتوي هذه المكتبة على العناصر اللازمة لإنشاء و إرسال الإشعارات للمستخدم الخاصة بتطبيقك. Telephony Manager: وهي المكتبة المسؤولة عن استقبال و إرسال المكالمات الهاتفية من داخل تطبيقك. Location Manager: وهي المكتبة المسؤولة عن تحديد المواقع باستخدام GPS Sensors المتواجدة بالهاتف. أسفل هذه الطبقة سنجد طبقة خاصة تنقسم إلى جزئين: طبقة المكتبات المطورة بلغة C و ++C (المعروفة باسم Libraries Layer) وتحتوي هذه الطبقة على مكتبات مكتوبة بلغة C لقدرة لغة C على القيام بالمهام القوية بشكل كفء دون إهدار لموارد النظام. أمثلة على ذلك: SQLite: تستخدم للتعامل مع قواعد البيانات. OpenGL|ES: تستخدم للتعامل مع الرسوميات ثنائية و ثلاثية الأبعاد و تستخدم بشكل أكبر مع ثلاثية الأبعاد. FreeType: تستخدم للتعامل مع أنواع الخطوط المختلفة. Media FrameWork: تستخدم للتعامل مع الصيغ المختلفة لملفات الفيديو. Android Runtime و تحتوى هذه الطبقة على مجموعة من المكتبات والتي تجعل المطور قادر على برمجة التطبيقات باستخدام لغة الجافا. كما تحتوى على الآلة الافتراضية (Virtual Machine) المسؤولة عن تشغيل التطبيقات والتي تم تطويرها لكي تعمل على الهواتف المحمولة وتتميز باستهلاكها القليل للموارد من الذاكرة العشوائية والمعالج وبطارية الهاتف وتسمى بـ Dalvik Virtual machine. ويعمل كل تطبيق داخل نسخة خاصة به من الآلة الافتراضية مما يميزها بالأمان فالتطبيق لا يستطيع أن يرى باقي التطبيقات ولا يستطيع الوصول إلى بيانات من داخل الهاتف دون علم المستخدم ومنحه الصلاحيات اللازمة لذلك - تلك الصلاحيات التي يتم منحها للتطبيق عند تحميله من المتجر- لذلك ينصح بالتدقيق فيما يحتاجه التطبيق من صلاحيات وألا تقوم بتحميل تطبيقات ذات صلاحيات زائدة عن حاجة التطبيق لكي يعمل ، وصُممت الآلة الافتراضية بطريقة تجعل أكثر من نسخة من الآلة الافتراضية تعمل معًا بسلاسة وذلك لكي يصبح المستخدم قادراً على تشغيل واستخدام أكثر من تطبيق معًا دون الشعور باختلاف في الأداء. طبقة النواة (Kernel) وهي الطبقة المسؤولة عن التعامل مع العتاد المختلف للهواتف فتحتوي على التعريفات الأساسية الخاصة بهذا العتاد كما توفر طريقة أبسط للطبقة العلوية للوصول لمميزات العتاد وهي نفس نواة لينكس. تعتبر كل طبقة هي حلقة الوصل بينها وبين ما فوقها أو تحتها من طبقات، وكلما أتجهنا للأسفل كلما استُخدمت لغات وطرق أقرب في تعاملها مع العتاد كلغة C أو الأسمبلي مثلاً وكلما صعدنا للأعلى كلما استُخدمت لغات وطرق أسهل للمستخدم وتقدم خدمات غنية له كالجافا مثلاً. إصدارات أندرويد قبل البدء بتطوير التطبيقات ينبغي علينا معرفة ما هي إصدارات أندرويد، سأقوم سريعًا بذكر كافة إصدارات أندرويد المختلفة ورقم الإصدار ورقم الـ API الخاص بها. Cupcake 1.5 API 3 Dount 1.6 API 4 Eclair 2.0 API 5 Froyo 2.2 API 8 Gingerbread 2.3.3 API 10 Honeycomb 3.0 API 11 Ice Cream sandwich 4.0 API 14 Jellybean 4.1 API 16 Kitkat 4.4 API 19 Lollipop 5.0 API 22 Marshmallow 6.0 API 23 بعد أن تعرفنا على إصدارات أندرويد تبقى علينا معرفة عدد مستخدمي كل إصدار منهم لأنه ليس بالضرورة أن يكون أحدث إصدار هو الأفضل لتطوير التطبيقات من أجله، فعدد المستخدمين لهذا الإصدار أحد العوامل المحددة لذلك. تقوم جوجل شهرياً بنشر إحصائيات عن عدد مستخدمي كل إصدار من إصدارات أندرويد ويمكنك معرفتها عن طريق الرسم البياني التالي. لكل إصدار من إصدارات أندرويد مزايا خاصة أُضيفت له لم تكن متوافرة في الإصدارات الأقدم، ولكي تستطيع بناء هذه المزايا في تطبيقك ينبغي اختيار الإصدار الأدنى المناسب لمزايا تطبيقك لأنك تستطيع دعم المزايا الخاصة بالإصدار الأدنى فقط، لذا كلما قمنا بدعم إصدارات أقدم كلما فقدنا المزايا الحديثة وفي المقابل نحصل على عدد مستخدمين أكثر وإذا قمنا بدعم أحدث الإصدارات سوف نحصل على مزايا أكثر وعدد مستخدمين أقل. لذا سنختار الحد الأدنى الذي سنحتاجه من المزايا دون خسارة عدد المستخدمين، وإصدار Jellybean يتيح لك مزايا جيدة واستهداف عدد مستخدمين أكبر لأن تطبيقك سيعمل على كل من Jellybean و kitkat و lollipop و marshmallow وما سيأتي بعد ذلك من إصدارات أحدث وهو كما يتضح في الرسم البياني السابق أكثر من 90% من مستخدمي أندرويد، ولكنه لن يعمل على أي هاتف يعمل بإصدار أقدم من Jellybean. المتطلبات للبدء ببرمجة تطبيقات أندرويد كل ما تحتاجه هو حاسوب يعمل بأي نظام من أنظمة التشغيل الرئيسية -ويندوز أو لينكس أو ماك- لتبدأ معنا هذه الدروس. لا يوجد حاجة لمعرفة سابقة بلغة برمجة فسنتعلم معاً ما نحتاج إليه. هذه الدروس موجهة بشكل أساسي للمبتدئين. البرامج التي سنعمل عليها خلال الدروس القادمة: JDK Android Studio قم بتحميل هذه البرامج وبتثبيتها على جهازك. ملاحظة: ينبغي تثبيت JDK أولاً قبل البدء في تثبيت Android Studio حيث أنه يحتاج إليه عند التثبيت. إنشاء مشروع جديد الآن بعد الانتهاء من تثبيت البرامج اللازمة لتطوير تطبيقات أندرويد دعنا نُنشئ مشروعنا الأول وهو مشروع "أهلاً بالعالم Hello World". قم بفتح برنامج Android Studio واختر Start a new android studio project من القائمة. قم باختيار اسم التطبيق الخاص بك ثم اكتب نطاق موقعك – إن وجد – أو قم بكتابة الاسم كما هو موجود في الصورة وسيتم شرح فائدة هذا الاسم لاحقاً. اختر تطوير التطبيق من أجل Phone and Tablet ثم اختر إصدار Jellybean كإصدار أدنى كما ذكرنا سابقًا. اختر Blank Activity ثم أضغط Next. سنبقي هذه الخانات على حالتها الافتراضية حيث يمكننا تغييرها فيما بعد وأضغط Finish. تم إنشاء أول مشروع لك بنجاح. ملفات ومجلدات المشروع دعنا الآن نستعرض بيئة التطوير وما توفره لنا كمطورين من مزايا. على اليسار هناك ثلاثة ملفات / مُجلّدات رئيسية تكونت تلقائياً بداخل app وهي: manifests java res مجلد manifest والذي يحتوي على ملف AndroidManifest.xml ويعتبر هذا الملف مهم جداً لنظام أندرويد لما يقدمه من معلومات أساسية للنظام قبل أن يقوم بتشغيله، أبرز هذه المعلومات: يحتوي على اسم الحزمة Package Name: وهو اسم مميز للتطبيق لتمييزه عن باقي التطبيقات المتواجدة على الهاتف ، فمثلاً إن كان اسم تطبيقك Gallery و هناك تطبيق آخر على الهاتف يسمى Gallery كيف يستطيع النظام التفرقة بين صلاحيات كل منهما و معلوماتهما الخاصة؟ يقوم النظام بتمييزهما عن طريق Package Name لذا فهو يعتبر اسمًا مُميّزًا لتطبيقك لا ينبغي أن يتشابه مع Package Name لأي تطبيق آخر ، من أجل ذلك وضعت قواعد لتسمية الـ Package أهمها هو أن تجعل تطبيقك على هيئة اسم نطاق لموقعك - إن وجد – فمثلا نجد شركة Google عند تسمية حزم تطبيقاتها تستخدم com.google.appName فيكون لها اسم حزمة Package Name فريد لا يتكرر. ملحوظة: يتم تحديد Package Name عند إنشاء التطبيق في الخانة الخاصة بالـ Company Domain. يقوم بتعريف المكونات الأساسية التي يتكون منها التطبيق الخاص بك: سوف نتعرف على هذه المكونات في الدرس التالي، ويتكون التطبيق من أحد هذه المكونات أو أكثر على حسب حاجة التطبيق. يحتوي الإصدار الأدنى الذي يعمل التطبيق معه وهو ما قمنا بتحديده مسبقا عند إنشاء للمشروع. يحتوي على الصلاحيات التي سيعطيها النظام للتطبيق –إن وجدت-. يحتوي على الصلاحيات التي يجب على التطبيقات الأخرى أن تطلبها إن أرادت أن تتبادل معلومات مع تطبيقك. لذا يعتبر هذا الملف من الملفات الأساسية التي يعتمد عليها النظام في تحديد كيفية التعامل مع التطبيق وإذا لم يتم تحديد كل شيء بشكل صحيح فذلك يعرض تطبيقك إلى ألا يعمل. مجلد java يختص هذا المُجلّد بالشيفرة التى سنكتبها للتطبيق و هي الشيفرة الذى يحدد وظيفة التطبيق و استجابة الواجهة و تنفيذها للأوامر. مجلد res و يهتم هذا المُجلّد بكل الموارد التي يتعامل معها التطبيق من صور و عناصر مكونة لواجهة المستخدم و عناصر مكونة للقوائم ويتكون من مجموعة من المجلّدات المرتبة كالآتي: drawable ويخص هذا المُجلد كافة الصور التي سيتم استخدامها في التطبيق. layout ويخص هذا المجلد بالتصميم الخاص بواجهة المستخدم و ما تحتويه من عناصر مختلفة. menu ويخص هذا المجلد بالقوائم و ما تحتويه من عناصر. mipmap ويخص هذا المجلد بالأيقونة الخاصة بالتطبيق فقط. values ويحتوى هذا المجلد على ملفات أخرى لكل منها وظيفة مختلفة و لكنها تشترك في فكرة عامة واحدة وهي جعل التطبيق أكثر مرونة لدعم دقة الشاشات المختلفة و الأحجام المختلفة ودعم اللغات المختلفة كما سنرى لاحقا في الدروس القادمة. المحاكي Simulator كما تتميز بيئة تطوير Android Studio بأنها بيئة تطوير متكاملة وتحتوي على ما يحتاجه المطور من أدوات لصنع تطبيق أندرويد فكما رأينا فهي تحتوي على مستعرض للمشروع وملفاته وتحتوي على المترجم الخاص والذي يحول الشيفرة إلى صيغته التنفيذية والتي تعمل على الهواتف وأيضاً تحتوي على محاكي للهواتف والحواسيب اللوحية ونستطيع تجربته عن طريق الضغط على (AVD (Android Virtual Device من داخل Android Studio في شريط القوائم وسنجد أنه تلقائياُ لديه هاتف جاهز للعمل. كما يمكنك أن تقوم بصنع محاكي آخر عن طريق الضغط على Create Virtual Device. الآن قم بتشغيل المحاكي و انتظر حتى يعمل كالتالي. قد يأخذ المحاكي بعض الوقت خاصة عند تشغيله أول مرة لذا ينصح دائما أن تقوم بتشغيل المحاكي قبل أن تقوم بتجربة التطبيق بفترة كافية. لتجربة التطبيق الذي قمنا بإنشائه على المحاكي من داخل android studio اضغط على الأيقونة Run ثم انتظر حتى تظهر أمامك شاشة يظهر فيها اسم المحاكي. ثم اختر المحاكي وأضغط ok. ستجد التطبيق يعمل الآن على المحاكي. ملحوظة: عند إنشاء أي مشروع داخل بيئة عمل Android Studio يقوم تلقائياً بإنشاء مشروع يعرض فقط كلمة !Hello World أمام المستخدم وهو الذي شاهدناه في الصورة السابقة حيث أننا لم نقوم بتغيير أي شيء في المشروع الأصلي. بهذا نكون قد وصلنا إلى نهاية أول دروسنا من هذه السلسة وإلى لقاء قريب بإذن الله، في انتظار تجربتكم وما مررتم به من مشاكل إن وجدت.

إذا كنت مهتما بتعلم البرمجة، فعلى الأرجح أنك رأيت هذا الاقتباس من قبل: في الحقيقة لا أبالغ إن قلت أن البرمجة أصبحت من أهم المهارات في عصرنا الحالي، وذلك لأنها دخلت في جميع مجالات حياتنا سواءً كنا ندرك ذلك أم لا فانطلاقًا من الهواتف المحمولة ومرورًا بالمنازل والشاشات الذكية وانتهاءً بالسيارات ذاتية القيادة. كل شيء من حولنا لم نكن لنراه بهذا الشكل لولا البرمجة، فأنا على سبيل المثال أكتب وأعدل هذا الموضوع من خلال برنامج بُرمج عبر لغة برمجة وأنت تقرأه على الإنترنت باستخدام برنامج (المتصفح) وربما رأيته على مواقع التواصل الاجتماعي وكُلها برامج أيضًا. ومما لا شك فيه أن تعلم البرمجة أصبح ضرورة مُلحة في هذا العصر بل إن تعلمك لها سيزيد من فرصك بشكل كبير في الحصول على عمل. ولقد تحدثنا في مقالٍ سابق عن كيفية تعلم البرمجة والدخول إلى هذا المجال من أوسع أبوابه (إن كنت حديث عهدٍ في البرمجة أو تخطط للبدء بها، فننصحك بقراءته قبل إكمال هذا المقال) وسوف نتحدث في هذا المقال عن أكثر المهارات صعوبةً في احتراف البرمجة ألا وهي «حل المشاكل». حل المشكلات وارتباطها بالبرمجة لطالما وقفنا حائرين أمام مشكلةٍ ما ونسأل أنفسنا ماهي الطريقة الصحيحة للخروج من هذا المأزق؟ هل ستكون طريقة الحلّ التي أتبعها مشابهة للطريقة التي يتبعها المبرمجين المحترفين؟ كيف أستطيع أن أفكر مثلما يفكر المبرمجين المحترفين؟ في البداية وقبل الخوض في التفاصيل دعنا نُعرف البرمجة بحد ذاتها ولنذهب للمقال السابق ونلقي نظرة سريعة عليها: نلاحظ أن التعريف السابق صحيح ولكنه مُقْتضَب ولا يقدم لنا المعنى الكامل والدقيق للبرمجة لذا لابدّ لنا من تعريفٍ أكثر دقة وموضوعية يساعدنا في فهم هذا المقال. يعرف موقع HackerRank في تقريره عن مهارات المطورين بعام 2018: نستنتج مما سبق أن البرمجة تعتمد اعتمادًا أساسيًا على التفكير المنطقي والرياضي والقدرة على حلّ المشاكل وإن لغات البرمجة ما هي إلا وسيلة للتخاطب مع الحاسوب. إذن الأمر كله يتعلق بتطوير قدرتك في حلّ المشاكل وجعل هذه العملية سهلة وسلسة بنفس الوقت لذا فاسمح لي بأن آخذك معي برحلة صغيرة في هذا المقال نتعرف فيها على أهمية حلّ المشاكل وضرورتها في مشوارك البرمجي. دورة علوم الحاسوب دورة تدريبية متكاملة تضعك على بوابة الاحتراف في تعلم أساسيات البرمجة وعلوم الحاسوب اشترك الآن لماذا حلّ المشاكل مهم؟ تأتي أهمية حل المشاكل من كونها من أكثر المهارات المطلوبة عالميًا فوفقًا لتقرير أصدره موقع HackerRank جاء فيه: احتلت مهارة حلّ المشاكلالمرتبة الأولى بنسبة 94.9% لأكثر مهارة مطلوبة لأصحاب الشركات سواء الصغيرة منها أو الكبيرة. وعلى الصعيد العملي، إن عملية بناء أي شيء من الصفر سواء أكانت آلة معينة أو أي مُنتج جديد ستواجه الكثير من المشاكل في البداية، فعلى سبيل المثال بناء خدمات أمازون السحابية (AWS)، والّتي جاءت حلًا لمشكلة النفقات العالية للبنية التحتية لتجارتها الإلكترونية بالإضافة إلى الوقت الطويل الّتي تحتاجه في عملية البناء والذي شكل تحدي كبير في إمكانية توسع الشركة، إلى أن جاء آندي جاسي كبير مستشاري جيف بيزوس في ذلك الوقت والذي استطاع إيجاد حلّ لهذه المشكلة ولم يتوقف عند ذلك الحد وإنما أختار تحويل هذا الحلّ إلى خط أعمال جديد تحت أسم خدمات أمازون السحابية والّتي بلغت عائداتها السنوية لعام 2018 قيمة تناهز 25 مليار دولار. نجد من التجربة السابقة أنه حصلت مشكلة فأُوجِد لها حلًا وأثناء خلق حل للمشكلة ظهرت الكثير من المشاكل الأخرى لتقع في سلسلة من المشاكل لا تنتهي. وبعد حلّ جميع المشاكل سيصبح المنتج جاهزًا للعمل، أي أن دورة حياة أي منتج سواءً أكان برمجيًا أو ماديًا ستحتوي على المشاكل، وبناءً على ذلك تكون مهارة حل المشاكل اللَبِنَة الأساسية في بناء مشوارك البرمجي، والّتي يجب علينا الإهتمام بها عند الإقدام على تعلّم البرمجة. تكون طريقة تعاملنا مع المشاكل غير منظمة وعشوائية في أغلب الأحيان، فمعظمُ المبرمجين الجُدد يَبْدَؤُونَ بحلّ أي مشكلة تُواجهُهُم بالطريقة التالية: جرّب أي حلّ للمشكلة. إذا لم ينجح الحلّ الأول حاول أن تجرّب أي حلّ آخر. إذا لم يفلح الحلّ كرر الخطوة الثانية إلى أن تصل إلى الحلّ. لا يحصل هذا الأمر مع المبرمجين فقط، وإنما يحصل مع أي شخص يواجه مشكلة ولا يستعن على حلها بالتحليل والتفكير المنطقي. في الحقيقة، قد يحالفك الحظ أحيانًا ويتم حلّ المشكلة ولكن كن حذرًا! فهذه هي الطريقة الأسوأ لحلّ المشكلات بل وإنها ستهدر وقتك بشكل كبير لذا من الأفضل استخدام طريقة منظمة توصلنا للحلّ، واسمح لي بأن أشاركك طريقة شاملة توصلك إلى حلّ أي مشكلة قد تواجهك. بناء خطة حلّ شاملة إن خطة الحلّ الشاملة هي مجموعة من الخطوات الَّتي تتبعها لحلّ أي مشكلة تواجهك، حيث تكون هذه الخطة عامة وتخصص بحسب المشكلة، وهي ليست تعليمات ثابتة وإنما مبادئ ننطلق منها جميعًا، وكلٌ منا يطبقها بأسلوبه الخاص، وفي نهاية المطاف إذا انطلقنا جميعًا من نفس المبادئ، فسنصل حكمًا على نفس جودة الحلّ أيضًا. إن هذه الخطة مؤلفة من عدة أجزاء ويناقش كلّ جزء فيها جانبًا معينًا من المشكلة إلى أن نصل للحلّ، وهي على الشكل التالي: 1. فهم المشكلة إن فهمنا للمشكلة المطروحة هي الخطوة الأكثر صعوبة في طريقنا لحلّها، بل إن أكثر المشاكل تأتي صعوبتها من عدم تمكننا من فهم عميق لها. ولكن متى تعلم بأنك استطعت فهم المشكلة؟ إذا كنت قادرًا على شرحها بكلمات واضحة وسهلة بحيث يستطيع أي شخص فهمها عندها تكون بالفعل قد فهمت المشكلة. هل تذكر عندما كنت عالقًا في مشكلة وبدأت بشرحها فوجدت أخطاء منطقية كثيرة لم تكن قد انتبهت لها من قبل؟ أغلب المبرمجين قد مروا بهذه الحالة من قبل، لذلك من الأفضل دومًا أن تكتب المشكلة الَّتي تواجهك باستخدام مخططات الحالة (State diagram وهي نوع من المخططات الَّتي تستخدم لتوصيف سلوك نظام ما) أو بأن تخبر شخص آخر عن المشكلة سواءً أكان زميل لك في الشركة أو عضو في الفريق أو أي شخص أخر. شاع بين المبرمجين استخدام البطة المطاطية في شرح أجزاء المشكلة لها لفهمها وإيجاد حل لها. يعد أسلوب البطة المطاطية في تنقيح الأخطاء من أكثر الأساليب سهولة وبساطة، إذ يضع المبرمج بطةً بجوار حاسوبه، وعند مواجهته لأي مشكلة يشرع في شرح الشيفرة البرمجية للبطة وما هي النتيجة المرتقبة من الشيفرة وموازنتها مع النتيجة الحالية وغالبًا ما يجد الخطأ أثناء شرحه. وخلاصة لهذه الخطوة أنقل إليك مقولة ألبرت أينشتاين: 2. تحليل المشكلة إن تقسيم المشكلة يلعب دورًا مهمًا في طريقك لإيجاد الحلّ، لذا حاول أن تقسّمها إلى أجزاء صغيرة ثمّ حُلّ كلَّ جزء منها على حدة ويُنصح في البداية بحلّ أسهل جزء منها ومن ثمّ الأصعب فالأصعب وهكذا إلى أن يتمّ حلّ جميع أجزائها، وبعدها إجمع هذه الأجزاء مع بعضها للحصول على الحلّ النهائي للمشكلة الأصلية (الكبيرة). منذ فترة كنا بصدد برمجة إضافة لمتصفح غوغل كروم بهدف تسهيل مهمة لموقع ما، فقررنا تجربة هذه الطريقة وبدأنا بتقسّيم المهمة على أجزاء ثم عملنا على حلّ كل جزء منها، وبعدها جمعنا هذه الأجزاء مع بعضها بعضًا لبناء الإضافة، وبالفعل كان العمل بهذه الطريقة سهلًا جدًا ومريحًا كما لم نعهده من قبل. في بعض الأحيان عندما تواجه شيفرات برمجية كتبها مبرمجون لا يتبعون مبادئ SOLID (وهي مجموعة من العادات والمبادئ الَّتي يتبعها المبرمجون للحصول على شيفرة برمجية قابلة للصيانة وسهلة التعديل والتكيف مع متطلبات المشروع المتغيرة)، وغالبًا ما تكون شيفرات أولئك المبرمجين غيرمفهمومة ومتشابكة ويطلق عليها اسم Spaghetti code (تكون هذه الشيفرات ذات بنية معقدة ومتشابكة وصعبة القراءة وغير مرتبة أي تكون مثل المعكرونة ملتوية ومتشابكة) ولنفرض أنه طُلبَ منك تعديل هذه الشيفرة أو إضافة وظائف جديدة إليها،عندها حتمًا ستواجه العديد من المشاكل في عملية تقسيم المشكلة ومعرفة أي جزء من الشيفرة البرمجية المُسبب للخطأ لذا كان الحصول على شيفرات برمجية مرنة وقابلة للتعديل هي الأرضية المشتركة بين العديد من تقنيات تبسيط الشيفرات البرمجية مثل مبادئ SOLID أو مبدأ MVC والذي ينص على تقسيم الوحدات من حيث طبيعة مهمتها إلى ثلاثة أقسام (Model-View-Controller) والبرمجة كائنية التوجه OOP (Object-Oriented Programming)، إذ أن جميعهم يهدفون إلى فصل الأكواد إلى أقسام ليسهل تطويرها وتنقيحها وصيانتها. 3. إعداد خطة للحل بعد أن فهمت وحللت المشكلة، يأتي دور وضع الخطة المناسبة للحلّ بحيث تغطي كافة الجوانب والتفاصيل للمشكلة، ولا تشرع في الحلّ من دون خطة (على أمل أن تجد الحلّ بطريقة ما) لأن المفتاح الرئيسي للوصول للحلّ هي الخطة الواضحة والمنظمة والتي تضمن وصولنا للحلّ النهائي. أعط لنفسك وقتًا لتحلّيل المشكلة وربط المعلومات المدخلة إلى البرنامج ونوعها والمعلومات الَّتي ستظهر كخرج للبرنامج وفهم سياقها وللحصول على خطة جيدة يجب عليك الإجابة على السؤال التالي: إذا أُعطي للبرنامج الدخل س، ما هي الخطوات اللازمة للحصول على الخرج ع؟ إن إجابتك على هذا السؤال سوف يحدد ماهي الخطوات اللازمة لحلّ المشكلة ومن ثَمَّ تقوم بترتيبها في خطة واضحة ومنظمة من أجل الحصول على الخرج الذي تريده. 4. مواجهة حالة السكتة البرمجية ماذا لو فرضنا أنك لم تستطع حلّ أي جزء من المشكلة، ولا حتى الأجزاء السهلة منها (وهذا قد يحدث في بعض الأحيان)، إن كثير من المبرمجين يقعون في هذه الحالة فلا يستطيعون أن يُحرزوا أي تقدم يذكر في تطوير الشيفرة البرمجية وهذا أشبه ما يمكن بالسكتة الدماغية (حيث لا يستطيع المريض القيام بأي حركة)، في الحقيقة إن هذه الحالة طبيعية جدًا ومعظمنا قد تعرض لها في بداية مشواره والاختلاف الوحيد هو أن المبرمج المحترف لديه فضول أكثر حول المشكلة ومعرفة سبب حدوثها بدلًا من أن يكون منزعجًا أو غاضبًا منها. وفي هذه الحالة هنالك حلّين يمكنك تجربتهما للخروج من هذا المأزق: 1-4. تنقيح الأخطاء (Debug) ليس المقصود هنا الأخطاء الكتابية في صياغة اللغة (Syntax errors) مثل نسيان فاصلة منقوطة أو أي خطأ في استخدام المتغيرات أو الدوال أو ما شابه ذلك من أخطاء والَّتي تقوم باكتشافها أي بيئة تطوير متكاملة (IDE وهي عبارة عن محرر شيفرة برمجية مدمج مع نظام ذكي لإكمال الكود ومصحح أخطاء). وبالطبع ليست أيضًا الأخطاء الّتي تظهر أثناء التنفيذ (Runtime Errors) والّتي تكون عادة نتيجة لفشلٍ في فتح ملف ما أو محاولة القسمة على صفر أو مثل هذه الأخطاء، وإنما المقصود هنا هو أخطاء المنطق البرمجي (Logic errors) الّتي ينفِّذ فيها البرنامج أمرًا غير الَّذي بُرمج من أجله، لذا من الأفضل أن تحاول أن تفحص الشيفرة البرمجية سطرًا سطرًا لعلك تجد هذا الخطأ، أوإذا كنت تعمل على لغاتٍ مثل (C++, C) والّتي تدعم استخدام المُنقِّح Debugger (الذي يراقب عمل البرنامج ويتحكم في تنفيذه بطريقة تستطيع فيها إيقاف تنفيذ البرنامج أو حتى تغييره في أي موضع من الشيفرة وذلك من خلال مجموعة من الأدوات الّتي يقدمها المُنقِّح، مثل: GNU Debugger) فيمكنك استخدامه لإيجاد الخطأ ومن ثَمّ إصلاحه. ملاحظة : من المنهجيات البرمجية الجيدة هي كتابة تعليقات توضيحية قبل كلّ دالة (Function) أو صنف (Class) برمجي وخُصوصًا تلك الأجزاء المعقدة منها لأن ذلك سوف يساعدك كثيرًا في عملية مراجعة الشيفرة البرمجية وتنقيحها. 2-4. مراجعة وتقييم الحلّ في كثير من الأحيان عند مواجهتنا للمشاكل وخصوصًا للكبيرة منها قد نضيع في التفاصيل الصغيرة للمشكلة الَّتي نواجهها وننسى المشكلة الرئيسية ولذلك من الأفضل دومًا أن نسأل أنفسنا هل هذه هي الطريقة الأفضل للحلّ؟ هل هنالك حلًّا عموميًا أفضل من الموجود؟ هل الشيفرة البرمجية أمثلية؟ هل الحلّ يخرق معايير الجودة المطلوبة؟ ارجع خطوة إلى الوراء وحاول أن تراها من منظور مختلف، وحتمًا ستلاحظ العديد من المشاكل التي غفلت عنها أثناء انشغالك بالتفاصيل الصغيرة. ملاحظة : هنالك طريقة أخرى يتبعها بعض المبرمجين لإعادة تقييم الحلّ وهي حذف الشيفرة البرمجية الخاطئة بالكامل وإعادة كتابتها من جديد فكثير ما يأخذ ذلك وقتًا أقل من تتبع المشكلة ذاتها وحلها. 5. البحث عن حلول عبر الإنترنت إن أغلب المشاريع البرمجية تكون متشابهة بكثيرٍ من الوظائف والخصائص، ونادرًا ما نرى مشروع ذو أفكارٍ جديدة بالكامل لذا فإن أي مشكلة برمجية تواجهها قد واجهها عدد كبير من المبرمجين من قبلك وأوجدوا لها حلولًا وشاركوها مع غيرهم، وكل ما عليك فعله هو أن تتعلم كيف تبحث عن المشكلة. وبالطبع صديقنا stackoverflow والذي يعد من أشهر منصات مشاركة الحلول البرمجية الّذي يقدم لك الحلّ الَّذي أجمع عليه أغلب، المبرمجين، ويوجد العديد من المنصات الأخرى المشابهة مثل AskUbuntu وهو النسخة العربية من موقع stackoverflow والكثير غيرهم، وحتى لو أنك قد حللت المشكلة أنصحك بتصفح الحلول الموجودة لأنك سوف تتعلم طرقًا أُخرى لحلّها قد تكون أسهل وأفضل بكثير من الحلّ الَّذي وصلت اليه. إلى الآن نكون قد ناقشنا الخطوة الأولى من الطريقة الشاملة لحلّ المشاكل والآن لننتقل إلى الخطوة الثانية. التدرب على هذه الخطة إن أي مهارة جديدة تحتاج إلى تدريبٍ مُمنهجٍ ومستمرٍ حتى تتقنها. لذا لا بدّ لك من وضع خطة واضحة للتدريب وتخصيص زمن محدد وثابت تقضيه في صقل تلك المهارة.يمكنك البدء مثلًا بتخصيص ساعة للتدريب يوميًا لمدة شهر كامل، وبعدها توازن نفسك مع ما كنت عليه في السابق من سرعةٍ في تحديد المشكلة وجودةٍ الحل المطروح والوقت الإجمالي لحل المشكلة وبكل تأكيد ستلاحظ تحسنًا واضحًا في أدائك. وقد تساءل نفسك كيف يمكنني التدرب على حلّ المشاكل؟ في الحقيقة هنالك طريقة مفيدة جدًا أنصحك بها لتكوين قاعدة صلبة تنطلق منها، وهي على الشكل التالي. 1. التدرب على المسائل البرمجية تعد المسابقات البرمجية سواءً على مستوى الجامعة أو على مستوى القطر أو حتى على مستوى العالم مثل مسابقة ACM ICPC من أفضل الفرص للتدريب في مجال البرمجة وصقل هذه المهارة بل وتعتبر دفعة كبيرة لك في رحلتك كمبرمج ولمستقبلك المهني أيضًا، إذ تبادر العديد من الشركات العالمية لِضمّ أولئك المنافسين المتميزين إليها بعد أن أثبتوا بالفعل أنهم النخبة في مجالهم. فإن كنت تخطط للانضمام إلى هذه المسابقة فلا تتردد وبادر بالتحضير لها من الآن. ويقدم لنا الكاتب Steven Halim في كتابه Competitive Programming بعض الفوائد الَّتي نجنيها من التدرب على حلّ المشاكل البرمجية في المسابقات. السرعة في كتابة الشيفرة البرمجية كتابة الشيفرة البرمجية بسرعة في المسابقات يوفر لك الكثير من الوقت للتفكير في بقية المشاكل واختبارها لذلك نرى أغلب المبرمجين يتدربون على سرعة الكتابة على لوحة المفاتيح لينصب تركيزهم على حلّ المشكلة فقط، ولذلك من المنطقي أن تفضل الشركات الموظفين الَّذين سَبق إن شاركوا في المسابقات البرمجية لمعرفتها بسرعة إنتاجيتهم وقدرتهم على تطوير وإيصال منتج برمجي بسرعة عالية بِالْمُوازنة مع أقرانهم ممن لم يشاركوا في المسابقات. العصف الذهني وحصر الخوارزميات الممكنة لا بدّ من تحسين قدرتك على تحديد نوع المسألة بسرعة وأن تمتلك المعرفة الكافية بالخوارزميات لتتمكن من تطبيقها مباشرة على المسألة المطروحة، لذلك ينبغي على المبرمج الَّذي ينوي الانضمام إلى المسابقة أن يتمكن من جميع الخوارزميات الشائعة في المسائل البرمجية. العمل الجماعي وروح الفريق تعتمد المسابقة البرمجية على ترتيب الفرق بحسب عدد المسائل الَّتي أجابوا عليها، والوقت الَّذي استهلكوه لحلّ كُلَ مشكلة، وعدد الحلول الخاطئة الَّتي أُرسلت للحكم. وانطلاقًا من ذلك تكون فوائد العمل كفريق واحد متعددة منها إمكانية توزيع المسائل على كلّ عضو في الفريق بحيث يزداد العدد الكلي للمسائل المحلولة بتوزيعها بين بعضهم بعضًا، ومناقشة حلّ كلّ مسألة وبذلك ينقص عدد الحلول الخاطئة الَّتي قد تُرسل للحكم، وحُكمًا سينقص الوقت المستغرق لحلّ المسائل. وعلى الصعيد العملي أيضًا نجد أن طبيعة عمل المبرمجين سواءً في الشركات الصغيرة أو الكبيرة، يُطلب منهم العمل كفريق واحد، فعلى سبيل المثال منذ فترة طَلَبَ مني أحد العملاء بناء موقع ويب، وكنت عندها قد أنتهيت من بناء فريقي البرمجي. وبالفعل بدأنا العمل على الموقع و قسّمنا العمل على أجزاء فعكف كلُّ واحد منا على تطوير جزئه الخاص من الموقع، إذ استلمتُ جزء الواجهات الخلفية، وقام أحد أعضاء الفريق باستلام الواجهات الأمامية، والآخَر استلم بناء تطبيق للهواتف الّتي تعمل بنظام أندرويد وفي نهاية الأسبوع جمعنا كل الأجزاء مع بعضها بعضًا وأنهينا المشروع بوقتٍ قياسي لم نكن لنستطيع بلوغهُ لو أننا لم نعمل كفريقٍ واحد، ولذا فإن انضمامك إلى المسابقة البرمجية يجعلك تتدرب على العمل ضمن فريق قبل أن تواجهها في سوق العمل في حال أردت العمل مع أي شركة مستقبلًا. المرونة العصبية إن تدريبك المستمر على المسائل البرمجية سيؤدي إلى زيادة منطقة الحصين (المنطقة المسؤولة عن الذاكرة والتوجيهات) في الدماغ وهذا ما أثبتته الباحثة اليانور ماجواير من كلية لندن الجامعية عندما أجرت دراسة على سائقي الأجرة في مدينة لندن فقاموا بإجراء فحص بالرنين المغناطيسي الوظيفي fMRI لأدمغة السائقين الذين قضوا قرابة عامين من التدريب في سبيل تعلم كيفية التنقل في منعطفات المدينة وذلك من أجل الحصول على رخصة القيادة ومقارنتها بصور لأدمغة رجال أصحاء من نفس العمر ولا يعملون كسائقي أجرة فتبين أن منطقة الحصين أصبحت أكبر لدى السائقين، كما لاحظوا أنه كلما أمضى سائق الأجرة فترة أطول في التدريب، زاد حجم الحصين، وذلك استجابة إلى الخبرة الّتي يكتسبها السائق. والآن تخيل معي ما سيحدث في حال تدربك على حل المشاكل لمدة عام أو أكثر، سيصبح حلّك للمشاكل البرمجية عادة سهلة ومسلية خلاف ما كانت عليه من صعوبة وتعقيد. يوجد العديد من المواقع الَّتي تقدم المسائل البرمجية مثل HackerRank أو موقع TopCoder والكثير غيرهم. 2. التدرب باستخدام الألعاب نعم أنت لم تخطئ القراءة إنها الألعاب! تعد الألعاب أداة قوية جدًا لتنمية المهارات العقلية والقدرات الدماغية على التفكير والتذكر وربط المعلومات ببعضها بعضًا، حيث أن غالبية الألعاب تحتاج لتجميع المعلومات وتنظيمها بحيث تستطيع الاستفادة منها وجعلها مفتاحًا للحلّ، بل إن الركيزة الأساسية الَّتي تشترك بها كافة الألعاب هي حلّ المشاكل! بالتأكيد نحن لا نقصد هنا ألعاب الفيديو فقط وإنما ألعاب الذكاء أيضًا مثل : لعبة الشطرنج، والألغاز الرياضية، ولعبة سودوكو، ولعبة Go، والكثير من الألعاب الَّتي تندرج تحت هذا السياق تعد ألعاب مفيدة. فعند محاولتك حلّ الألغاز في Saw أنت فعليًا تقوم بحلّ المشاكل (ولكن بإطار مختلف). وتساعدنا أيضًا في انشاء سيناريوهات للحلّ وهذه المهارة مفيدة في عالم البرمجة في حال تعثرت في أسلوب حلّ معين فتغير سيناريو الحلّ وتبدأ من جديد. في الحقيقة إن الشيء المشترك بين جميع الناس الناجحين هي اكتسابهم لعادات يومية لحلّ المشاكل الصغيرة على سبيل المثال بيتر تيل (أحد مؤسسي شركة باي بال والمصنف كرابع أغنى شخص على مستوى العالم لعام 2014 بميزانية تفوق $2.2 بليون دولار) صرح بشكل رسمي أنه يلعب الشطرنج يوميًا بل وشارك في بطولات الشطرنج مرات عديدة، وإيلون ماسك (رائد الأعمال والرئيس التنفيذي لعدة شركات مثل: سبيس إكس لتصنيع مركبات الفضاء وتسلا لصناعة السيارات الكهربائية وغيرها)أكد بأنه يلعب ألعاب الفيديو والكثير غيرهم كرسوا جزءًا من وقتهم اليومي لتنمية مهارة حلّ المشاكل. ولكن يجب أن تكون حذرًا في إدارة وقت اللعب ويُفضل أن تختار الأوقات المناسبة للعب ووضع مدة زمنية مخصصة لها، وذلك لأن الهدف ليس إضاعة الوقت والتسلية فقط وإنما التدرب على حل المشاكل ولكي لا ينتهِ بك المطاف إلى قضاء اليوم بأكمله على الألعاب. الخلاصة اعتقد أنك قد كونت فكرة جيدة عن أهمية حلّ المشاكل وضرورتها في مشوارك البرمجي وكيفية بناء خطة حلّ شاملة انطلاقًا من فهم المشكلة وتحليلها ومرورًا بإعداد خطة مخصصة لكلّ مشكلة وتقسيم المشكلة إلى أجزاء ليسهل حلّها ومواجهة حالة السكتة البرمجية وكيفية التغلب عليها من خلال تنقيح الأخطاء أو مراجعة وتقييم الحلّ، وأهمية البحث عن حلول على الإنترنت لنفس المشكلة وانتهاءً بالأسلوب الصحيح للتدرب على حل المشاكل وما هي أفضل الوسائل لتحقيق ذلك سواءً بالانضمام إلى المسابقات البرمجية أو بالتدرب بإستخدام الألعاب. وختامًا، لا تتوقع أن تصبح مبرمجًا محترفًا في غضون أسبوعٍ أو شهر واحد فهذا ضرب من الخيال بل ستحتاج لحلّ الكثير من المشاكل لبناء قاعدة معرفية صلبة تمكنك من مواجهة أي مشكلة مهما كانت صعوبتها وعندها بالتأكيد سوف تستحق لقب مبرمج محترف. اقرأ أيضًا تعلم لغة PHP تعلم لغة بايثون