اذهب إلى المحتوى

Naser Dakhel

الأعضاء
  • المساهمات

    51
  • تاريخ الانضمام

  • تاريخ آخر زيارة

2 متابعين

آخر الزوار

2537 زيارة للملف الشخصي

إنجازات Naser Dakhel

عضو نشيط

عضو نشيط (3/3)

15

السمعة بالموقع

  1. عالم تطوير الألعاب هو عالمٌ غنيّ بالإثارة والإبداع والتطور وأن تكون مبرمج ألعاب فيديو يعني أن تشارك في بناء عالمٍ يدخله ملايين الأشخاص يوميًا، حيث يوجد ملايين اللاعبين حول العالم المهتمين بمجال ألعاب الفيديو ومتابعة كل تطور حاصل فيه ، ما يعزّز فكرة العمل على بناء ألعاب جديدة تفوق توقعات اللاعبين وابتكار بيئات لعب استثنائية تنال استحسانهم وتحقيق مبيعات عالية. ولا عجب أن مجال تطوير الألعاب يعد واحدًا من أسرع مجالات البرمجة نموًا حول العالم، فسواء كان المجال الذي ترغب في العمل به هو التصميم الفني لشخصيات الألعاب وعوالمها، أو برمجة الألعاب، فإن هذه الصناعة تسمح لك بتطوير مهاراتك وتحقيق أحلامك المهنية، ومن الجدير بالذكر أنّ متوسط دخل الوظائف البرمجية المرتبطة بالألعاب الإلكترونية مرتفعٌ مقارنةً مع متوسط دخل باقي الوظائف لا سيما إذا تمكنك من الوصول لمرحلة احترافية في هذا التخصص. سنحدّثك في هذا المقال عن أبرز النقاط الأساسية حول مبرمج ألعاب الفيديو الناجح، وما هي مهامه، وكيف يختار مساره المهنيّ، ونجيبك عن العديد من التساؤلات الأخرى التي قد تخطر ببالك حول هذا التخصص المميز. ما هي مهام مبرمج الألعاب؟ يتطلّب تطوير الألعاب مزيجًا من المهارات الإبداعية والتحليلية، وبالتالي على مبرمج الألعاب الناجح أن يمتلك مهارات العمل وحده أو مع فريق وذلك اعتمادًا على نوع اللعبة التي يعمل عليها وهل سيطورها بمفرده أو ضمن استوديو ألعاب مع فريق عمل متكامل، وأن يكون قادرًا على التفكير خارج الصندوق لابتكار أساليب جديدةٍ وجذابة للعب، وأن يكون منظّمًا بما يكفي لاتباع جدولٍ زمنيٍّ دقيق يمشي عليه طوال فترة تطوير اللعبة والتفاعل مع أعضاء الفريق، والعمل ضمن حدود الميزانية والزمن المخصص لإنجاز اللعبة المطلوبة. وهنا يأتي السؤال؛ ما هي مهام مبرمج الألعاب الأساسية؟ في الواقع تتمثل مهمة مبرمج الألعاب الأساسية في تطوير البرامج اللازمة لإنشاء ألعاب الفيديو، من خلال المنصات والمحركات التي تدعم اللعبة التي يعمل عليها، وكتابة الشيفرات البرمجية المناسبة لبناء لعبةٍ مثالية. وتقسم الأدوار عادة بين كلٍّ من المبرمج والمطوّر والمصمّم، الذين يعملون معًا لصناعة اللعبة الإلكترونية وضمان سير العمل بسلاسة؛ حيث يعمل المبرمجون على كتابة منطق اللعبة البرمجي وتفاعل الكائنات مع بعضها البعض في عالم اللعبة، بينما يعمل المصممون على تصميم هذه الكائنات والانتقالات الخاصة بها. بناءً على ما سبق تتركز مهام مبرمج الألعاب على النقاط التالية: إعداد بيئة التطوير المناسبة للعبة الفيديو. البحث عن مجموعة البرامج والمنصات التي سيتم استخدامها لدعم اللعبة. ضمان تحقيق التصميم الكامل للعبة وأداءها بكفاءة وجودة. العمل وفقًا لجدول زمني محكم والالتزام بالميزانية. إنتاج نماذج أوليّة لاختبارها وتحديد الأخطاء والإصلاحات. إجراء اختبارات ضمان الجودة والاستجابة للآراء والتعليقات المختلفة. التعاون مع جميع الأقسام لحلّ المشكلات التقنية خلال عملية إنتاج اللعبة. توفير الدعم التقني المستمر بعد إطلاق اللعبة والعمل على ترقيتها لمواكبة التطورات التقنيّة. كيف تبرز نفسك كمبرمج ألعاب ناجح ضمن المنافسة؟ إذا كنت مهتمًا لتكون مبرمج ألعاب فعليك أن تضع في الحسبان أن المنافسة في هذ المجال كبيرة وهناك بعض المهارات التي لا بدّ أن تكون موجودة فيك لتتميز في برمجة الألعاب، فامتلاكك لهذه المهارات وتمكّنك منها سيمنحك أفضليّة على منافسيك وبقيّة المبرمجين الآخرين. إذ ينبغي أن يمتلك مبرمج الألعاب عمومًا خلفية واسعة في علوم الحاسوب ويتقن إحدى لغات برمجة الألعاب ويكون ماهرًا في التعامل مع أحد محركات الألعاب؛ لكنك ستكون مخطئًا إن اعتقدتّ أن هذه المهارات الفنية هي الوحيدة التي ستقرّر نجاحك وتضمن توظيفك، إذ تولي استوديوهات ألعاب الفيديو المهارات التالية في مبرمجي الألعاب انتباهًا شديدًا لعوامل أخرى من أبرزها ما يلي: التواصل الفعال: من الضروريّ أن يكون مبرمجو ألعاب الفيديو قادرين على التواصل فيما بينهم بشكلٍ صحيح ليتمكّنوا من فهم طبيعة العمل والمواد المتوفّرة والتقنيات المتاحة. العمل ضمن فريق: على الرغم من قدرتك على كون مبرمج ألعابٍ منفردًا إلّا أن تطوير الألعاب ضمن فريق سواء أكان مستقلًا أو في شركة يتطلّب قدرًا من التعاون مع بقية الأشخاص، لذلك يجب أن يتمتع المبرمجون بقدرات تعاونية ممتازة، بما في ذلك القدرة على التفاعل وتبادل الأفكار وتقديم التعليقات والآراء لتمكين الفريق من تحقيق أهدافه المشتركة. حل المشكلات: يجب على المبرمجين أن يكونوا قادرين على حل المشكلات بفعالية من خلال التفكير المنطقي والبحث والحكم السليم. الإبداع: يتيح الإبداع للمبرمجين التفكير في طرق جديدة لحل المشاكل المعقدة في ألعاب الفيديو والارتقاء إلى مستوى أعلى. القابلية للتكيف: نظرًا لأن صناعة ألعاب الفيديو تتغير باستمرار، فإن القابلية للتكيف والتآلف مع ظهور تقنيات جديدة تؤثر على عملية تطوير الألعاب مهارة حاسمة للمبرمجين. اختيار الأدوات المناسبة لبرمجة ألعاب الفيديو قبل أن تبدأ رحلتك في عالم برمجة الألعاب، عليك بداية تحديد الأدوات التي ستستخدمها. تتمثّل هذه الأدوات بشكل رئيس بلغة البرمجة المُختارة ومحرك الألعاب، وقد تلجأ لتعلّم لغة معينة إذا ناسبك محرك ألعاب معين يعمل بها أو بالعكس، وفيما يلي نسرد لك أهم أدوات مبرمج ألعاب الفيديو لنساعدك على اختيار ما يناسبك من بينها. لغة البرمجة تتنوّع لغات البرمجة في مهامها والمجالات التي تخدمها، ولبرمجة ألعاب الفيديو نصيب من لغات البرمجة المخصصة لها، لذلك إن كنت تريد أن تصبح مبرمج ألعاب فيديو محترف يجب أن تتعرف على لغات البرمجة المتخصصة في مجال برمجة ألعاب الفيديو. وهناك عدّة لغات يجب على أي مبرمج ألعاب فيديو تعلّمها ومن أبرزها: C++‎ C#‎ Java Python JavaScript ولكي لا تضيع بتعدّد الخيارات يمكنك التعرف على ميزات كل لغة على حدى وأيّ اللغات هي الأنسب للمجال الذي تبحث عنه من خلال قراءة مقال لغات برمجة الألعاب. بعد أن تتعلّم لغة البرمجة الأنسب للعبتك يجب أن تختار محرك الألعاب الذي يحقق الغاية المرجوّة من اللعبة. محرك الألعاب يسعى أيّ مبرمج ألعاب فيديو إلى اختيار محرك ألعاب يسهّل عليه عمله ويشكّل إطارًا خلّاقًا يعكس طبيعة اللعبة وأبعادها، فمحرك الألعاب هو البيئة المسؤولة عن تشغيل اللعبة، حيث يوفر لأي مبرمج ألعاب فيديو إطار عمل برمجيّ يتضمن التعليمات البرمجية والمكتبات المستخدمة والأدوات اللازمة لبرمجة وتطوير هذه اللعبة بسهولة تامة. لهذا تعدّ عملية اختيار محرك الألعاب الخطوة الأولى في طريق إظهار اللعبة إلى النّور، فمحرك الألعاب يوفر البنية التحتية الرقمية اللازمة لتشغيل عناصر اللعبة وجعلها تعمل بالشكل المطلوب. وقد شكّلت محركات الألعاب ثورة برمجية في مجال تطوير الألعاب، فقبل وجودها كان مبرمج ألعاب الفيديو يبرمج تفاصيل اللعبة من الألف إلى الياء ويكتب الشيفرات البرمجية اللازمة لتصميم اللعبة ونشرها، إلا أنه مع محركات الألعاب بات عمل كلّ مبرمج ألعاب فيديو أسهل بكثير من حيث التصميم والنشر وإنشاء ألعاب متعددة المنصات وصار كل ما تحتاجه لتصميم لعبة متكاملة اليوم هو تعلم استخدام أحد محركات الألعاب ومعرفة أساسية بإحدى لغات البرمجة التي يدعمها هذا المحرك على سبيل المثال: محرك يونيتي Unity بلغة سي شارب C#‎ محرك أنريل Unreal بلغة سي بلس بلس C++‎ محرك جودو Godot بلغة جي دي سكربت GDScript - أو سي شارب C#‎ محرك جيم ميكر GameMaker بلغة برمجة GML المعتمددة على لغات جافا سكريبت و C++‎ و C#‎ ولمطالعة المزيد عن محركات الألعاب ومميزاتها ولغات البرمجة المستخدمة في كل منها أنصحك بمطالعة مقال تعرف على أشهر محركات برمجة الألعاب الإلكترونية ما الفرق بين مبرمج ألعاب فيديو ومصمم ألعاب فيديو؟ الفرق الرئيس بينهما هو نوع العمل الذي يقومون به في عملية تطوير اللعبة. إذ يتولى مصمم ألعاب الفيديو إنشاء الرؤية العامة والمفهوم للعبة الفيديو. فهو يصمم حركة اللعبة والمستويات والشخصيات وخطوط القصة وعناصر أخرى تشكل اللعبة. ويعمل فريق تصميم الألعاب بشكل وثيق مع فريق البرمجة لضمان تنفيذ تصميم اللعبة بشكل صحيح. من ناحية أخرى، يتولى مبرمج ألعاب الفيديو برمجة منطق اللعبة. وهذا يتضمّن الجوانب التقنية للعبة، مثل إنشاء محرك اللعبة وتصميم واجهة المستخدم وتنفيذ حركات اللعبة، ويتواصل مع المصممين لضمان بناء اللعبة وفقًا لمواصفات التصميم. باختصار، يتعامل مصمم ألعاب الفيديو مع الرؤية الإبداعية للعبة، بينما يكون مبرمج ألعاب الفيديو مسؤولًا عن تحويل تلك الرؤية إلى حقيقة من خلال البرمجة والتنفيذ التقني. هل يجب أن أكون مبرمج ألعاب فيديو مستقلّ أم ضمن شركة؟ إذا كنت مستقلًا، فأنت مسؤولٌ عن عملك وفوائدك الخاصة وتطويره بالشكل الذي تريد، إلا أنه يجب عليك العمل في هذه الحالة على تسويق نفسك على منصات التواصل الاجتماعي وتعلّم إدارة ربحك وتكاليفك بشكل مضاعف. إلّا أنه من الجدير بالذكر أن كلّ مبرمج ألعاب فيديو وضع في عين الاعتبار العمل كمستقل في بداية مسيرته لما يحصل عليه من ميزات. أولًا؛ يمكنك الحصول على دفع أعلى للساعة كمستقل. إذا يجني بعض مبرمجي الألعاب المستقلين الخبراء أكثر من 100$ في الساعة، وهو أكثر بكثير مما يحصلون عليه كموظفين عاديين. ثانيًا؛ المرونة في العمل، يمكنك أن تعمل متى تريد، كيفما تريد، على مشاريع من اختيارك، فأنت رئيس نفسك هنا! إلا أنه لا يمكن نكران صعوبة الحصول على منصب مبرمج ألعاب فيديو في شركات مرموقة تحكي منتجاتها عنها وتجذب مشاريع جديدةً بشكل دائم ما يشجّع مبرمجي ألعاب الفيديو على تطوير مهاراتهم للعمل مع هذه الشركات. فإن كنت قادرًا على التسويق لنفسك وجذب عملائك يمكنك العمل كمستقلّ، أما إن كنت تبحث عن التطور والمشاريع الدائمة وبيئة العمل الجماعيّة فقدّم طلب عملٍ إلى شركات تطوير الألعاب الآن!. متوسّط دخل مبرمجي الألعاب يعتمد متوسط دخل أيّ مبرمج ألعاب فيديو على التقنيات المستخدمة ولغة البرمجة، فلا يمكن أن يكون أجر مبرمج ألعاب فيديو iOS يساوي أجر مبرمج ألعاب فيديو باستخدام لغة C++‎ لأنهم يستخدمون نهجًا ومهارات مختلفة، بالإضافة إلى عدد سنوات الخبرة في المجال وسرعة الإنجاز والاحترافية في التقنيات والمهارات. إليك قائمة بمتوسط دخل مبرمجي ألعاب الفيديو سنويًا في الولايات المتحدة الأمريكية اعتمادًا على الاختصاص ولغة البرمجة بحسب إحصائية لكيوبت عام 2023 : 2000$ مبرمج ألعاب فيديو مختصّ بنظام iOS 11 113000$ مبرمج ألعاب فيديو مختص بنظام Android 53000$ مبرمج ألعاب فيديو مختص بلغة #C 113000$ مبرمج ألعاب مختص بلغة ++C 98000$ مبرمج ألعاب فيديو مختص بلغة HTML5 89000$ مبرمج ألعاب فيديو مختص بلغة JavaScript كيفية البدء بالعمل كمبرمج ألعاب فيديو للدخول إلى عالم برمجة ألعاب الفيديو، تحتاج إلى استراتيجية عمل متينة توصلك إلى وظيفتك الأولى، فليس هناك طريقٌ واحد يجب أن تسلكه وإنما استراتيجيات تمكنك من الوصول لهدفك والبدء بالعمل. فيما يلي 3 استراتيجيات يمكنك اعتمادها لبدء رحلتك في برمجة الألعاب: برمج لعبتك الأولى: فأكبر مبرمجي الألعاب حول العالم بدؤوا مسيرتهم من خلال أجهزةٍ محدودة الإمكانيات، إلا أن الشغف شجعهم على إنشاء لعبةٍ متميزة. هناك الكثير من أدوات تطوير الألعاب المجانية حولك، كل ما عليك فعله هو اختيار اللعبة التي تريد برمجتها ومن ثمّ نشرها على المنصات الخاصة بالألعاب، والآن أصبح لديك خبرة ومعرض أعمال في المجال، وعندما تلقى لعبتك رواجًا ستلاحظك شركات برمجة الألعاب الشهيرة. أنشئ معرض أعمال: تبحث شركات برمجة الألعاب عن مرشحين يسعون إلى التطور بشكلٍ دائم في مجالهم، لذلك حاول أن تسعى بشكل دائم إلى تطوير نفسك في المجال وزيادة خبراتك وشارك أحدث أخبارك عبر منصات التواصل الاجتماعي المختلفة. صمّم معرض أعمالٍ تضع فيه تفاصيل مشاريعك المختلفة والأدوات والمنصات التي اعتمدتها لتحقيق النتيجة النهائية يمكنك استخدام موقع مثل itch.io لإنشاء معرض أعمال لألعابك ورفعها. شارك في مسابقات الألعاب Game Jams: عندما تشارك في مسابقات الألعاب ستحصل على خبرةٍ تضيفها إلى سيرتك الذاتية، وستكتسب بعض المهارات في العمل مع فريق تحت الضغط، وستوسع شبكتك المهنية عن طريق لقاء أشخاص جدد - كثير منهم قد يكونون مطوري ألعاب محترفين يمكنهم مساعدتك في الحصول على وظيفةٍ يومًا ما. الخاتمة لتكون مبرمج ألعاب فيديو محترف يجب أن تتحلّى بالعمل الجاد والتفاني والإصرار على الاستمراريّة لاكتساب الخبرات والمهارات التقنية والإبداعية. ولأجل ذلك استمرّ في تحسين مهاراتك وتواصل مع المحترفين في المجال، وتعلّم طريقة سرد قصص الألعاب وكتابة حبكتها بشكل مشوّق ومقنع، وشارك في أي فعاليات تخصّ صناعة الألعاب للتعرف على الأشخاص العاملين في مجال تطوير الألعاب والاستفادة من أفكارهم وتجاربهم وفهم المزيد حول صناعة الألعاب وتطوير مهاراتك وخبراتك. أخيرًا، ابحث عن فرصة عمل مناسبة من خلال التعاقد مع استوديوهات ألعاب أو شركات متخصصة في تطوير ألعاب احترافية أو اعمل على نفسك بشكل مستقل وطوّر ألعابًا خاصة بك وانشرها على متاجر الألعاب لزيادة شهرتك وتحقيق الأرباح. اقرأ أيضًا أشهر أنواع الألعاب الإلكترونية مطور الألعاب: من هو وما هي مهامه تعرف على أهمية صناعة الألعاب الإلكترونية تعرف على أفضل برنامج تصميم الألعاب الإلكترونية
  2. نعرفك في مقال اليوم على طريقة الحصول على أفكار ألعاب فيديو ناجحة ومميزة لمشروعك القادم؟ فسواءً أكنت مبتدئًا أو محترفًا متمرسًا في مجال تطوير الألعاب الإلكترونية، فإن الاستراتيجيات والأفكار في هذه المقالة ستزودك بأهم النصائح والأدوات التي تساعدك على صياغة أفكار ألعاب فيديو ناجحة. لا شك أن عملية إنشاء لعبة إلكترونية ناجحة تتطلب الكثير من الوقت والجهد لتصل بها إلى المستوى المرغوب، ولعل أول ما يتبادر إلى ذهننا عند التفكير بصعوبتها هي البرمجة اللازمة لتطبيقها، وآلية تنفيذ التصميم المقترح لهذه اللعبة وما إلى ذلك. ولكن في الواقع إن سألت أي مصمم ألعاب فيديو أو مطورًا متمرسًا عن ذلك، سيجيبك بأن أصعب خطوة في صناعة الألعاب هي تحديد فكرة اللعبة الأساسية، فقبل البدء بأي مرحلة من مراحل البرمجة أو تصميم شخصيات الألعاب الإلكترونية يلزم ابتكار فكرتها الأساسية، لكن هذه العملية ليست بالسهولة التي تتخيلها نظرًا لوجود عدد هائل من الألعاب المطورة فعلًا الأمر الذي يستلزم منك اختيار أفكار مبتكرة تشهد إقبالًا ورواجًا بين جمهور اللاعبين. أهم النصائح التي تساعدك في ابتكار أفكار ألعاب فيديو قد يكون لديك شغف بصناعة الألعاب الإلكترونية ومعرفة تقنية بلغات برمجة الألعاب الإلكترونية وباستخدام أحد محركات الألعاب المساعدة، لكنك تجد صعوبة في توليد فكرة لعبة جيدة تلقى رواجًا بين اللاعبين. لذلك سنعرض لك أهم الخطوات التي ستساعدك بالحصول على فكرة مبتكرة، ونعرفك على أفضل الاستراتيجيات من أجل الوصول لهذا الهدف. ليس بالضرورة أن تكون فكرة اللعبة الناجحة معقدة، فقد تكون الفكرة الناجحة هي فكرة بغاية البساطة والوضوح. فمثلًا من لا يعرف اللعبة الشهيرة Subway Surfers؟ تدور فكرة هذه اللعبة حول شاب يركض هُروبًا من الشرطي وكلبه، حيث يركض فوق القطارات التي تواجهه ليجمع خلال ركضه أكبر عدد من القطع المعدنية. وبالرغم من بساطة هذه الفكرة إلا أنها مصممة ومبرمجة بشكل جيد، وهذا يجعلها محبوبة من قبل الجميع. وفيما يلي أهم الخطوات التي عليك اتباعها للحصول على أفكار ألعاب فيديو ناجحة: أولًا:حدد جمهورك المُستهدف. ثانيًا: اختر تصنيفًا محددًا. ثالثًا: اعرف نطاق مشروعك. رابعًا: حدد أفكار الألعاب من المواضيع الرائجة حاليًا. خامسًا: تأمل العالم من حولك للبحث عن فكرة لعبة مميزة. سادسًا: اشترك في مسابقة Game Jam. سابعًا: استعن بمولدات الأفكار العشوائية وأدوات الذكاء الاصطناعي. ثامنًا: تعلم واستلهم الأفكار من محبّي الألعاب والمطورين. تاسعًا: اعرف ما هي مواصفات اللعبة - التي لن تلعبها! عاشرًا: جرب مفهوم اللعبة الأساسي قبل الاعتماد على الفكرة. لنناقش كل خطوة من هذه الخطوات بمزيد من التفصيل ونتعرف على دورها وأهميتها في الحصول على أفكار ألعاب ناجحة. أولًا: حدد جمهورك المُستهدف برأيك هل ستنجح لعبة تتضمن قوانين عديدة ومعقدة والكثير من التحركات المتقدمة إن كانت موجهة للأطفال؟ بالتأكيد الجواب هو لا! فمن الضروري قبل البدء بالتفكير باللعبة وقواعدها وغيره من التفاصيل أن تحدد من هي الفئة التي تستهدفها بلعبتك القادمة؟ وعلى هذا الأساس تبدأ في التوسع بتفاصيل هذه اللعبة. هذه العملية مهمة لعدة أسباب: تصميم اللعبة حسب تفضيلات الفئة المستهدفة: يتيح لك فهم الاهتمامات والسلوكيات لجمهورك المستهدف إنشاء لعبة تناسبهم. وذلك يشمل موضوع اللعبة وطريقة اللعب ومستوى الصعوبة. فمثلًا تختلف مستويات اللعبة وقوانينها بحسب الفئة العمرية الموجهة إليها. التسويق: إن معرفة جمهورك المستهدف يمكنك من تسويق لعبتك والترويج لها بشكل فعال للأشخاص المناسبين، فإن كانت اللعبة موجهة للأطفال فعليك أن تستخدم أسلوبًا بسيطًا ومرحًا في شرح فكرتها بالإضافة لألوان زاهية، أما إن كانت موجهة للأعمار الأكبر فمن الجيد تضمين أساليب تشويقية للعبتك. رضا اللاعب: يمكنك إنشاء لعبة توفر تجربة أكثر إرضاءً ومتعة للاعبين من خلال تلبية تفضيلات واحتياجات جمهورك المستهدف. ثانيًا: اختر تصنيفًا محددًا تتبع كل لعبة تصنيف معين تجري فيه أحداثها، وهذه نصيحة أساسية للتركيز على نوع معين من تصنيفات الألعاب وبناء قصتك وأحداثك على أساسها. ومن أشهر الأنواع: ألعاب العالم المفتوح Sandbox: نوع يتمتع فيه اللاعبون بطريقة لعب حرَة ويمكنهم استكشاف عالم اللعبة وإنشائه والتغيير به. مثال: ماين كرافت. استراتيجية الوقت الفعلي (RTS): نوع يتحكم فيه اللاعبون في الموارد ويديرونها، ويبنون القواعد، ويقودون الوحدات في معارك بأسلوب تفاعلي لحظي. مثال: ستار كرافت. ألعاب إطلاق النار (FPS و TPS): نوع يستخدم فيه اللاعبون الأسلحة النارية للمشاركة في القتال. مثال: Counter StrikeGears of War. ساحة معركة متعددة اللاعبين عبر الإنترنت (MOBA): نوع يتحكم فيه اللاعبون في شخصية واحدة في لعبة تنافسية قائمة على الفريق، بهدف تدمير قاعدة الفريق المنافس. مثال: League of Legends ألعاب المحاكاة والرياضة: نوع يحاكي فيه اللاعبون أنشطة العالم الحقيقي أو يشاركون في اللعب المتعلق بالرياضة. مثال: The Sims و FIFA . ألعاب الألغاز: نوع حيث يحلّ اللاعبون الألغاز أو يشاركون في مجموعة ألعاب مصغرة متعددة اللاعبين. مثال: Portal 2. ثالثًا: اعرف نطاق مشروعك لتضمن بدء المشروع بوعي كامل بالتفاصيل ونقاط القوة والضعف والعوائق التي ستواجهك، احرص قبل الشروع بإنشاء لعبتك وحتى قبل البحث عن أفكار ألعاب فيديو على طرح هذه الأسئلة على نفسك لمعرفة هذه الحدود: هل تعمل ضمن فريق؟ ما حجمه؟ أم أنه مشروع خاص بك فقط؟ ما هي المهارات التي تمتلكها أنت وفريقك؟ وهل هي كافية لتطوير فكرة اللعبة؟ ما هي المهارات التي تفتقدها، ما الذي يمكنك تعلمه أو الاستعانة بمصادر خارجية؟ هل هناك حزمة تطوير جاهزة ستستخدمها أم ستبني اللعبة بالكامل من الصفر؟ هل ستكون اللعبة ثنائية الأبعاد 2D أم ثلاثية الأبعاد 3D؟ كم من الوقت يمكنك استثماره في تطوير اللعبة أنت وفريقك وسطيًا؟ رابعًا: حدد أفكار الألعاب من المواضيع الرائجة حاليًا إذا كنت تبحث عن أفكار ألعاب فيديو جيدة ومحببة، خذ نظرة من حولك وتعرف على أبرز الأفكار والاتجاهات الرائجة التي تتجه إليه صناعة الألعاب؟ بالإضافة إلى ذلك، فكّر بأساليب تستطيع من خلالها جذب الجمهور إلى لعبتك، كأن تستغل مثلًا شهرة مسلسل تلفزيوني وتقتبس من أحداثه وشخصياته. وبذلك تضمن وجود إقبال أكبر على لعبتك. مثال على ذلك فكرة لعبة أنتون بلاست ANTONBLAST والمستوحاة بشكل كبير من سلسلة Wario Land المنسية منذ فترة طويلة والتي لم تشهد إصدارًا جديدًا منذ عام 2008، إلا أنها لاقت بعد نشرها إقبالًا كبيرًا من الأشخاص بسبب شهرة هذه السلسلة واستغراب الجمهور من إحيائها بهذه الطريقة. خامسًا: تأمل العالم من حولك للبحث عن فكرة لعبة مميزة. لا يمكنك الخروج بأفكار إبداعية وأنت مستلقي على سريرك في غرفتك وحيدًا، انهض وتأمل الدنيا من حولك! قد يبدو لك الأمر يسيرًا وليس ذا أهمية كبيرة، ولكن هل تعلم أن أعظم الأفكار الإبداعية لألعاب الفيديو تشكلت عبر محاكاة الواقع؟ عليك بمراقبة البيئة المحيطة بك لتنشيط خيالك والبدء في الخروج بأفكار ألعاب إبداعية. انتبه إلى الأشياء الصغيرة، وكيف تبدو وتعمل الأشياء من حولك، شاهد الأفلام المتنوعة، اقرأ الروايات، فقد تجد فيها عدد كبير جدًا من الأفكار الرائعة التي ما كانت لتخطر على بالك. في الواقع، يميل الناس لمحبة الألعاب التي صممت وطورت باستخدام قصص واقعية بشكل أكبر. فالنصيحة الذهبية لك هنا أن تحصل على الإلهام من البيئة المحيطة بك وأن تحاول استخدامها في ألعابك لإبقاء اللاعبين مهتمين ومتحمسين. من الأمثلة على الألعاب التي بنيت على محاكاة الواقع هي سلسلة GTA الشهيرة، حيث تحدث الأحداث في هذه السلسلة ضمن أماكن مستوحاة من مدن الحياة الواقعية، وذلك رغبةً من المطورين في أن يركز اللاعب على إكمال المهام اللازمة للتقدم في القصة مع شعوره بأنه الشخصية بحد ذاتها. مثالٌ آخر، هو لعبة بوكيمون Pokemon، حيث استلهم مطوّرها فكرة لعبته من اهتمامه وهو طفل بجمع الحشرات. سادسًا: اشترك في مسابقة Game Jam مسابقات Game Jam هي عبارة ماراثونات مخصصة لتطوير الألعاب تهدف لجمع مطوري الألعاب بإنشاء ألعاب إلكترونية من الصفر وتعاونهم معًا للخروج بأفكار ألعاب فيديو حول موضوع معين أو بشروط معينة والبدء بإنشائها واختبارها وتلقي الآراء حولها.والمشاركة في هذه المسابقة تساعدك على تطوير إمكانياتك وبناء مجتمع في مجالك والحصول على العديد من أفكار ألعاب الفيديو المميزة خارج الصندوق. من أشهر هذه المسابقات مسابقة GMTK game jam، وهو حدث سنوي يهدف لإنشاء لعبة واحدة أو أكثر خلال فترة زمنية قصيرة تتراوح عادة بين 24 إلى 72 ساعة والمشاركة فيها من شأنه تعزيز الإبداع والابتكار في تصميم الألعاب. سابعًا: استعن بمولدات الأفكار العشوائية وأدوات الذكاء الاصطناعي هناك العديد من أدوات الذكاء الاصطناعي التي يمكنها مساعدتك في توليد أفكار ألعاب فيديو ترغب في إنشائها. فيما يلي أربع أدوات مفيدة بالإضافة إلى معلومات حول كيفية عملها وكيف يمكنك استخدامها: تشات جي بي تي ChatGPT يمكنك الاستفادة من خدمات ChatGPT في جميع مراحل إنشاء اللعبة متضمنًا عملية البحث عن الفكرة الأساسية وتفاصيلها. وذلك من خلال تزويده بوصف لما تبحث عنه في فكرة لعبة الفيديو سواءً كان نوع لعبة محدد اخترته أم فئة معينة توجه لها هذه اللعبة وسيقدم لك أفكار إبداعية بناءً على مدخلاتك. أداة Let's Make a Game هي أداة مصممة خصيصًا لمساعدة مصممي الألعاب على توليد أفكار لألعاب الفيديو إذ يمكنك إدخال كلمات رئيسية أو معايير محددة تتعلق بنوع اللعبة التي ترغب في إنشائها، وسيزودك المولد بمفاهيم مختلفة للعبة تتوافق مع تلك المواصفات. توفر لك هذه الأداة الوقت من خلال اقتراح أفكار الألعاب تلقائيًا بناءً على تفضيلاتك، مما يسمح لك باستكشاف الاحتمالات المختلفة بسرعة. أداة Plot Generator هي أداة متعددة الاستخدامات يمكن استخدامها لتطوير القصص والروايات الخاصة بالألعاب. حيث يُنشئ المولد قصص وشخصيات ومهام فريدة للعبتك من خلال اختيار نوع اللعبة وعناصر القصة الأساسية ما يساعدك على العثور على أفكار ألعاب فيديو مبتكرة قد لا تخطر ببالك. أداة Concept and Art Idea Generator توفر لك هذه الأداة المدعومة بالذكاء الاصطناعي طريقة لتوليد العديد الأفكار الملهمة لألعاب الفيديو التي تريد تطويرها وتعطيك اقتراحات حول بيئة اللعبة ومظهر شخصيات الألعاب التي تشترك في اللعب وغيرها من الأفكار المميزة. وذلك عبر إدخال كلمات رئيسية أو سمات محددة تتعلق بلعبتك. ثامنًا: تعلم واستلهم الأفكار من محبّي الألعاب توجد العديد من المجتمعات والمنتديات على الإنترنت تهتم بتطوير الألعاب وتضم أشخاصًا يشاركونك الاهتمام ذاته، وتستطيع الاشتراك بها ومتابعتها للحصول على العديد من أفكار الألعاب أو طرح فكرتك والحصول على آراء المستخدمين حولها. حيث يمكنك إنشاء على سبيل المثال إنشاء منشور على مجتمع حسوب وطرح فكرة لعبة تدور ببالك للحصول على آراء متعددة ومتنوعة من المهتمين لا سيما إذا كان استهداف لعبتك هو السوق العربيّ فهذا المكان هو الأمثل. تاسعًا: اعرف ما هي مواصفات اللعبة التي لن تلعبها! هل تعلم أن لعب لعبة سيئة وغير محببة قد يساعدك بشكل كبير عندما يتعلق الأمر بالبحث عن أفكار ألعاب! فهذا الأمر من شأنه أن يساعدك بشكل كبيرعلى اكتشاف العيوب والأخطاء التي تواجهك في اللعبة السيئة كي تتجنبها ولا تقع بمثلها عند اختيار فكرة لعبتك، كما يمكنك بذلك استلهام أفكار جديدة من أفكار قديمة لم يتم تطويرها بشكل جيد والعمل على تحسينها وصياغتها بلعبة ناجحة. عاشرًا: جرب مفهوم اللعبة الأساسي قبل الاعتماد على الفكرة تعد تجربة فكرة اللعبة الخاصة بك قبل العمل عليها أمرًا بالغ الأهمية لعدة أسباب: تحديد العيوب: يساعدك اختبار فكرة لعبتك على تحديد أي عيوب أو مشكلات محتملة قبل استثمار وقت وموارد كبيرة في تطويرها. فهو يسمح لك باكتشاف المشكلات في المفهوم أو آليات اللعب ومعالجتها. تقييم الجمهور المستهدف: يتيح لك اختبار فكرة لعبة الفيديو التي تريدها قياس اهتمام وتفاعل جمهورك المستهدف. يمكن أن تساعدك تعليقاتهم المبكرة على فهم ما إذا كانت لعبتك تنال إعجاب الفئة المستهدفة أم لا، مما يساعدك على تحسين المفهوم ليناسب تفضيلاتهم وتوقعاتهم. التحسين: يمكنك تحصيل بيانات حول نقاط نجاح لعبتك وفشلها من من خلال مراقبة أداء اللاعب ودرجة انغماسه في اللعب. تضمن لك هذه العملية أن تطور من لعبتك بما يحقق نجاحها. توقع التكلفة: يمكنك توفير الوقت والموارد في التطوير من خلال اختبار فكرة لعبتك في وقت مبكر، وذلك بتحديد العيوب ونقاط الضعف في مرحلة مبكرة مما يسمح لك بإجراء التعديلات اللازمة قبل استثمار أموالك في البرمجة والتصميم والتفاصيل الأخرى. أمثلة على أفكار ألعاب فيديو لاقت نجاحًا كبيرًا إذا كنت مهتمًا بصناعة ألعاب إلكترونية ومعرفة السر وراء نجاح العديد من الألعاب الرائجة فإليك أمثلة على أبرز الألعاب الإلكترونية التي لاقت رواجًا وأهم الأسباب في نجاحها وشهرتها: لعبة ماين كرافت Minecraft. لعبة كاندي كراش Candy Crash. لعبة سوبر ماريو برو Super Mario Bros. لعبة وي سوبرتس Wii Sports. لعبة أمونغ آس Among Us. لنحاول اكتشاف أبرز الأسباب التي جعلت من أفكار هذه الألعاب محبوبة ومنتشرة بين جمهور كبير من اللاعبين حول العالم. لعبة ماين كرافت Minecraft تقوم فكرة لعبة ماين كرافت على أسلوب اللعب المفتوح من خلال السماح للاعبين ببناء واستكشاف عوالم افتراضية بناءً على تفضيلاتهم الشخصية، مما يوفر فرصة للإبداع والخيال ففي هذه اللعبة لايوجد طريقة أو أسلوب معين للعب وهذه الإمكانيات الإبداعية غير المحدودة وقدرة اللاعبين على مشاركة إبداعاتهم مع الآخرين هي ما أكسب اللعبة شعبية هائلة، كما ساهمت طبيعتها التي يتحكم فيها مجتمع اللاعبين والتحديثات المتكررة لها في زيادة نجاحها. لعبة كاندي كراش Candy Crash هي لعبة ألغاز يقوم اللاعبون فيها بمطابقة ثلاث قطع حلوى أو أكثر من نفس اللون لإزالتها من اللوحة. وقد لاقت اللعبة شهرة واسعة منذ نشرها إلى الآن واستقطبت اللاعبين من مختلف الأعمار بفضل أسلوبها الجذاب وقوانينها البسيطة في اللعب وتصميم رسوماتها الملونة ذات الألوان الزاهية وتضمنها لمئات المستويات التي تزداد صعوبة مع تقدم اللاعب في اللعب وتقدم له مكافآت تحفزه على مواصلة اللعب، كما ساعد توفرها على منصات متعددة كالهواتف الجوالة والأجهزة اللوحية وأجهزة الحاسوب في زيادة شعبيتها وانتشارها على نطاق واسع. لعبة سوبر ماريو Super Mario Bros يعود نجاح فكرة لعبة سوبر ماريو التي طورتها شركة نينتندو Nintendo إلى عدة عوامل من أبرزها أسلوب اللعب الممتع والوضح إلى جانب تصميم شخصية لعبة ماريو المحبب والتي أصبحت واحدة من أشهر شخصيات ألعاب الفيديو، كما ساهم إصدار اللعبة على العديد من المنصات في زيادة شعبيتها وانتشارها وهي واحدة من أكثر ألعاب الفيديو مبيعًا على الإطلاق. لعبة وي سبورتس Wii Sports تعتمد فكرة لعبة Wii Sports التي طورتها شركة Nintendo EAD عام 2006 على تضمين من ألعاب المحاكاة الرياضية وقد حققت هذه اللعبة نجاحًا واسعًا بسبب سهولة لعبها وقواعدها البسيطة التي تسمح للاعبين من مختلف الأعمار والمستويات المهارية اللعب والاستمتاع بها كما تتميز هذه اللعبة باستخدام تقنية الحركة وتتضمن وحدة تحكم Wii التي تستخدم تقنية الاستشعار عن الحركة للتحكم بالألعاب عن طريق حركة الجسم مما وفر تجربة لعب واقعية وممتعة. لعبة أمونغ آس Among Us هي لعبة جماعية تتضمن فريق من اللاعبين الذين يجتمعون معًا لإصلاح سفينة فضائية أثناء التعامل مع وجود المحتالين الذين يحاولون القضاء على الطاقم. تشجع اللعبة على التواصل والشك والعمل الجماعي حيث يحاول اللاعبون التعرف على المحتالين والتصويت ضدهم. لاقت اللعبة نجاحًا عظيمًا بسبب طريقة لعبها البسيطة والجذابة التي تشجع العمل الجماعي والتفكير للوصول إلى استنتاجات. كما ارتفعت شعبيتها مع بدء العديد من اللاعبين وصنّاع المحتوى المشهورين بلعبها على البث المباشر، مما ساهم بخلق ضجة كبيرة حولها على مستوى العالم. الخلاصة لا ريب أن عملية تطوير الألعاب تتطلّب عددًا من المهارات للحصول على منتج نهائي ناجح يستمتع به اللاعبون بدءًا من التطوير والتصميم وصولًا إلى التسويق وإطلاق اللعبة على المتاجر، إلا أن التوصل إلى فكرة ممتعة فريدة من نوعها هو أساس هذه العملية وستضمن أن المنتج النهائي سيبدأ على أسس قوية تضمن نجاحه. هل هناك فكرة في بالك للعبة إلكترونية مميزة وناجحة تعتقد أنها ستحقق النجاح لكنك متردد في آلية تنفيذها؟ اطرحها للمناقشة أسفل المقال، ودع القراء الآخرين يبرزون لك مواضع ضعفها وقوتها! اقرأ أيضًا مطور الألعاب: من هو وما هي مهامه تعرف على أشهر لغات برمجة الألعاب مدخل إلى محرك الألعاب جودو Godot نبذة عن صناعة الألعاب ومحرك Unity3D
  3. تعد عملية اختيار وتصميم شخصيات الألعاب جزءًا لا يتجزأ من صناعة الألعاب الإلكترونية، وهي لا تقتصر على التركيز على الجانب الجمالي للتصميم وجعله جذابًا، بل تلعب دورًا حاسمًا في تشكيل تجربة اللاعبين وتضمن تناسق قصة اللعبة وانسجام اللاعب معها. حيث تتمتع الشخصية المنتقاة جيدًا بالقدرة على التأثير على المشاعر، وتحفيز اللاعب على اللعب باستمرار، وتضمن الارتقاء باللعبة في النهاية إلى آفاق جديدة من النجاح. سننظر سويًا في هذا المقال إلى أهم الاعتبارات التي عليك الأخذ بها لاختيار شخصية ناجحة في لعبتك القادمة وأهم برامج وأدوات تصميم شخصية لعبة، ونختم المقال بأمثلة لأبرز شخصيات الألعاب المصممة جيدًا فإذا كنت مهتمًا بتطوير ألعاب الفيديو فتابع قراءة المقال للنهاية. معايير تصميم شخصية لعبة ناجحة لا شك أن تصميم شخصيات الألعاب يلعب دورًا مهمًا جداً في صناعة الألعاب الإلكترونية، فالشخصيات هي وسيلة اللاعبين للتفاعل مع العالم الافتراضي للعبة، فإذا كنت مبرمج ألعاب فيجب أن تكون الشخصيات التي تختارها في لعبتك محببة وجيدة التصميم ومنسجمة مع نوع اللعبة وقصتها، وتعكس الأهداف التي تهدف اللعبة إلى تحقيقها، وإليك مجموعة من المعايير أو النقاط التي عليك الانتباه لها عند اختيار أو تصميم شخصية لعبة إلكترونية: تحديد المفهوم العام لشخصية اللعبة ويشمل: السمات الجسدية والنفسية لشخصية اللعبة. سلوك الشخصية وتفاعلها مع محيطها. نبرة صوت الشخصية أو التأثيرات الصوتية الخاصة بها. نقاط قوة الشخصية ونقاط ضعفها والموازنة فيما بينهما. قصة الشخصية. مظهر شخصية اللعبة. لنناقش كل نقطة من هذه النقاط ونتعرف على دورها عند التفكير في تصميم شخصيات الألعاب الإلكترونية. أولًا: تحديد المفهوم العام للشخصية من المهم تحديد الدور العام لشخصيات الألعاب أولًا قبل البدء بتصميمها، والانتباه لأن تكون لكل شخصية لعبة مميزات وخصائص فريدة مختلفة عن بقية الشخصيات الأخرى لضمان تميزها وتفردها وتحديد خصائصها العامة مثل السمات النفسية والجسدية ونبرة الصوت وغيرها من التفاصيل التي تساهم بتشكيل مفهوم شخصية اللعبة، وإليك أهم العوامل التي تساعدك على تصور المفهوم العام للشخصية: 1. السمات الجسدية والنفسية لشخصية اللعبة أول ما عليك التفكير به عند اختيار شخصية لعبة فريدة هو تحديد السمات الجسدية والنفسية لشخصية اللعبة لأنها تساعدك على تصور شكل جسدها وملامحها بما يتوافق مع هدف الشخصية في اللعبة. فمثلًا من المهم أن تكون الشخصية ذات جسد رياضي في حال كانت اللعبة تتضمن الركض والهروب. 2. سلوك الشخصية وتفاعلها مع محيطها يعد سلوك الشخصية جانبًا حيويًا مهمًا في تصورها وتحديد طريقة تفاعلها مع بيئة اللعبة ومع الشخصيات الأخرى لذا عليك أن تحدد هل الشخصية التي تريدها في لعبتك هي شخصية بطولية أو مغامرة أو مرحة أو مؤذية أن ويتماشى تصميم الشخصية مع أفعالها وسلوكها، فإذا كانت الشخصية عدوانية وشريرة فيجب أن تعكس ملامح وجه الشخصية عدوانيتها حتى تكون مقنعة. 3. نبرة صوت الشخصية أو التأثيرات الصوتية الخاصة بها تشير نبرة الشخصية إلى سلوكها وموقفها العام في اللعبة. فهي تحدد الحالة المزاجية للعبة وتؤثر على كيفية إدراك اللاعبين للشخصيات والتفاعل معها فينبغي أن تكون النغمة متسقة طوال اللعبة، ومتناسبة من الحديث أو الموقف الحاصل مما يعزز هوية الشخصية ويعزز الاتصال العاطفي للاعب معها. كما أن النبرة المميزة والمتغيرة بحسب الموقف مثلًا نبرة حماسيّة، حزينة، مبتهجة …إلخ. تجعل منها شخصية متفردة وتبقى عالقة في ذهن اللاعب. 4. نقاط قوة الشخصية ونقاط ضعفها والموازنة فيما بينهما يعد تحديد نقاط القوة والضعف لدى شخصية لعبة الفيديو أمرًا مهمًا لعدة أسباب فهو يضيف عمقًا وتعقيدًا للشخصية، ويجعلها أكثر واقعية وإقناعًا كما أنه يؤثر على آليات اللعب ويجعله أكثر حماسًا، على سبيل المثال تتميز شخصية ماريو في لعبة Super Mario Bros بعدة نقاط قوة مثل القدرة على الركض السريع والقفز عاليًا مما يسمح له بالهروب من الأعداء والوصول إلى الأماكن المرتفعة وتجاوز العقبات، لكنه يملك نقاط ضعف فهو صغير الحجم ولا يستطيع السباحة فهو يغرق إذا سقط في الماء. ثانيًا: قصّة الشخصية تساهم قصة شخصية اللعبة الجذابة في إضافة عمق وتشويق على اللعبة وتجعل اللاعب يتفاعل معها بشكل أفضل، ويشعر بالإنجاز عندما ينتقل عبر مستويات اللعبة ويفوز في النهاية ويحقق الهدف المطلوب، فلا يمكن التغاضي عن أهمية قصة شخصية لعبة الفيديو أثناء اللعب ودورها في ارتباط اللاعب في اللعبة وتحفيزه واهتمامه بأدق تفاصيلها. وليس بالضرورة أن تكون قصة الشخصية معقدة ومطولة فقد تكون بسيطة بحسب حجم اللعبة. خذ لعبة الطيور الغاضبة Angry Birds على سبيل المثال، إذ أنّ هذه الطيور غاضبة بسبب أن الخنازير الأشرار في اللعبة قد اختطفوا بيوض صغارهم وهذا ما يمنح للعبة دافعًا وسببًا لوجود الشخصيات في عالم اللعبة الإلكترونية. ثالثًا: مظهر الشخصية يلعب مظهر الشخصية وتصميمها المرئي دورًا مهمًا في إنشاء الشخصية وتصميمها إذ يجب أن يكون مظهر الشخصية جذابًا وفريدًا ويعكس شخصيتها ودورها في اللعبة وعند تصميم مظهر الشخصية يجب أن تهتم بعدة عوامل إلى جانب ملامحها الجسدية والنفسية مثل زي الشخصية حيث تلعب أزياء شخصيات ألعاب الفيديو دورًا مهمًا في المساهمة في نجاح اللعبة وتساعد في تحديد الهوية المرئية للشخصية وتجعلها أكثر قابلية للتمييز والتذكر بالنسبة للاعب. كما تعكس أزياء الشخصيات أيضًا إعدادات اللعبة أو الفترة الزمنية لها على سبيل المثال، قد يشتمل زي إحدى الشخصيات في لعبة خيالية من العصور الوسطى على دروع وتروس، بينما قد تتمتع الشخصية في لعبة خيال علمي مستقبلية بملابس عالية التقنية. علاوة على ذلك، يمكن أن تؤثر أزياء الشخصيات أيضًا على آليات اللعب من خلال توفير مكافآت أو قدرات متنوعة. على سبيل المثال، قد يوفر الزي دفاعًا معززًا أو خفة الحركة، أو يمنح قدرات خاصة يمكن استخدامها بشكل استراتيجي أثناء اللعب. رابعًا: حركات الشخصية والمقصود بحركات الشخصية الأفعال التي تقوم بها شخصية اللعبة مثل المشي او الجري أو القفز أو التسلق أو إطلاق النار …إلخ. وتؤثر انسيابية واستجابة حركات الشخصية بشكل مباشر على تجربة اللاعب وقدرته على التنقل في عالم اللعبة بفعالية. حيث يمكن للحركات السلسة والطبيعية أن تجعل تجربة اللعب أكثر متعة وواقعية وتعزز تفاعل اللاعب مع اللعبة وتطيل مدة اللعب، بالمقابل ستتسبب حركات الشخصية المصممة بشكل سيء في إحباط اللاعبين وتقلل من استمتاعهم باللعبة. خطوات تصميم شخصيات الألعاب بعد تعرّفنا على معايير تصميم الشخصية الناجحة، كيف تبدأ فعلًا ببدء التصميم؟ نستطيع تجزئة خطوات تصميم الشخصية إلى ما يلي: تحديد تصنيف الشخصية الأولية. بناء قصة الشخصية. البحث عن موارد لشخصيات الألعاب. استخدام أدوات وبرامج مخصصة لتصميم الشخصية. 1. تحديد الشخصية الأولية قد تكون الشخصية بعد الانتهاء من تصميمها فريدةً من نوعها بمزاياها المختلفة من صفات جسدية وحركة وشكل وقصة، إلا أن تصميم الشخصية يبدأ دائمًا بتحديد شخصيتها الأولية أو الابتدائية، حيث أن تصنيف شخصيات الألعاب يحدد توجه الشخصية العام وكيفية تطبيق تصميمك عليها لتلائمها، وإليك بعض الأمثلة على أشهر شخصيات الألعاب الأولية التي يمكنك اختيارها للعبتك الإلكترونية: شخصية البطل: وهي الشخصية التقليدية في معظم ألعاب الفيديو التي تواجه التحديات بقوة وتنتصر عليها، وتتميز هذه الشخصية بشجاعتها وأخلاقياتها العالية، مثال على هذه الشخصية شخصية سوبرمان أو شخصية لينك من سلسلة أسطورة زيلدا The Legend Of Zelda. شخصية الطيب المحبّ للغير: تتميز هذه الشخصية بإنسانيتها وشغفها إلا أنها قد تكون غير منطقية في بعض الأحيان مما يتسبب في وقوعها في بعض المشكلات. مثال على هذه الشخصية هي شخصية الكوماندر شيبرد في لعبة ماس إيفيكت Mass Effect. شخصية الساحر: هي شخصية لعبة غامضة تملك حيلًا وأسرار خاصة لتحقيق غاياتها، مثال على هذه الشخصية شخصية هاري بوتر Harry Potter وشخصية جاندالف Gandalf في لعبة أمير الخواتم The Lord Of The Rings: Shadow of Mordor. كما يوجد عدة أنواع أخرى من الشخصيات، كشخصية المتمرد وشخصية المغامر والمحب للاستكشاف والقدوة والساذج والمنبوذ والشرير، وقد تتشارك بعض الشخصيات فيما بينها بعدد من الصفات ومن المهم أن تحدد الشخصية الأولية لكل شخصية تستخدمها في ألعابك لأنها تساعدك في اختيار التصميم الملائم بشكل أفضل. 2. بناء قصة الشخصية بعد تحديد تصنيف شخصيات الألعاب الأولية تحتاج للبدء بتخيل قصة الشخصية وتحديد سبب وجودها في عالم اللعبة ودورها فهذا أمر مهم وذلك لتجعل لاعبي اللعبة يرتبطون عاطفيًا مع الشخصية ويحزنون لحزنها ويفرحون لفرحها. لذا تأكّد من تحديد قصة حياة الشخصية وماضيها وهدفها في قصة اللعبة كما يساعد ذلك أيضًا مصممي الغرافيك ومبرمحي الألعاب على الاعتماد على هذه المعلومات في تصميم الشخصية بصريًا بشكل يلائم قصتها وبرمجة تحركاتها بالشكل الصحيح المناسب لتحقيق أهدافها. 3.البحث عن مراجع لشخصيات الألعاب عندما تفكر في اختيار شخصيات ألعابك ستجد أمامك خيارين الأول هو تصميم الشخصية من الصفر باستخدام أدوات وبرامج مخصصة أو استخدام شخصيات جاهزة، فمن المرجّح أنك عندما تفكر بتصميم لشخصية لعبة خاصة بك ستجد رسومات لشخصيات افتراضية تخيلية تطابق الشخصية التي تريد أن تكون موجودة في لعبتك ويمكنك في هذه الحالة الاعتماد عليها بدلًا من تصميمها من الصفر. هناك عشرات المصادر على الإنترنت التي تستطيع من خلالها تحميل عدد من الشخصيات تشابه الشخصية التي تريدها ومن ثم التعديل عليها أو ربما حتى استخدامها مباشرةً في لعبتك الإلكترونية دون أي تعديلات إن وجدت أنها مطابقة للمواصفات التي تريدها. نذكر من هذه المصادر: متجر محرك يونيتي Unity متجر محرك أنريل Unreal متجر كيني الذي يحتوي على شخصيات مجانية متجر itch.io الشهير موقع Adobe Stock موقع Pinterest وغيرها من المواقع التي توفر مجموعات منوعة من الصور والتصاميم لشخصيات ألعاب مجانية أو مدفوعة يمكنك استخدامها في لعبتك الإلكترونية، لكن انتبه لصيغة الشخصية وتوافقها مع محرك الألعاب الذي تود استخدامه في برمجة اللعبة أو تحريك الشخصية وهذا الأمر مفيد ويوفر عليك الكثير من الوقت خصوصًا لو كنت تعمل ضمن فريق حيث أن مصمم الشخصية مختلف عن محركها وعن مبرمجها. 4. استخدام أدوات وبرامج مخصصة لتصميم الشخصية إذا كنت مهتمًا بتصميم شخصيات الألعاب من الصفر أو لم تعثر على تصميم شخصية يناسب ما رسمته في مخيلتك في المواقع التي توفر مصادر لشخصيات للألعاب، فستجد عدة أدوات وبرامج مخصصة تساعدك على تصميم شخصيات الألعاب وتحويلها من أفكار إلى رسومات ثنائية أو ثلاثية الأبعاد جاهزة لبرمجتها ومن أشهر هذه البرامج نذكر: Piskel: هو تطبيق ويب مجاني ومفتوح المصدر يعمل في المتصفح ويمكنك كذلك تثبيته على أنظمة تشغيل لينكس وويندوز ويوفر العديد من الأدوات السهلة لإنشاء شخصيات ألعاب بسيطة ثنائية الأبعاد المعروفة باسم sprite وحفظها بتنسيق PNG أو GIF. GIMP: هو برنامج مفتوح المصدر لمعالجة الصور وهو يوفر إمكانية تصميم شخصيات ألعاب ثنائية الأبعاد وتصديرها إلى العديد من التنسيقات المختلفة. Sketchbook: برنامج مميز يوفر إصدار مجاني لرسم شخصيات الألعاب ثنائية الأبعاد ويوفر عدة خيارات لتصدير الرسومات. بليندر Blender: هو برنامج مجاني ومفتوح المصدر ومجاني لتصميم ورسم الشخصيات ثلاثية الأبعاد ويمكنه تصدير الرسومات إلى العديد من تنسيقات الملفات الجاهز لاستخدامها في برامج تطوير الألعاب. Magic Voxel: هو برنامج مجاني لتصميم شخصيات ألعاب ثلاثية ويمكنك من تصدير الرسومات إلى التنسيق OBJ. والبدء ببرمجتها في محركات الألعاب. MakeHuman: برنامج مفتوح المصدر لتصميم شخصيات ألعاب ثلاثية قريبة من الواقع. SculptGL: برنامج فعال يعمل في المتصفح ويمكنك من تصميم الأشكال والشخصيات ثلاثية الأبعاد بسهولة. مايا Maya: هو برنامج احترافي مدفوع من شركة Autodesk مخصص للهندسة المعمارية والتصاميم الداخلية كما يستخدم في صناعة الأفلام ورسم ونمذجة شخصيات الألعاب ثلاثية الأبعاد ويوفر ميزات متقدمة للتحكم بإضاءتها وحركتها وغيرها من المميزات الاحترافية. 3Ds Max: برنامج مدفوع من شركة Autodesk يشابه برنامج مايا ويوفر مجموعة قوية من الأدوات لنمذجة لتصميم ونمذجة شخصيات الألعاب والرسوم المتحركة ثلاثية الأبعاد ويوفر أيضًا تراخيص مجانية للطلاب. كانت هذه قائمة بأبرز أدوات تصميم شخصيات الألعاب وهناك الكثير غيرها، لذا عليك اختيار الأداة التي تناسبك يعتمد على طبيعة الرسومات التي تود الحصول عليها ثنائية الأبعاد 2D أم ثلاثية الأبعاد 3D، وعلى ميزانيك وخبرتك في استخدام الأداة، وفي محرك اللعبة الذي ستجلب هذه الشخصية إليه وتبرمجها فيه فبعض محركات الألعاب تدعم تنسيقات ملفات محددة فقط. أمثلة لأبرز شخصيات الألعاب المصممة جيدًا تضفي الشخصية المصممة بدقة الحياة على اللعبة، مما يجعلها أكثر جاذبية وبقاء في الذهن. ومن أهم شخصيات الألعاب وسنختم المقال بأكثر شخصيات الألعاب شهرة بين جمهور اللاعبين ونكتشف سبب شهرتها والتعلق بها بالرغم من بساطة بعضها. شخصية لعبة ماريو أصبح ماريو، الشخصية الشهيرة من سلسلة سوبر ماريو رمزًا لها بالرغم من بساطة تصميمه، ولعل السر في شخصية لعبة ماريو هو مظهره المميز وكلامه وأفعاله. فيمكن التعرف على مظهر ماريو المحبوب على الفور بفضل قبعته الحمراء المميزة، وبدلته الزرقاء، وشاربه الكثيف إلى جانب صوته عالي النبرة وعباراته الشهيرة "هذا أنا ماريو!" التي جعلت منه شخصية محبوبة لأجيال من اللاعبين، كما أن خفة الحركة التي يتمتع بها ماريو في القفز والجري والمناورة عبر المستويات المختلفة جعلت منه شخصيةً ممتعة للتحكم واللعب بها، أضف إلى ذلك دافعه طوال اللعبة لإنقاذ الأميرة المخطوفة من قبل السلحفاة الشريرة باوزر. شخصية باك مان حققت باك مان، الشخصية الدائرية الصفراء من لعبة الآركيد Arcade شهرة واسعة من خلال تصميمها وأسلوب لعبها البسيط. إذ أصبحت شخصيتها الأيقونية رمزًا لألعاب الفيديو من نوع الآركيد التقليدية التي كانت مشهورة في فترة سابقة، وعلى الرغم من القيود الموجودة على أجهزة ألعاب الفيديو آنذاك إلا أن مصممي اللعبة استطاعوا ببراعة خلق شخصية لعبة بقيت عالقةً في أذهان الجميع لحد اليوم على الرغم من بساطتها. فمن منا لا يتذكر باك مان بلونه الأصفر الفاقع وفمه المفتوح والأشباح الملونة التي تلاحقه! ولعل هذه الأمثلة تجعلنا نلاحظ أنه ليس من الضروري للشخصية أن تمتلك الكثير من الأشياء والمميزات لتصبح شخصية لعبة ناجحة، فشخصية باك مان ما هي سوى نقطة صفراء في غاية البساطة، ومع ذلك فقد حصدت الكثير من المعجبين. شخصية لعبة كريتوس من سلسلة God of War استطاعت شخصية كريتوس الوصول إلى الشهرة وجذب أعداد هائلة الجماهير من خلال التركيز على قصة الشخصية وتصميم شكلها بناءً على ذلك، متضمنًا تصميم جسد الشخصية ببنية قوية وملابس ملائمة لدوره في اللعبة بشكل مثالي، فهذه التفاصيل بالإضافة للتأثيرات الصوتية جعلت منه شخصية مهيبة، كما أن قدراته القتالية المتعددة أضافت إلى كريتوس إحساس القوة والتصميم، وهو الشيء ذاته الذي انجذب له الجمهور وجعلت منه شخصية هائلة لا تُنسى. بالإضافة إلى ذلك، فإن أسلوب كريتوس القتالي الوحشي، جنبًا إلى جنب مع خلفيته المعقدة وعمقه العاطفي، جعل منه شخصية مقنعة ومبدعة في عالم ألعاب الفيديو. إلى هنا نكون قد وصلنا لنهاية مقالنا الذي فصلنا فيه مرحلة اختيار شخصيات الألعاب التي تعد من أهم مراحل صناعة ألعاب الفيديو، حيث يقوم مصمم اللعبة بإنشاء المفهوم والأسلوب والعمل الفني الكامل للشخصية من الصفر بعملية معقدة ودقيقة يضمن بها تحليل السمات الشخصية لشخصيات الألعاب من أجل إضافة الحياة إليها وجعلها أكثر واقعيّة. ويجب على من يقوم بهذه الوظيفة أن يتمتع بالموهبة والمهارات المتطورة فتصميم شخصية اللعبة يعد جانبًا حيويًا في تصميم ألعاب الفيديو ومن شأنه أن يترك صدى لدى اللاعبين على مستوى واسع من خلال التركيز على الخصائص الجسدية والنفسية والسلوك والنبرة والمظهر وغيرها من التفاصيل. الخلاصة إن التركيز على شخصيات ألعاب الفيديو الخاصة بك يضمن لك ارتباط اللاعبين بلعبتك ارتباطًا عميقًا ويزيد من شعبية اللعبة، ومن شأنه أيضًا أن يكوّن مجتمعًا من الأشخاص الذين ينتظرون جديد الشخصية من قصص وتطوّرات متعلقة بها فيما إذا أردت تطوير جزء آخر أو لعبة مشتقة من لعبتك السابقة. لذا، تأكد من أنك تمنح هذا الجانب من تصميم لعبتك وقتًا وجهدًا مناسبين. هل هناك لعبةٌ حاضرة في ذهنك من أيام الطفولة بفضل شخصياتها المنفّذة والمصممة بشكل جيد؟ شاركها معنا! اقرأ أيضًا مطور الألعاب: من هو وما هي مهامه نبذة عن صناعة الألعاب ومحرك Unity3D إنشاء الوحدات البنائية وشخصيات الخصوم في Unity3D ما هي برمجة الألعاب؟
  4. ننشئ التوابع السحرية العددية والمعكوسة كما رأينا سابقًا كائنات جديدة بدلًا من تعديل الكائنات الموضعية، إلا أن التوابع السحرية الموضعية المُستدعاة باستخدام معاملات الإسناد المدعوم مثل =+ و =* تعدل الكائنات موضعيًا بدلًا من إنشاء كائنات جديدة (هناك استثناء سنشرحه في نهاية الفقرة). تبدأ أسماء هذه التوابع السحرية بحرفi، مثل ()__iadd__ و ()__imul__ من أجل العوامل =+ و =* على التتالي. مثلًا، عندما تنفذ بايثون الشيفرة purse *= 2 لا يكون السلوك المتوقع أن تابع ()__imul__ الخاص بالصنف WizCoin سينشئ ويعيد كائن WizCoin جديد بضعف عدد النقود ويسنده للمتغير purse، ولكن بدلًا من ذلك، يعدل التابع ()__imul__ كائن WizCoin الحالي في purse ليكون له ضعف عدد النقود. هذا فرق بسيط ولكن مهم إذا أردت لأصنافك أن تقوم بتحميل زائد overload لمعاملات الإسناد المدعومة. عرّف الصنف 'WizCoin' الذي أنشأناه العاملين + و *، لذا لنُعرّف التابعين السحريين ()__iadd__ و ()__imul__ ليتمكّنوا بدورهم من تعريف العاملين =+ و =* أيضًا، نستدعي في التعبيرين purse += tipJar و purse *= 2 التابعين ()__iadd__ و ()__imul__ على التتالي وتمرر tipJar و 2 إلى المعامل other على التتالي. ضِف التالي إلى نهاية ملف wizcoin.py: --snip-- def __iadd__(self, other): """Add the amounts in another WizCoin object to this object.""" if not isinstance(other, WizCoin): return NotImplemented # نعدل من قيمة الكائن‫ self موضعيًا self.galleons += other.galleons self.sickles += other.sickles self.knuts += other.knuts return self # تعيد التوابع السحرية الموضعية القيمة‫ self على الدوام تقريبًا def __imul__(self, other): """Multiply the amount of galleons, sickles, and knuts in this object by a non-negative integer amount.""" if not isinstance(other, int): return NotImplemented if other < 0: raise WizCoinException('cannot multiply with negative integers') # يُنشئ الصنف‫ WizCoin كائنات متغيّرة، لذا لا تنشئ كائن جديد كما هو موضح في الشيفرة المعلّقة: #return WizCoin(self.galleons * other, self.sickles * other, self.knuts * other) # نعدل من قيمة الكائن‫ self موضعيًا self.galleons *= other self.sickles *= other self.knuts *= other return self # تعيد التوابع السحرية الموضعية القيمة‫ self دائمًا تقريبًا يمكن أن تستخدم كائنات WizCoin العامل =+ مع كائنات WizCoin أخرى والعامل ‎=* مع الأعداد الصحيحة الموجبة. تعدّل التوابع الموضعية الكائن 'self' موضعيًا بدلًا من إنشاء كائن 'WizCoin' جديد بعد التأكد من أن المعامل الآخر صالح. أدخل التالي إلى الصدفة التفاعلية لرؤية كيف تعدل عوامل الإسناد المدعوم كائنات WizCoin موضعيًا: >>> import wizcoin >>> purse = wizcoin.WizCoin(2, 5, 10) >>> tipJar = wizcoin.WizCoin(0, 0, 37) 1 >>> purse + tipJar 2 WizCoin(2, 5, 46) >>> purse WizCoin(2, 5, 10) 3 >>> purse += tipJar >>> purse WizCoin(2, 5, 47) 4 >>> purse *= 10 >>> purse WizCoin(20, 50, 470) يستدعي العامل + التابعين السحريين ()__add__ و ()__radd__ لإنشاء وإعادة كائنات جديدة. تبقى الكائنات الأصلية التي يعمل عليها العامل + على حالها. يجب على التوابع السحرية الموضعية أن تعدل الكائنات موضعيًا طالما أن الكائن متغيّر mutable (أي هو كائن يمكن تغيير قيمته). الاستثناء هو للكائنات الثابتة immutable objects، إذ لا يمكن تعديلها ومن المستحيل تعديلها موضعيًا. في هذه الحالة يجب على التابع السحري الموضعي إنشاء وإعادة كائن جديد كما في التوابع السحرية العددية والمعكوسة. إذا لم نجعل السمات galleons و sickles و knuts للقراءة فقط، فهذا يعني أنه يمكن تعديلها، وبالتالي كائنات WizCoin هي متغيّرة، كما أن معظم الأصناف التي تكتبه تُنشئ كائنات متغيّرة لذا يجب تصميم توابع سحرية موضعية لتعديل الكائن موضعيًا. تستدعي بايثون تلقائيًا التابع السحري العددي في حال لم تُنفذ التابع السحري الموضعي. مثلًا، إذا لم يكن للصنف WizCoin تابع ()__imul__ سيستدعي التعبير purse *= 10 التابع ()__mul__ بدلًا عنه ويسند له القيمة المرجعة purse، لأن كائنات WizCoin متغيّرة وهذا سلوك غير متوقع وقد يؤدي لأخطاء بسيطة. توابع المقارنة السحرية يحتوي تابع ‎‎sort‎‎‎‎‎()‎‎‎ ودالة sorted()‎‎‏‏ خوارزميات ترتيب فعالة، ويمكن الوصول إليها باستدعاء بسيط، ولكن إذا أردت ترتيب ومقارنة كائنات أصنافك، ستحتاج لإخبار بايثون كيفية المقارنة بين الكائنين عن طريق تنفيذ توابع المقارنة السحرية، تستدعي بايثون التوابع المقارنة في الخلفية عندما تُستخدم الكائنات الخاصة بك في التعبير مع عوامل المقارنة< و > و =< و => و == و =!. قبل أن نستكشف توابع المقارنة السحرية، فلنفحص الدوال الست في وحدة 'operator' التي تنجز نفس وظائف عوامل المُقارنة الستة، إذ ستستدعي توابع المقارنة السحرية هذه الدوال. أدخل التالي في الصدفة التفاعلية: >>> import operator >>> operator.eq(42, 42) # أي يساوي، وهي مماثلة للتعبير 42 == 42 True >>> operator.ne('cat', 'dog') # أي لا يساوي وهي مماثلة للتعبير‫ 'cat' != 'dog' True >>> operator.gt(10, 20) # أكبر من، وهي مماثلة للتعبير 20 < 10 False >>> operator.ge(10, 10) # أكبر من أو يساوي، وهي مماثلة للتعبير 10 =< 10 True >>> operator.lt(10, 20) # أصغر من، وهي مماثلة للتعبير 20 > 10 True >>> operator.le(10, 20) # أصغر من أو يساوي وهي مماثلة للتعبير 10 => 20 True ستعطينا وحدة operator نسخ دوال من عوامل المقارنة ويكون تنفيذها بسيط. مثلًا يمكننا كتابة دالة operator.eq()‎ في سطرين: def eq(a, b): return a == b من المفيد امتلاك نسخ لعوامل المقارنة على هيئة دوال لأنه على عكس العوامل، يمكن تمرير الدوال مثل وسطاء لاستدعاءات الدالة، وسنفعل ذلك لتنفيذ تابع مساعدة لتوابع المقارنة السحرية. أولًا، ضِف التالي إلى بداية الملف wizcoin.py، إذ تعطي تعليمات الاستيراد import هذه الإذن بالوصول للدوال في وحدة operator وتسمح لك بالتحقق أن الوسيط other في التابع هو متتالية sequence عن طريق مقارنته مع collections.abc.Sequence: import collections.abc import operator ثم ضِف التالي في نهاية ملف wizcoin.py: --snip-- 1 def _comparisonOperatorHelper(self, operatorFunc, other): """A helper method for our comparison dunder methods.""" 2 if isinstance(other, WizCoin): return operatorFunc(self.total, other.total) 3 elif isinstance(other, (int, float)): return operatorFunc(self.total, other) 4 elif isinstance(other, collections.abc.Sequence): otherValue = (other[0] * 17 * 29) + (other[1] * 29) + other[2] return operatorFunc(self.total, otherValue) elif operatorFunc == operator.eq: return False elif operatorFunc == operator.ne: return True else: return NotImplemented def __eq__(self, other): # eq is "EQual" 5 return self._comparisonOperatorHelper(operator.eq, other) def __ne__(self, other): # ne is "Not Equal" 6 return self._comparisonOperatorHelper(operator.ne, other) def __lt__(self, other): # lt is "Less Than" 7 return self._comparisonOperatorHelper(operator.lt, other) def __le__(self, other): # le is "Less than or Equal" 8 return self._comparisonOperatorHelper(operator.le, other) def __gt__(self, other): # gt is "Greater Than" 9 return self._comparisonOperatorHelper(operator.gt, other) def __ge__(self, other): # ge is "Greater than or Equal" a return self._comparisonOperatorHelper(operator.ge, other) تستدعي توابع المقارنة السحرية التابع ‎__comparisonOperatorHelper()‎ وتمرر الدالة المناسبة من وحدة operator إلى المعامل operatorFunc، عند استدعاء operatorFunc()‎ فنحن هنا نستدعي الدالة المُمرّرة إلى معامل operatorFunc الذي هو eq()‎ أو ne()‎ أو lt()‎ أو le()‎ أو gt()‎ أو ge()‎ من وحدة operator، أو سيكون علينا تكرار الشيفرة في ‎__comparisonOperatorHelper()‎ في كل من توابع المقارنة السحرية الستة. ملاحظة: تدعى الدوال (أو التوابع) التي تقبل دوال أخرى على أنها وسطاء، مثل ‎__comparisonOperatorHelper()‎ بدوال المراتب الأعلى higher-order functions. يمكن الآن مقارنة كائنات WizCoin مع كائنات WizCoin أخرى وأعداد صحيحة وعشرية وقيم سلسلة من ثلاث قيم عددية تمثل galleons و sickles و knuts. أدخل التالي في الصدفة التفاعلية لرؤية الأمر عمليًا: >>> import wizcoin >>> purse = wizcoin.WizCoin(2, 5, 10) # إنشاء كائن‫ WizCoin >>> tipJar = wizcoin.WizCoin(0, 0, 37) # إنشاء كائن‫ WizCoin آخر >>> purse.total, tipJar.total # فحص القيم وفقًا إلى‫ knuts (1141, 37) >>> purse > tipJar # ‫المقارنة بين كائنات WizCoin باستخدام عامل مقارنة True >>> purse < tipJar False >>> purse > 1000 # الموازنة مع عدد صحيح True >>> purse <= 1000 False >>> purse == 1141 True >>> purse == 1141.0 # المقارنة مع عدد عشري True >>> purse == '1141' # ‫كائن WizCoin ليس مساويًا لأي قيمة سلسلة نصية False >>> bagOfKnuts = wizcoin.WizCoin(0, 0, 1141) >>> purse == bagOfKnuts True >>> purse == (2, 5, 10) # يمكننا المقارنة مع صف يتكون من ثلاثة أعداد صحيحة True >>> purse >= [2, 5, 10] # يمكننا المقارنة مع قائمة تحتوي على ثلاثة أعداد صحيحة True >>> purse >= ['cat', 'dog'] # يجب أن تتسبب هذه التعليمة بخطأ Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> File "C:\Users\Al\Desktop\wizcoin.py", line 265, in __ge__ return self._comparisonOperatorHelper(operator.ge, other) File "C:\Users\Al\Desktop\wizcoin.py", line 237, in _comparisonOperatorHelper otherValue = (other[0] * 17 * 29) + (other[1] * 29) + other[2] IndexError: list index out of range يستدعي التابع المساعد isinstance(other, collections.abc.Sequence)‎ لرؤية ما إذا كان other هو نوع بيانات متتالية مثل صف tuple أو قائمة list. بإمكاننا كتابة شيفرة مثل purse >= [2, 5, 10]‎ لعمل مقارنة سريعة، وذلك بجعل كائنات WizCoin قابلة للمقارنة مع متتاليات. مقارنة المتتاليات تضع بايثون أهمية أكبر على العناصر الأولى في المتتالية عند مقارنة كائنين من أنواع المتتاليات المضمنة مثل السلاسل النصية والقوائم والصفوف أي أنها لا تقارن العناصر الأخيرة إلا إذا كانت لدى العناصر الأولى قيم متساوية. مثلًا أدخل التالي في الصدفة التفاعلية: >>> 'Azriel' < 'Zelda' True >>> (1, 2, 3) > (0, 8888, 9999) True تأتي السلسلة النصية Azriel قبل (أي هي أقل من) Zelda لأن 'A' تأتي قبل 'Z'. الصف (3, 2, 1) يأتي بعد (أي هو أكبر من) (9999, 8888, 0) لأن 1 هي أكبر من 0. أدخل التالي في الصدفة التفاعلية: >>> 'Azriel' < 'Aaron' False >>> (1, 0, 0) > (1, 0, 9999) False لا تأتي Azriel قبل Aaron على الرغم من أن 'A' في 'Azriel' تساوي 'A' في 'Aaron' ولكن 'z' التالية في 'Azriel' لا تأتي قبل 'a' في 'Aaron'، ويمكن تطبيق الشيء ذاته في الصفين (1, 0, 0) و (1, 0, 9999)، إذ أن العنصرين في كل صف متساويين لذا تحدد العناصر الثالثة (0 و 9999 على التتالي) أن (0, 0, 1) تأتي قبل (9999, 0, 1). هذا يجبرنا على اتخاذ قرار بشأن تصميم صنف WizCoin فهل يجب أن تأتي WizCoin(0, 0, 9999)‎ قبل أو بعد WizCoin(1, 0, 0)‎؟ إذا كان عدد galleons أهم من عدد sickles أو knuts فيجب على WizCoin(0, 0, 9999)‎ أن تأتي قبل WizCoin(1, 0, 0)‎، أما إذا قارننا الكائنات بالاعتماد على قيمة knuts فيجب أن تأتي WizCoin(0, 0, 9999)‎ (قيمتها ‎9999 knuts) بعد WizCoin(1, 0, 0)‎ (قيمتها 493‎ knuts).وُضعت قيمة الكائن في ملف wzicoin.py على أنها مقدرة بـ knuts لأنها تجعل السلوك متناسقًا مع كيفية مقارنةWizCoin مع الأعداد الصحيحة والعشرية. هذا نوع من الاختيارات التي يجب أن تفعلها عند تصميم الأصناف الخاصة بك. لا توجد توابع سحرية مقارنة معكوسة مثل ()__req__ أو ()__rne__ تحتاج لتنفيذها، وبدلًا عن ذلك نجد أن ()__lt__ و ()__gt__ تعكس بعضها و ()__le__ و ()__ge__ تعكس بعضها و ()__eq__ و ()__ne__ تعكس نفسها، سبب ذلك هو أن العلاقات التالية صحيحة مهما كانت القيم في يمين أو يسار المعامل. purse > [2, 5, 10]‎ هي نفس ‎[2, 5, 10] < purse purse >= [2, 5, 10]‎ هي نفس ‎[2, 5, 10] <= purse purse == [2, 5, 10]‎ هي نفس ‎[2, 5, 10] == purse purse! = [2, 5, 10]‎ هي نفس ‎[2, 5, 10] != purse بمجرد تطبيقك للدوال السحرية المقارنة، ستستخدم بايثون تلقائيًا دالة sort()‎ لترتيب الكائنات الخاصة بك. أدخل التالي في الصدفة التفاعلية: >>> import wizcoin >>> oneGalleon = wizcoin.WizCoin(1, 0, 0) # ‫تكافئ 493 knut >>> oneSickle = wizcoin.WizCoin(0, 1, 0) # ‫تكافئ 29 knut >>> oneKnut = wizcoin.WizCoin(0, 0, 1) # ‫تكافئ 1 knut >>> coins = [oneSickle, oneKnut, oneGalleon, 100] >>> coins.sort() # رتّب من القيمة الأقل إلى الأعلى >>> coins [WizCoin(0, 0, 1), WizCoin(0, 1, 0), 100, WizCoin(1, 0, 0)] يحتوي الجدول 3 قائمة كاملة من توابع المقارنة السحرية ودوال operator. التابع السحري المعامل معامل المقارنة الدالة في وحدة operator ()__eq__ يساوي == operator.eq()‎ ()__ne__ لا يساوي =! operator.nt()‎ ()__lt__ أصغر من < operator.lt()‎ ()__le__ أصغر أو يساوي => operator.le()‎ ()__gt__ أكبر من < operator.gt()‎ ()__ge__ أكبر أو يساوي =< operator.ge()‎ الجدول 3: توابع المقارنة السحرية ودوال وحدة operator. يمكنك رؤية تطبيق هذه التوابع في https://autbor.com/wizcoinfull. التوثيق الكامل لتوابع المقارنة السحرية في توثيقات بايثون https://docs.python.org/3/reference/datamodel.html#object.lt. الخلاصة تسمح توابع المقارنة السحرية لكائنات الأصناف الخاصة بك أن تستخدم معاملات بايثون للمقارنة بدلًا من إجبارك على إنشاء توابع خاصة بك. إذا كنت تُنشئ توابعًا اسمها equals()‎ و isGreaterThan()‎ فهذه ليست خاصة ببايثون، وعدّ هذه إشارة لك لتبدأ باستخدام توابع المقارنة السحرية. ترجمة -وبتصرف- لقسم من الفصل PYTHONIC OOP: PROPERTIES AND DUNDER METHODS من كتاب Beyond the Basic Stuff with Python. اقرأ المزيد المقال السابق البرمجة كائنية التوجه في بايثون: التوابع السحرية Dunder Methods. كيفية إنشاء الأصناف وتعريف الكائنات في بايثون 3. التوابع السحرية (Magic Methods) في PHP. البرمجة الوظيفية Functional Programming وتطبيقها في بايثون
  5. لدى لغة بايثون Python أسماء توابع خاصة تبدأ وتنتهي بشرطتين سفليتين وتختصر بالسحرية، وتسمى عادةً التوابع السحرية أو التوابع الخاصة أو توابع داندر Dunder Methods، أنت تعرف مسبقًا اسم التابع السحري ‎__init__()‎ ولكن لدى بايثون العديد غيره، نستخدمهم عادةً لزيادة تحميل المعامل، أي إضافة سلوكيات خاصة تسمح لنا باستخدام كائنات الأصناف الخاصة بنا مع معاملات بايثون، مثل + أو >=. تسمح التوابع السحرية الأخرى لكائنات الأصناف الخاصة بنا بالعمل مع وظائف بايثون المضمنة مثل len()‎ و repe()‎. كما هي الحال في ‎__init__()‎ أو توابع الجلب والضبط والحذف، لا نستدعي التوابع السحرية مباشرةً، يل تستدعيهم بايثون في الخلفية عندما تستخدم الكائنات مع المعاملات أو بعض الوظائف المضمنة. مثلًا، إذا أنشأت تابعًا اسمه ‎__len__()‎ أو ‎__repr__()‎ للأصناف الخاصة بك فستُستدعى في الخلفية عندما يمرر كائن من هذا الصنف إلى الدالة len()‎ أو repr()‎ على التوالي. هذه التوابع موثقة على الويب في توثيقات بايثون الرسمية. سنحرص على التوسع في صنف WizCoin أثناء استكشافنا لأنواع التوابع السحرية المختلفة وذلك لتحقيق أكبر استفادة ممكنة. توابع تمثيل السلاسل النصية السحرية يمكن استخدام التوابع السحرية ‎__repr__()‎ و ‎__str__()‎ لإنشاء سلسلة نصية تمثل كائنات لا تتعامل معها بايثون عادةً، إذ تُنشئ بايثون عادةً سلاسل تمثيل نصية للكائنات بطريقتين، سلسلة repr النصية وهي سلسلة نصية لشيفرة بايثون التي تُنشئ نسخة من الكائن عندما تُنفذ، وسلسلة str النصية التي هي سلسلة يستطيع الإنسان قراءتها وتؤمن معلومات واضحة ومفيدة عن الكائن. تعاد سلاسل repr و str عن طريق الدوال المبنية مسبقًا repr()‎ و str()‎ على التوالي. مثلًا، أدخل التالي إلى الصدفة التفاعلية لرؤية السلسلتين النصيتين repr و str للكائن datetime.date: >>> import datetime 1 >>> newyears = datetime.date(2021, 1, 1) >>> repr(newyears) 2 'datetime.date(2021, 1, 1)' >>> str(newyears) 3 '2021-01-01' 4 >>> newyears datetime.date(2021, 1, 1) في هذا المثال، سلسلة repr‏ -أي datetime.date(2021, 1, 1)‎- للكائن datetime.date(السطر 2) هي حرفيًا سلسلة نصية لشيفرة بايثون التي تُنشئ نسخةً من الكائن (السطر 1). تؤمن هذه النسخة تمثيلًا دقيقًا للكائن، ومن جهة أخرى، السلسلة النصية str‏ -أي 2021-01-01- للكائن datetime.date (السطر 3) هي سلسلة نصية تمثل قيمة الكائن بطريقة سهلة القراءة للبشر. إذا أدخلنا ببساطة الكائن في الصدفة التفاعلية (السطر 4)، تظهِر السلسلة النصية repr. تظهر غالبًا السلسلة النصية str للمستخدمين وتُستخدم السلسلة النصية repr للكائن في السياق التقني مثل رسائل الخطأ والسجلات. تعلم بايثون كيفية إظهار الكائنات في أنواعها المبنية مسبقًا مثل الأعداد الصحيحة والسلاسل النصية، ولكنها لا تعلم كيفية إظهار الكائنات للأصناف التي أنشأناها نحن. إذا لم يعرف repr()‎ كيفية إنشاء سلسلة نصية repr أو str لكائن، ستكون السلسلة النصية مغلفة بأقواس مثلثة وتحتوي عنوان الذاكرة واسم للكائن '<wizcoin.WizCoin object at 0x00000212B4148EE0>' لإنشاء هذا النوع من السلاسل النصية لكائن WizCoin أدخل التالي إلى الصدفة التفاعلية: >>> import wizcoin >>> purse = wizcoin.WizCoin(2, 5, 10) >>> str(purse) '<wizcoin.WizCoin object at 0x00000212B4148EE0>' >>> repr(purse) '<wizcoin.WizCoin object at 0x00000212B4148EE0>' >>> purse <wizcoin.WizCoin object at 0x00000212B4148EE0> لا تمتلك هذه السلاسل فائدة كبيرة وصعبة القراءة، لذا يمكننا إخبار بايثون ما نريد استخدامه عن طريق تطبيق التوابع السحرية ‎__repr__()‎ و ‎__str__()‎؛ إذ يحدد التابع ‎__repr__()‎ أي سلسلة نصية يجب أن تُعيدها بايثون عندما يمرر الكائن إلى الدالة المبنية مسبقًا repr()‎؛ بينما يحدد التابع ‎__str__()‎ أي سلسلة نصية يجب أن تُعيدها بايثون عندما يمرر الكائن إلى الدالة المبنية مسبقًا str()‎. ضِف التالي إلى نهاية ملف wizcoin.py: --snip-- def __repr__(self): """Returns a string of an expression that re-creates this object.""" return f'{self.__class__.__qualname__}({self.galleons}, {self.sickles}, {self.knuts})' def __str__(self): """Returns a human-readable string representation of this object.""" return f'{self.galleons}g, {self.sickles}s, {self.knuts}k' عندما نمرر purse إلى repr()‎ و str()‎ يستدعي بايثون التوابع السحرية ‎__repr__()‎ و ‎__str__()‎، أي نحن لا نستدعي التوابع السحرية في الشيفرة الخاصة بنا. لاحظ أن السلسة النصية f التي تضم الكائن في الأقواس تستدعي ضمنًا str()‎ للحصول على السلسة النصية str. مثلًا أدخل التالي إلى الصدفة التفاعلية: >>> import wizcoin >>> purse = wizcoin.WizCoin(2, 5, 10) >>> repr(purse) # Calls WizCoin's __repr__() behind the scenes. 'WizCoin(2, 5, 10)' >>> str(purse) # Calls WizCoin's __str__() behind the scenes. '2g, 5s, 10k' >>> print(f'My purse contains {purse}.') # Calls WizCoin's __str__(). My purse contains 2g, 5s, 10k. عندما نمرر الكائن WizCoin في purse إلى الدالتين repr()‎ و str()‎، تستدعي بايثون في الخلفية التابعين ‎__repr__()‎ و ‎__str__()‎ الخاصين بالصنف WizCoin. برمجنا هذين التابعين ليعيدا سلاسلًا نصيةً مفيدةً وسهلة القراءة. إذا أدخلت نص السلسلة النصية repr‏ التالية ‎'WizCoin(2, 5, 10)'‎ إلى الصدفة التفاعلية ستُنشئ كائن WizCoin لديه نفس سمات الكائن في purse. السلسلة النصية str هي تمثيل أسهل للقراءة لقيمة الكائن 2g, 5s, 10k. إذا استخدمت الكائن WizCoin في السلسلة النصية f، ستستخدم بايثون السلسلة النصية str الخاصة بالكائن. إذا كانت الكائنات WizCoin معقدة لدرجة أنه من المستحيل إنشاء نسخة منها باستدعاء دالة بانية Constructor Function واحدة، نغلف السلسلة النصية repr في قوسين مثلثين للتنويه على أنه لا يمكن أن تصبح شيفرة بايثون. هكذا تكون سلسلة تمثيل نصي العامة، مثل '<wizcoin.WizCoin object at 0x00000212B4148EE0>'. كتابة ذلك في الصَدَفة التفاعلية سيرفع خطأ SyntaxError حتى لا يحدث ارتباك بشيفرة بايثون التي تُنشئ نسخة من ذلك الكائن. نستخدم __self.__class__.__qualname بدلًا من توفير السلسلة النصية WizCoin في الشيفرة داخل التابع ‎__repr__()‎، إذ يستخدم التابع الموروث ‎__repr__()‎ اسم الصنف الفرعي بدلًا من WizCoin. إذا أعدنا تسمية الصنف WizCoin سيستخدم التابع ‎__repr__()‎ الاسم الجديد تلقائيًا. تظهِر السلسلة النصية str للكائن WizCoin السمة بصورة أنيقة ومختصرة. يُفضّل جدًا تطبيق ‎__repr__()‎ و ‎__str__()‎ في كل الأصناف الخاصة بك. المعلومات الحساسة في سلاسل REPR النصية كما ذكرنا سابقًا، نظهر السلاسل النصية str للمستخدمين ونستعمل السلاسل النصية repr في سياق تقني مثل السجلات. ولكن يمكن أن تسبب السلاسل النصية repr مشاكل أمنية، إذا كان الكائن المُنشئ يحتوي على معلومات حساسة مثل كلمات المرور والتفاصيل الطبية والمعلومات الشخصية؛ ففي هذه الحالة تأكد من خلو التابع ‎__repr__()‎ من هذه المعلومات في السلسلة النصية المرجعة، وعند تعطل البرنامج، يجري إعداده بصورة متكررة لتضمين محتويات المتغيرات في ملف السجل للمساعدة في تصحيح الأخطاء، ولا تُعامل عادةً ملفات الدخول هذه على أنها معلومات حساسة. تحتوي ملفات الدخول المفتوحة للعلن في العديد من الحوادث الأمنية كلمات المرور وأرقام بطاقات بنكية وعناوين المنازل ومعلومات حساسة أخرى، خذ ذلك بالحسبان عند كتابة التوابع ‎__repr__()‎ الخاص بصنفك. التوابع السحرية العددية Numeric Dunder Methods تزيد التوابع السحرية العددية أو التوابع السحرية الرياضية من تحميل عامل بايثون الرياضية، مثل + و - و * و / وما شابه. لا نستطيع حاليًا تنفيذ عملية رياضية مثل جمع كائني WizCoin باستخدام العامل +، وإذا حاولنا فعل ذلك سترفع بايثون استثناء TypeError لأنها لا تعرف كيفية إضافة كائنات WizCoin. أدخل التالي إلى الصدفة التفاعلية لمشاهدة هذا الخطأ: >>> import wizcoin >>> purse = wizcoin.WizCoin(2, 5, 10) >>> tipJar = wizcoin.WizCoin(0, 0, 37) >>> purse + tipJar Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'WizCoin' and 'WizCoin' يمكنك استخدام التابع السحري ‏()‏‏__add__‏ بدلًا من كتابة التابع ‎addWizCoin()‎‎‏‏‏‎ لصنف WizCoin، لكي تعمل كائنات WizCoin مع العامل +. أضف التالي إلى نهاية ملف wizcoin.py: --snip-- 1 def __add__(self, other): """Adds the coin amounts in two WizCoin objects together.""" 2 if not isinstance(other, WizCoin): return NotImplemented 3 return WizCoin(other.galleons + self.galleons, other.sickles + self.sickles, other.knuts + self.knuts) تستدعي بايثون التابع ()__add__عندما يكون الكائن WizCoin على يسار المعامل + وتمرر القيمة على الجانب الأيمن من المعامل + للمعامل other (يمكن تسمية المعامل أي شيء ولكن الاصطلاح هو other). تذكر أنه يمكن تمرير أي نوع من أنواع الكائنات إلى التابع ()__add__، لذا يجب على التابع أن يحتوي اختبارات من النوع، فمثلًا ليس من المنطقي إضافة رقم عشري أو عدد صحيح إلى كائن WizCoin لأننا لا نعرف إذا كان يجب إضافته إلى galleons أو sickles أو knuts. يُنشئ التابع ()__add__ كائن WizCoin جديد مع كميات تساوي مجموع السمات galleons و sickles و knuts من self و other3 لأن هذه السمات الثلاث تحتوي الأعداد الصحيحة التي يمكننا استخدام المعامل + عليهم. الآن بعد أن حمّلنا العامل + لصنف WizCoin، يمكننا استخدام العامل + على الكائن WizCoin. يسمح لنا زيادة تحميل العامل + بكتابة شيفرة أكثر قابليّة للقراءة. مثلًا، أدخل التالي إلى الصدفة التفاعلية: >>> import wizcoin >>> purse = wizcoin.WizCoin(2, 5, 10) # إنشاء كائن‫ WizCoin >>> tipJar = wizcoin.WizCoin(0, 0, 37) # إنشاء كائن‫ WizCoin آخر >>> purse + tipJar # إنشاء كائن‫ WizCoin آخر يحتوي على المجموع WizCoin(2, 5, 47) إذا مُرر نوع الكائن الخطأ إلى other، لن يرفع التابع السحري استثناءً ولكنه سيعيد القيمة المبنية مسبقًا NotImplemented، فمثلًا، other في الشيفرة التالية هي عدد صحيح: >>> import wizcoin >>> purse = wizcoin.WizCoin(2, 5, 10) >>> purse + 42 # لا يمكن إضافة كائنات‫ WizCoin مع الأعداد الصحيحة Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'WizCoin' and 'int' تشير إعادة NotImplemented إلى بايثون لاستدعاء التوابع لتؤدي هذه العملية. سنتوسع حول "التوابع السحرية العددية المعكوسة" بتفصيل أكثر في هذا المقال. تستدعي بايثون في الخلفية التابع ()__add__ مع 42 للمعامل other الذي يعيد NotImplemented مما يؤدي لأن ترفع بايثون TypeError. على الرغم من أنه لا يجب إضافة الأعداد الصحيحة أو طرحهم من الكائن WizCoin إلا أنه من المنطقي السماح للشيفرة بضرب كائنات WizCoin بأعداد صحيحة موجبة عن طريق تعريف تابع سحري ()__mul__. ضِف التالي في نهاية الملف wizcoin.py: --snip-- def __mul__(self, other): """Multiplies the coin amounts by a non-negative integer.""" if not isinstance(other, int): return NotImplemented if other < 0: # Multiplying by a negative int results in negative # amounts of coins, which is invalid. raise WizCoinException('cannot multiply with negative integers') return WizCoin(self.galleons * other, self.sickles * other, self.knuts * other) يسمح لك التابع ()__mul__ بضرب كائنات WizCoin بأعداد صحيحة موجبة. إذا كان other عدد صحيح، فهذا يعني أنه نوع البيانات التي يتوقعه التابع ()__mul__ ولا يجب أن نعيد NotImplemented. ولكن إذا كان العدد الصحيح سالبًا، هذا يعني أن ضربه الكائن WizCoin سيعطي قيم سلبية للنقود في الكائن WizCoin لأن هذا يتعارض مع تصميمنا للصنف، نرفع WizCoinException مع رسالة خطأ مفصلة. ملاحظة: لا يجب تغيير الكائن self في التابع السحري العددي، بل يجب على التابع إنشاء وإعادة كائن جديد بدلًا من ذلك، إذ يُتوقع من العامل + ومن باقي العوامل أيضًا تقييم كائن جديد بدلًا من تعديل قيمة الكائن الموضعي. أدخل التالي في الصدفة التفاعلية لمشاهدة عمل التابع السحري ()__mul__: >>> import wizcoin >>> purse = wizcoin.WizCoin(2, 5, 10) # إنشاء كائن‫ WizCoin >>> purse * 10 # ‫اضرب كائن WizCoin بعدد صحيح WizCoin(20, 50, 100) >>> purse * -2 # الضرب بعدد صحيح سالب يتسبب بخطأ Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> File "C:\Users\Al\Desktop\wizcoin.py", line 86, in __mul__ raise WizCoinException('cannot multiply with negative integers') wizcoin.WizCoinException: cannot multiply with negative integers يظهر الجدول 1 قائمة التوابع السحرية العددية، لا توجد حاجة لتنفيذ كل التوابع في الصنف الخاص بك. حدد التوابع التي تفيدك. التابع السحري العملية المعامل أو الدالة المضمنة ()__add__ جمع + ()__sub__ طرح - ()__mul__ ضرب * ()__matmul__ ضرب المصفوفات (جديد في بايثون 3.5) @ ()__truediv__ قسمة / ()__floordiv__ قسمة عدد صحيح // ()__mod__ نسبة % ()__divmod__ قسمة ونسبة divmode()‎ ()__pow__ رفع للأس **, pow ()__lshift__ انتقال لليسار >> ()__rshift__ انتقال لليمين << ()__and__ عملية ثنائية و & ()__or__ عملية ثنائية أو | ()__xor__ عملية ثنائية أو حصرية ^ ()__neg__ سلبي أحادي - كما في -42 ()__pos__ هوية أحادي + كما في +42 ()__abs__ قيمة مطلقة ()abs ()__invert__ عملية ثنائية عكس ~ ()__complex__ شكل العدد العقدي complex()‎ ()__int__ شكل العدد الصحيح int()‎ ()__float__ شكل العدد العشري float()‎ ()__bool__ شكل بولياني bool()‎ ()__round__ التدوير round()‎ ()__trunc__ الاختصار math.trunc()‎ ()__floor__ التدوير للأسفل math.floor()‎ ()__ceil__ التدوير للأعلى math.ceil()‎ الجدول 1: التوابع السحرية العددية بعض هذه التوابع مهمة لصنف WizCoin، حاول كتابة التطبيق الخاص بك لكل من التوابع ()__sub__ و ()__pow__ و ()__int__ و ()__float__ و ()__bool__. يمكنك مشاهدة أمثلة عن التطبيقات من خلال الرابط https://autbor.com/wizcoinfull. التوثيق الكامل للتوابع السحرية العددية موجود في توثيقات بايثون على الرابط https://docs.python.org/3/reference/datamodel.html#emulating-numeric-types. تسمح التوابع السحرية العددية للكائنات الخاصة بأصنافك استخدام العوامل الرياضية الخاصة ببايثون. استخدم التوابع السحرية العددية في حال كتبت توابع تصف مهمة تابع موجود سابقًا أو دالة مبنية مسبقًا، مثل التابعين multiplyBy()‎ أو convertToInt()‎ أو ما شابه، إضافةً إلى التوابع السحرية المعكوسة أو الموضعية المشروحة في الفقرتين التاليتين. التوابع السحرية العددية المعكوسة تستدعي بايثون التوابع السحرية العددية عندما يكون الكائن على يسار العامل الرياضي، ولكنها تستدعي التابع السحري العددي المعكوس (يسمى أيضًا التابع السحري العددي العكوس أو اليد اليمين) عندما يكون الكائن على الطرف اليمين من العامل الرياضي. التوابع السحرية العددية المعكوسة مفيدة لأن المبرمجين الذين يستخدمون الأصناف الخاصة بك لا يكتبون دومًا الكائن على الطرف اليسار من العامل الذي يقود بدوره لسلوك غير متوقع. لنرى مثلًا ما سيحدث عندما تحتوي purse كائن WizCoin وتعطي بايثون القيمة للتعبير 2 * purse حيث purse هي على الطرف اليمين للمعامل. يُستدعى التابع ()__mul__ للصنف int لأن 2 هو عدد صحيح، وذلك مع تمرير purse للمعامل other. لا يعرف التابع ()__mul__ للصنف int كيف يتعامل مع الكائنات WizCoin لذا يُعيد NotImplemented. لا ترفع بايثون الخطأ TypeError الآن لأن purse تحتوي كائن WizCoin، ويُستدعى التابع ()__rmul__ الخاص بالصنف WizCoin باستخدام 2 ويُمرر إلى المعامل other. ترفع بايثون الخطأ TypeError إذا أعاد التابع ‎__‎rmul__‎()‎‏ القيمة NotImplemented. ما عدا ذلك تكون القيمة المعادة من ()__rmul__ هي نتيجة التعبير 2 * purse. يعمل التعبيرpurse * 2 بصورة مختلفة عندما تكون purse على الجانب الأيسر من المعامل: لأن purse تحتوي كائن WizCoin، إذ يُستدعى تابع ()__mul__ الخاص بالصنف WizCoin ويمرر 2 للمعامل other. ينشئ التابع ()__mul__ كائن WizCoin جديد ويعيده. الكائن المُعاد هو قيمة التعبير purse * 2. لدى التوابع السحرية العددية والتوابع السحرية العددية المعكوسة نفس الشيفرة إذا كانت متبادلة. العوامل المتبادلة مثل الجمع لديها نفس النتيجة بالاتجاهين، 3+2 هي نفس 2+3، ولكن المعاملات الأخرى ليست تبادلية فمثلًا 3-2 ليست 2-3. أي عملية تبادلية يمكنها استدعاء نفس التابع السحري العددي الأساسي عندما يُستدعى التابع السحري العددي المعكوس؛ فمثلًا، أضف التالي في نهاية ملف wizcoin.py لتعريف التابع السحري العددي المعكوس لعامل الضرب: --snip-- def __rmul__(self, other): """Multiplies the coin amounts by a non-negative integer.""" return self.__mul__(other) ضرب عدد صحيح بكائن WizCoin هو تبادلي، إذ أن 2 * purse هي نفس purse * 2. بدلًا من نسخ ولصق الشيفرة من ()__mul__ نستدعي فقط self.__mul__()‎ ونمررها للمعامل other. بعد تحديث mizcoin.py، جرب استخدام تابع الضرب السحري المعكوس عن طريق إدخال التالي إلى الصدفة التفاعلية: >>> import wizcoin >>> purse = wizcoin.WizCoin(2, 5, 10) >>> purse * 10 # ‪‫يستدعي ‎__mul__()‎ بقيمة 10 للمعامل other WizCoin(20, 50, 100) >>> 10 * purse # ‪‫يستدعي ‎__rmul__()‎ بقيمة 10 للمعامل other WizCoin(20, 50, 100) تذكر أن بايثون تستدعي في التعبير 10 * purse تابع ‏‏()__mul__‏‏ الخاص بالصنف int لمعرفة ما إذا كان بإمكان العدد الصحيح أن يُضرب بكائنات WizCoin. لا يعلم طبعًا صنف بايثون int المبني مسبقًا أي شيء عن الأصناف التي أنشأناها، لذا تعيد NotImplemented. هذا يشير لبايثون باستدعاء التابع ()__rmul__ الخاص بصنف WizCoin، وإذا كان موجودًا للتعامل مع العملية الحسابية،ترفع بايثون استثناء TypeError إذا كان الاستدعائين للتابعين ()__mul__ و ()__rmul__ للصنفين Int و WizCoin على التتالي يعيدان NotImplemented. يمكن إضافة كائنات WizCoin إلى بعضها فقط، وهذا يضمن أن التابع الأول ()__add__ الخاص بالصنف WizCoin سيتعامل مع المعامل لذا لا نحتاج لتنفيذ ()__radd__. مثلًا، في التعبير purse + tipJar يُستدعى التابع ()__add__ للكائن purse وتمرّر tipJar للمعامل other. لا تحاول بايثون استدعاء تابع ()__radd__ الخاص بالكائن tipJar لأن هذا الاستدعاء لن يعيد NotImplemented، وتكون purse هي المعامل other. يحتوي الجدول 2 على قائمة كاملة للتوابع السحرية العددية المعكوسة. التابع السحري العملية المعامل أو الدالة المضمنة ()__radd__ جمع + ()__rsub__ طرح - ()__rmul__ ضرب * ()__rmatmul__ ضرب المصفوفات (جديد في بايثون 3.5) @ ()__rtruediv__ قسمة / ()__rfloordiv__ قسمة عدد صحيح // ()__rmod__ نسبة % ()__rdivmod__ قسمة ونسبة divmode()‎ ()__rpow__ رفع للأس pow, ** ()__rlshift__ انتقال لليسار << ()__rrshift__ انتقال لليمين >> ()__rand__ عملية ثنائية و & ()__ror__ عملية ثنائية أو | ()__rxor__ عملية ثنائية أو حصرية ^ الجدول 2: التوابع السحرية العددية المعكوسة التوثيق الكامل للتوابع السحرية المعكوسة موجود في توثيقات بايثون. الخلاصة تسمح لك بايثون بإعادة تعريف العوامل باستخدام التوابع السحرية التي تبدأ وتنتهي بمحرفي شرطة سفلية، كما يمكن إعادة صياغة العوامل الرياضية الشائعة باستخدام التوابع السحرية العددية والمعكوسة، إذ تقدم هذه التوابع طريقة لعمل عوامل بايثون الموضعية مع كائنات الأصناف التي أنشأتها وإذا لم تكن قادرة على التعامل مع نوع بيانات الكائن على الطرف الأخر من المعامل ستعيد قيمة NotImplemented المبنية مسبقًا. تُنشئ هذه التوابع السحرية وتعيد كائنات جديدة، في حين تُعدل التوابع السحرية الموضعية (التي تُعيد تعريف معاملات الإسناد المدعومة) الكائنات موضعيًا. لا تنفذ التوابع السحرية المقارنة معاملات بايثون الستة للمقارنة فقط، ولكن تسمح لدالة بايثون sort()‎ بترتيب كائنات الأصناف الخاصة بك. ستحتاج لاستخدام الدوال eq()‎ و ne()‎ و lt()‎ و le()‎ و gt()‎ و ge()‎ في وحدة العامل لمساعدتك في تنفيذ هذه التوابع السحرية. تسمح الخواص والتوابع السحرية بكتابة الأصناف الخاصة بك بطريقة متناسقة وقابلة للقراءة، كما تسمح لك بتفادي الشيفرة النمطية التي تتطلبها لغات البرمجة الأخرى مثل جافا. لتعلم كتابة شيفرة بايثون هناك حديثان لريموند هيتغير Raymond Hettiger يتوسعان في هذه الأفكار "تحويل الشيفرة إلى بايثون اصطلاحية". و"ما وراء PEP 8 - أفضل الممارسات لشيفرة جميلة وواضحة" التي تغطي بعض المفاهيم التي ذكرناها وأكثر. ترجمة -وبتصرف- لقسم من الفصل Pythonic OOP: Properities and dunder methods من كتاب Beyond the Basic Stuff with Python. اقرأ المزيد المقال السابق البرمجة كائنية التوجه في بايثون: الخاصيات Properties. الدوال الرياضية المضمنة في بايثون 3. توثيق بايثون.
  6. لدى العديد من اللغات البرمجية ميزات البرمجة كائنية التوجه ولكن تمتلك لغة بايثون Python أفضلها. سيساعدك تعلم كيفية استخدام هذه التقنيات الخاصة ببايثون على كتابة شيفرة مختصرة وسهلة القراءة. تسمح الخاصيات بتنفيذ شيفرة معينة في كل مرة تُقرأ أو تُعدل أو تُحذف سمة كائن معين لضمان عدم وضع الكائن في حالة غير صالحة. تسمى هذه التوابع في لغات البرمجة الأخرى بالجالبة getters أو الضابطة setters. تسمح لك التوابع السحرية Dunder methods باستخدام الكائن الخاص بك مع عوامل بايثون، مثل عامل + ويسمح لك ذلك بجمع كائني datetime.timedelta مثل datetime.timedelta(days=2)‎‏‏‏‏‏‏ و datetime.timedelta(days=3)‎‏ لإنشاء كائن datetime.timedelta(days=5)‎. سنتوسع في الصنف WizCoin الذي بدأنا به سابقًا بالإضافة لاستخدام أمثلة أخرى، وذلك بإضافة الخاصيات وإعادة تعريف العوامل في التابع السحري. ستجعل هذه الميزات كائنات WizCoin معبرةً بصورةٍ أكبر وأسهل للاستخدام في أي تطبيق يستورد وحدة wizcoin. الخاصيات Properties وسَمَ الصنف BankAccount المستخدم سابقًا السمة ‏‏balance_ بأنها خاصة private عن طريق وضع شرطة سفلية في بداية الاسم، ولكن تذكر أن وصف سمة أنها خاصة هو اصطلاح. كل السمات في بايثون هي تقنيًا عامة، يعني أنه يمكن الوصول لها من شيفرة خارج الصنف، كما أنه لا توجد طريقة لمنع الشيفرة من تغيير سمة balance_ سواءً عن قصد أو بغير قصد إلى قيمة غير صالحة. يمكن منع التغييرات العرضية لهذه السمات الخاصة عن طريق الخواص. إذ أن الخاصيات في بايثون هي سمات خُصصت لها توابع جالبة وضابطة وحاذفة، وهذه التوابع بدورها تنظم كيفية قراءة السمة وتغييرها وحذفها. مثلًا، إذا كان لدى السمة فقط قيم أعداد صحيحة سيتسبب تحويلها إلى سلسلة نصية 42 بأخطاء. تستدعي الخاصية تابع الضبط لتنفيذ الشيفرة التي تحل أو على الأقل تنبه مبكرًا على ضبط قيمة غير صالحة. إذا فكرت "لطالما أردت تنفيذ شيفرة في كل مرة يجري فيها الوصول إلى السمة أو تعديلها بتعليمة إسناد أو حذفها بتعليمة del" إذًا عليك استخدام الخواص. تحويل السمة إلى خاصية لننشئ أولًا صنفًا بسيطًا لديه سمة عادية بدلًا من خاصية. افتح نافذة محرر ملفات جديدة وأدخِل الشيفرة التالية واحفظه على النحو التالي regularAttributeExample.py: class ClassWithRegularAttributes: def __init__(self, someParameter): self.someAttribute = someParameter obj = ClassWithRegularAttributes('some initial value') print(obj.someAttribute) # ‫يطبع‏ 'some initial value' obj.someAttribute = 'changed value' print(obj.someAttribute) # يطبع‫ 'changed value' del obj.someAttribute # يحذف السمة‫ someAttribute يحتوي الصنف ClassWithRegularAttributes على سمة عادية اسمها someAttribute. يضبط التابع ‎__init__()‎ السمة someAttribute إلى some initial value، ومن ثم مباشرة نغير قيمة السمة إلى changed value، وعند تنفيذ البرنامَج ستكون المُخرجات على النحو التالي: some initial value changed value يشير هذا الخرج إلى أن الشيفرة بإمكانها تغيير someAttribute لأي قيمة. من مساوئ استخدام السمات العادية هي أن الشيفرة قد تضبط السمة someAttribute إلى قيم غير صالحة. هذه المرونة بسيطة ومريحة ولكن تعني أن someAttribute يمكن أن تُضبط لقيمة غير صالحة وتسبب أخطاء. لنعيد كتابة هذا الصنف باستخدام الخواص، وذلك عن طريق تطبيق الخطوات التالية على سمة تُدعى someAttribute: أعِد تسمية السمة مع بادئة هي شرطة سفلية ‎_someAttribute أنشئ تابعًا اسمه someAttribue مع المزخرف @property. لدى هذا التابع الجالب المعامل self الموجود لدى كل التوابع. أنشئ تابع آخر اسمه someAttribute مع المزخرف someAttribute.setter@. لدى هذا التابع الضابط المعاملين self و value. أنشئ تابع آخر اسمه someAttribute مع المزخرف someAttribute.deleter@. لدى هذا التابع الحاذف المعامل self الموجود لدى كل التوابع. افتح نافذة محرر ملفات جديدة وادخل الشيفرة التالية واحفظها على النحو التالي propertiesExample.py‎: class ClassWithProperties: def __init__(self): self.someAttribute = 'some initial value' @property def someAttribute(self): # هذا التابع هو الجالب return self._someAttribute @someAttribute.setter def someAttribute(self, value): # هذا التابع الضابط self._someAttribute = value @someAttribute.deleter def someAttribute(self): # هذا التابع الحاذف del self._someAttribute obj = ClassWithProperties() print(obj.someAttribute) # ‫يطبع 'some initial value' obj.someAttribute = 'changed value' print(obj.someAttribute) # يطبع‫ 'changed value' del obj.someAttribute # يحذف السمة‫ _someAttribute خرج هذا البرنامج هو خرج الشيفرة في regularAttributeExample.py‎ ذاتها لأنهما ينفذان المهمة ذاتها وهي طباعة السمة الأولية للكائن ومن ثم تحديث السمة وطباعتها مجددًا. لاحظ أن الشيفرة خارج الصنف لا تصل مباشرةً إلى السمة someAttribute_ (لأنها خاصة)، ولكنها تصل إلى خاصية someAttribute. مكونات هذه الخاصية هي مجردة نوعًا ما، وهي التوابع الجالبة والضابطة والحاذفة. عندما نعيد تسمية سمة اسمها someAttribute إلى ‎_someAttribute أثناء إنشاء توابع جالية وضابطة وحاذفة نسمي ذلك خاصية someAttribute. تسمى في هذا السياق سمة ‎_someAttribute حقل الرجوع backing field أو متغير الرجوع backing variable وهي السمة التي تُبنى عليها الخاصية. لمعظم الخاصيات متغير رجوع ولكن ليس جميعها، سننشئ خاصيات بدون متغير رجوع لاحقًا. عندما تنفذ بايثون شيفرة تصل إلى تابع مثل print(obj.someAttribute)‎، فإنها تستدعي في الخلفية تابع الجلب وتستخدم القيمة المعادة. عندما تنفذ بايثون تعليمة إسناد مع خاصية، مثل 'obj.someAttribute = 'changed value، فإنها تستدعي في الخلفية تابع الضبط وتمرر السلسلة النصية 'changed value' من أجل المعامل value. عندما تنفذ بايثون تعليمة del مع خاصية مثل del obj.someAttribute، تستدعي في الخلفية تابع الحذف. تعمل الشيفرة في توابع الجلب والضبط والحذف الخاصة بالخاصية على متغير الرجوع مباشرةً، لأن وصول توابع الجلب والضبط والحذف إلى الخاصية قد يسبب أخطاء. فمثلًا عندما يصل تابع الجلب إلى الخاصية مسببًا استدعاء تابع الجلب لنفسه، وهذا يجعله يصل إلى الخاصية مجددًا ويسبب استدعاء نفسه مجددًا وهكذا دواليك إلى أن يتعطل البرنامج. افتح محرر النصوص وادخل الشيفرة التالية واحفظ التالي في badPropertyExample.py. class ClassWithBadProperty: def __init__(self): self.someAttribute = 'some initial value' @property def someAttribute(self): # التابع الجالب # نسينا هنا استخدام الشرطة السفلية (_) مما تسبب باستخدامنا للخاصية واستدعاء التابع الجالب مجددًا return self.someAttribute # هذا يستدعي التابع الجالب مجددًا @someAttribute.setter def someAttribute(self, value): # التابع الضابط self._someAttribute = value obj = ClassWithBadProperty() print(obj.someAttribute) # ينتج خطأ هنا بسبب استدعاء الدالة الجالبة للدالة الجالبة يستمر الجالب باستدعاء نفسه عند تنفيذ هذه الشيفرة إلى أن يعطي بايثون الاستثناء recursionError: Traceback (most recent call last): File "badPropertyExample.py", line 16, in <module> print(obj.someAttribute) # ينتج خطأ هنا بسبب استدعاء الدالة الجالبة للدالة الجالبة File "badPropertyExample.py", line 9, in someAttribute return self.someAttribute # يستدعي هذا السطر الجالب مجددًا File "badPropertyExample.py", line 9, in someAttribute return self.someAttribute # يستدعي هذا السطر الجالب مجددًا File "badPropertyExample.py", line 9, in someAttribute return self.someAttribute # يستدعي هذا السطر الجالب مجددًا [Previous line repeated 996 more times] RecursionError: maximum recursion depth exceeded يجب على الشيفرة داخل توابع الجلب والضبط والحذف أن تعمل دائمًا على متغير الرجوع لمنع هذا التكرار من الحصول (الذي في بداية اسمه شرطة سفلية) وليس على الخاصية. كما لا يوجد ما يمنع من كتابة الشيفرة على متغير الرجوع حتى مع وجود بادئة الشرطة السفلية التي تجعل الوصول خاص. استخدام الضوابط للتحقق من البيانات الغرض الأساسي من استخدام الخاصيات هي للتحقق من البيانات أو التأكد من أنها في الصيغة المرغوبة. ربما لا تريد لشيفرة خارج الصنف أن تضبط سمة لأي قيمة لأن هذا قد يؤدي إلى أخطاء. يمكنك استخدام الخاصيات لإضافة فحوصات checks تضمن أن القيمة التي تسند إلى السمة هي القيمة الصحيحة. تسمح هذه الفحوصات ملاحظة الأخطاء في مراحل تطوير الشيفرة المبكرة لأنها تسمح برفع استثناء عندما تُضبط أي قيمة غير صالحة. لنحدث ملف wizcoin.py الذي أنشأناه سابقًا ليُحوّل السمات galleons و sickles و knuts إلى خاصيات. سنغير ضابطة هذه الخاصيات لتكون الأرقام الصحيحة الموجبة فقط صالحة. تمثل WizCoin كمية النقود ولا يمكن أن تحتوي نصف قطعة نقدية أو أي قيمة أقل من الصفر، سنرفع استثناء WizCoinException في حال حاولت شيفرة خارج الصنف أن تضبط الخاصيات galleons أو sickles أو knuts إلى قيمة غير صالحة . افتح ملف wizoin.py الذي حفظته سابقًا وعدله ليصبح على النحو التالي: 1 class WizCoinException(Exception): 2 """The wizcoin module raises this when the module is misused.""" pass class WizCoin: def __init__(self, galleons, sickles, knuts): """Create a new WizCoin object with galleons, sickles, and knuts.""" 3 self.galleons = galleons self.sickles = sickles self.knuts = knuts # NOTE: __init__() methods NEVER have a return statement. --snip-- @property 4 def galleons(self): """Returns the number of galleon coins in this object.""" return self._galleons @galleons.setter 5 def galleons(self, value): 6 if not isinstance(value, int): 7 raise WizCoinException('galleons attr must be set to an int, not a ' + value.__class__.__qualname__) 8 if value < 0: raise WizCoinException('galleons attr must be a positive int, not ' + value.__class__.__qualname__) self._galleons = value --snip-- تضيف التغييرات الجديدة صنف WizCoinException الذي يرث من صنف Exception المبني مسبقًا في بايثون. توضح سلسلة توثيق النصية docstring الخاصة بالصنف كيف تستخدمه وحدة wizcoin. تُعد هذه ممارسة جيدة لوحدات بايثون يمكن أن ترفعها كائنات صنف wizcoin عندما يُساء استخدامها، وهكذا عندما يرفع كائن WizCoin أصناف استثناءات أخرى مثل ValueError و TypeError، سيشير هذا غالبًا إلى خطأ في صنف WizCoin. ضبطنا في التابع ‎__‎init__()‎ الخاصيات self.galleons و slef.sickles و self.knuts إلى المعاملات الموافقة. أضفنا في آخر الملف تابع جالب وضابط للسمة self._galleons بعد التابعين total()‎ و weight()‎. يعيد هذا الجالب القيمة في self._galleons ويتحقق التابع الضابط إذا كان القيمة المسندة إلى الخاصية galleons هي عدد صحيح وموجب، إذا فشل واحد من التحقيقين تُرفع WizCoinException برسالة خطأ، كما يمنع هذا التحقق ‎_galleons من أن تُضبط بقيمة غير صالحة طالما تستخدم الشيفرة الخاصية galleons. لدى كل كائنات بايثون تلقائيًا سمة __class__ التي تشير إلى صنف الكائن. بمعنى أخر، __value.__class هي نفس صنف الكائن الذي يعيده type(value)‎ ، كما أنه لدى كائن الصنف هذا سمة __qualname__ التي هي سلسلة نصية لاسم الصنف. تحديدًا هو الاسم المؤهل للصنف الذي يتضمن أسماء أي أصناف يكون كائن الصنف متداخلًا فيها. الأصناف المتداخلة Nested classes محدودة الاستخدام وخارج نطاق موضوعنا. فمثلًا إذا كانت value قد خزّنت الكائن date المعاد بالصيغة datetime.date(2021, 1, 1)‎، ستكون __value.__class__.__qualname هي السلسلة النصية 'date'. تستخدِم رسالة الاستثناء __value.__class__.__qualname (في السطر 7) للوصول إلى السلسلة النصية لقيمة اسم الكائن، إذ يجعل اسم الكائن رسالة الخطأ هذه أكثر إفادة للمبرمج الذي يقرأها لأنها تحدّد أن الوسيط 'value' ليس من النوع الصحيح، وتحدد أيضًا ما هو نوعه السابق وما النوع الذي يجب أن يكون. ستحتاج لنسخ الشيفرة من الجالب والضابط ليستخدمها ‎_galleons ومن أجل سمات ‎_sickles و ‎_knuts أيضًا، إذ تكون شيفراتهم نفسها ما عدا أنها تستخدم السمات ‎_sickles و ‎_knuts بدلًا من ‎_galleons للمتغيرات الراجعة. خاصيات القراءة فقط تحتاج الكائنات الخاصة بك بعض خاصيات القراءة فقط التي لا يمكن ضبطها بمعامل الإسناد =، إذ يمكن جعل الخاصية للقراءة فقط عن طريق حذف التوابع الضابطة والحاذفة. مثلًا، يعيد التابع total()‎ في الصنف WizCoin قيمة الكائن في knuts. يمكننا تغيير ذلك من تابع عادي لخاصية القراءة فقط لأنه في النهاية لا توجد طريقة منطقية لضبط total لكائن WizCoin؛ فإذا ضبطنا total إلى العدد الصحيح 1000، هل ذلك يعني ‎1000 knuts؟ أو ‎1 galleon و ‎493 knuts؟ أو أي تشكيلة أخرى؟ لهذا السبب سنجعل total خاصية للقراءة فقط عن طريق إضافة الشيفرة بالخط الغامق في ملف wizcoin.py: @property def total(self): """Total value (in knuts) of all the coins in this WizCoin object.""" return (self.galleons * 17 * 29) + (self.sickles * 29) + (self.knuts) # Note that there is no setter or deleter method for `total`. بعد إضافة مزخرف التابع porperty@ أمام total()‎، سيستدعي بايثون تابع total()‎ عند الوصول إلى total، ولأنه لا يوجد تابع ضابط ولا حاذف، ترفع بايثون AtrributeError إذا حاولت أي شيفرة تعديل أو حذف total باستخدامه في وسيط أو تعليمة delعلى التتالي. تعتمد قيمة الخاصية total على قيمة الخاصيات galleons و sickles و knuts ولا تعتمد الخاصية على متغير الرجوع المسمى ‎_total . أدخل التالي في الصَدَفة التفاعلية: >>> import wizcoin >>> purse = wizcoin.WizCoin(2, 5, 10) >>> purse.total 1141 >>> purse.total = 1000 Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> AttributeError: can't set attribute ربما لا تريد لبرنامجك أن يتوقف فورًا عند محاولتك تغيير خاصية للقراءة فقط، ولكن هذا السلوك يُفضل على السماح بتغيير خاصية للقراءة فقط؛ فإذا كان برنامجك يسمح بتعديل خاصية للقراءة فقط، فهذا سيسبب بالتأكيد خطأ في مرحلة ما عندما يُنفذ البرنامج. إذا حصل هذا الخطأ لاحقًا بعد تعديل خاصية للقراءة فقط، سيصبح من الصعب تحديد السبب الرئيس، لهذا يسمح لك التعطيل الفوري بملاحظة المشكلة بأقرب وقت. لا تخلط بين خاصيات للقراءة فقط والمتغيرات الثابتة؛ فالمتغيرات الثابتة تكون مكتوبة كلها بحروف كبيرة وتعتمد على المبرمج بعدم تعديلها، ويُفترض أن تبقى قيمتها ثابتة طول فترة تنفيذ البرنامج. خاصية للقراءة فقط هي مثل أي سمة تكون مرتبطة مع كائن. لا يمكن ضبط أو حذف خاصيات للقراءة فقط مباشرةً ولكنها يمكن أن تُقَيّم مع قيمة متغيرة. تتغير الخاصية total للصنف الخاص بنا WizCoin، إذا تغيرت الخاصيات galleons و sickles و knuts. أين تستخدم الخواص كما رأينا في القسم السابق، تقدم الخاصيات سيطرةً أكثر على كيفية استخدام سمات الصنف، وهذه طريقة خاصة ببايثون لكتابة الشيفرة. تشير التوابع المسماة ‏‏‏‏‏‏‏‏getSomeAttribute()‎‏‏‏‏‏‎‎‎‎‎ و setSomeAttribute()‎ أنه يجب استخدام الخاصيات بدلًا عن ذلك. هذا لا يعني أن كل نسخة من تابع مبدوء بجلب get أو ضبط set يجب استبداله مباشرةً بخاصية، بل هناك مواقف يجب فيها استخدام التابع حتى لو بدأ اسمه بجلب أو ضبط وهذه بعض الأمثلة: العمليات البطيئة التي تستغرق أكثر من ثانية أو ثانيتين، مثل تنزيل أو رفع الملفات. العمليات التي لديها آثار جانبية، مثل حدوث تغييرات لسمات وكائنات أخرى. العمليات التي تتطلب وسائط إضافية لتمرر إلى عمليات الجلب أو الضبط، مثل استدعاء تابع emailObj.getFileAttachment(filename)‎. الخلاصة ينظر المبرمجون إلى التوابع بكونها أفعالًا (أي أن التوابع تنجز أعمالًا)، ويعدّوا السمات والخاصيات أسماءً (أي أنها تدل على عنصر أو كائن). إذا كانت الشيفرة الخاصة بك تفعل فعل الجلب أو الضبط بدلًا من جلب أو ضبط العنصر، ربما من الأفضل استخدام تابع جلب أو ضبط. يعتمد هذا القرار على ما يبدو صحيحًا لك كمبرمج بنهاية المطاف. الميزة العظمى لاستخدام خاصيات بايثون هو أنك لست بحاجة لاستخدامها عندما تُنشئ الصنف الخاص بك، إذ يمكنك استخدام السمات العادية وإذا احتجت استخدام الخاصيات لاحقًا يمكنك تحويل السمات إلى خاصيات دون تغيير أو الاستغناء عن أي شيفرة خارج الصنف. عندما ننشئ خاصية باسم السمة، يمكننا إعادة تسمية السمة باستخدام بادئة الشرطة السفلية وسيعمل البرنامج الخاص بنا كما فعل سابقًا. تطبّق بايثون الخاصيات كائنية التوجه بصورةٍ مختلفة عن باقي لغات البرمجة كائنية التوجه مثل جافا و C++‎، فبدلًا من تقديم توابع جالبة وضابطة محددة، لدى بايثون خاصيات تسمح لك بتدقيق السمات وجعلها للقراءة فقط. ترجمة -وبتصرف- لقسم من الفصل Pythonic OOP: Properties and dunder methods من كتاب Beyond the Basic Stuff with Python. اقرأ المزيد الدليل السريع إلى لغة البرمجة بايثون Python 3 البرمجة كائنية التوجه البرمجة كائنية التوجه (Object Oriented Programming) في بايثون - الجزء الأول مختصر البرمجة كائنية التوجه OOP وتطبيقها في بايثون توثيق بايثون
  7. استعرضنا في المقال السابق مفهوم الوراثة في البرامج كائنية التوجه، سنتابع في هذا المقال الموضوع ذاته إذ سنستعرض بعض التوابع المهمة بهذا الخصوص، إضافةً إلى مناقشة مفهوم الوراثة المتعددة الموجودة في لغة بايثون. الدالتين isinstance()‎ و isssubclass()‎ يمكننا تمرير الكائن عندما نريد معرفة نوعه إلى الدالة type()‎ المضمنة كما تحدثنا سابقًا، ولكن إذا أردنا التحقق من نوع كائن فيُفضل استخدام الدالة المبنية مسبقًا isinstance()‎، التي تعيد الدالة قيمة True إذا كان الكائن في الصنف المعطى أو صنفها الفرعي. اكتب ما يلي في الصدفة التفاعلية: >>> class ParentClass: ... pass ... >>> class ChildClass(ParentClass): ... pass ... >>> parent = ParentClass() # إنشاء كائن ‫ParentClass >>> child = ChildClass() # إنشاء كائن ‫ChildClass >>> isinstance(parent, ParentClass) True >>> isinstance(parent, ChildClass) False 1 >>> isinstance(child, ChildClass) True 2 >>> isinstance(child, ParentClass) True لاحظ أن isinstance()‎ تشير إلى أن كائن ChildClass في child هو نسخةٌ من ‎ChildClass‎ (السطر ذو الرقم 1) ونسخةٌ من ‎ParentClass‎ (السطر ذو الرقم 2)، وهذا منطقي لأن كائن ChildClass له علاقة من نوع "is a" مع نوع كائن ParentClass، أي أنه نوع من هذا الكائن. يمكن أيضًا تمرير صف tuple من كائنات الأصناف مثل وسيط ثانٍ لمعرفة إذا كان الوسيط الأول هو واحد من الأصناف الموجودة في الصف: # ‫تُعيد True إذا كانت القيمة 42 عددًا صحيحًا أو سلسلة نصية أو قيمة بوليانية >>> isinstance(42, (int, str, bool)) True if 42 is an int, str, or bool. True الدالة المضمنة الأخرى issubclass()‎ أقل شيوعًا من isinstance()‎ ويمكنها التعرُّف ما إذا كان كائن الصنف الممر إلى الوسيط الأول هو صنف فرعي (أو نفس الصنف) لكائن الصنف المرر إلى الوسيط الثاني: >>> issubclass(ChildClass, ParentClass) # ‫ChildClass صنف فرعي من ParentClass True >>> issubclass(ChildClass, str) # ‫ChildClass ليس صنفًا فرعيًا من من str False >>> issubclass(ChildClass, ChildClass) # ChildClass هو ChildClass True يمكنك تمرير صف من كائنات الصنف بمثابة وسيط ثاني إلى issubclass()‎ كما هو الحال مع Isinstance()‎، وذلك لرؤية ما إذا كان الوسيط الأول هو صنف فرعي لأي من الأصناف في الصف. الفارق الأساسي بين isinstance()‎ و issubclass()‎ هو أن issubclass()‎ تمرر كائني صنف و isinstance()‎ تمرر كائن وكائن صنف. توابع الصنف ترتبط توابع الصنف مع صنف أكثر مقارنةً بالكائنات المفردة مثل التوابع العادية. يمكنك ملاحظة تابع الصنف في الشيفرة عندما ترى علامتين، هما: المزخرف ‎@‎classmethod قبل تعليمة التابع def، واستخدام cls معاملًا أولًا كما في المثال التالي: class ExampleClass: def exampleRegularMethod(self): print('This is a regular method.') @classmethod def exampleClassMethod(cls): print('This is a class method.') # استدعاء تابع الصنف دون إنشاء نسخة كائن ExampleClass.exampleClassMethod() obj = ExampleClass() # بالنظر إلى السطر السابق، السطرين التاليين متكافئين obj.exampleClassMethod() obj.__class__.exampleClassMethod() يعمل المعامل cls مثل self ولكن self تشير إلى كائن بينما يشير المعامل cls إلى صنف الكائن، هذا يعني أن الشيفرة في تابع الصنف لا يمكنها الوصول إلى خاصيات الكائن المفردة أو استدعاء توابع الكائن العادية. تستدعي توابع الأصناف توابع أصناف أخرى وتستطيع الوصول إلى سمات الصنف. نستخدم الاسم cls لأن class هي كلمة مفتاحية في بايثون وكما هو الحال مع باقي الكلمات المفتاحية مثل if و while و import، فنحن لا نستطيع استخدامها في أسماء المعاملات، ونستدعي غالبًا سمات الأصناف من خلال كائن الصنف، مثل ExampleClass.exampleClassMethod()‎، إلا أنه يمكننا استدعاؤهم من خلال أي كائن من الصنف كما في obj.exampleClassMethod()‎. لا تُستخدم توابع الصنف عمومًا وأكثر الحالات استخدامًا هي لتوفير بديل عن توابع الباني constructorإضافةً للتابع ‎__‎‎init‎__()‎. على سبيل المثال، ماذا لو كانت دالة الباني تقبل سلسةً نصيةً من البيانات يحتاجها الكائن الجديد أو سلسلة نصية لاسم ملف يحتوي البيانات التي يحتاجها الكائن الجديد؟ لا نحتاج إلى قائمة معاملات التابع ‏‏()‏‏__init__ لأنها ستكون طويلة ومعقدة، ونستخدم تابع دالة يعيد كائن جديد بدلًا من ذلك. مثلًا، لننشئ صنف AsciiArt (مررنا عليه سابقًا) الذي يستخدم محارف نصية ليشكل صورة: class AsciiArt: def __init__(self, characters): self._characters = characters @classmethod def fromFile(cls, filename): with open(filename) as fileObj: characters = fileObj.read() return cls(characters) def display(self): print(self._characters) # Other AsciiArt methods would go here... face1 = AsciiArt(' _______\n' + '| . . |\n' + '| \\___/ |\n' + '|_______|') face1.display() face2 = AsciiArt.fromFile('face.txt') face2.display() لدى صنف AsciiArt تابع ()__init__ الذي يمكن أن يمرر محارف النص الصورة مثل سلسلة نصية. لديه أيضًا تابع صنف fromFile()‎ الذي يمكن أن يمرر السلسلة النصية لاسم الملف مثل ملف نصي يحتوي فن آسكي ASCII art. يُنشئ كلا التابعين كائنات AsciiArt. نفذ البرنامج وسيكون هناك ملف face.txt يحتوي على وجه فن آسكي ASCII، ليكون الخرج على النحو التالي: _______ | . . | | \___/ | |_______| _______ | . . | | \___/ | |_______| يجعل تابع الصنف fromFile()‎ الشيفرة الخاصة بك سهلة القراءة مقارنةً بجعل ()__init__ يفعل كل شيء. ميزة أُخرى لتابع الصنف هو أن صنف فرعي من AsciiArt يمكن أن يرث تابع fromFile()‎ الخاص (وإعادة تعريفه إذا لزم)، وهذا هو سبب استدعاء cls(characters)‎ في تابع صنف AsciiArt بدلًا من AsciiArt(characters)‎. يعمل استدعاء ()cls أيضًا في الأصناف الفرعية للصنف AsciiArt دون تعديل لأن صنف AsciiArt ليس متوفرًا في التابع، ولكن استدعاء AsciiArt()‎ يستدعي ()__init__ الخاص بصنف AsciiArt بدلًا من ()__init__ الخاص بالصنف الفرعي. يمكنك التفكير في cls على أنها "كائن يمثل هذا الصنف". خذ بالحسبان أنه يجب أن تستخدم التوابع العادية معامل self في مكان ما في الشيفرة الخاصة بهم، ويجب على تابع الصنف دائمًا استخدام المعامل cls. إذا لم يستخدم أبدًا تابع الصنف المعامل cls، فهذه إشارة أن تابع الصنف الخاص بك يجب أن يكون تابعًا عاديًا. سمات الأصناف سمة الصنف هي متغير ينتمي إلى صنف بدلًا من كائن. ننشئ سمة صنف داخل الصنف ولكن خارج كل التوابع كما أنشأنا متغيرات عامة في ملف "‎.py" ولكن خارج كل الدوال. هذا مثال عن سمة صنف اسمها count التي تحصي عدد كائنات CreatCounter المُنشأة. class CreateCounter: count = 0 # هذه سمة لصنف def __init__(self): CreateCounter.count += 1 print('Objects created:', CreateCounter.count) # تطبع 0 a = CreateCounter() b = CreateCounter() c = CreateCounter() print('Objects created:', CreateCounter.count) # تطبع 3 لدى صنف CreatCounter سمة صنف واحدة اسمها count. كل كائنات CreatCounter لديهم هذه السمة بدلًا من أن يكون لكل منهم سمات count منفصلة. لهذا يعد السطر CreateCounter.count += 1 في دالة الباني كل كائن CreatCounter مُنشأ. عندما تنفذ البرنامج، يكون الخرج على النحو التالي. Objects created: 0 Objects created: 3 نادرًا ما نستخدم سمات الصنف حتى هذا المثال "عد كم كائن CreatCounter مُنشأ" يمكن عمله باستخدام متغير عام بدلًا من سمة صنف. التوابع الساكنة لا يحتوي التابع الساكن معاملي self و cls، فالتوابع الساكنة هي دوال لأنها لا تستطيع الوصول إلى سمات أو توابع الصنف وكائناتها. نادرًا ما ستحتاج لاستخدام التوابع الساكنة في بايثون، وإذا قررت إنشاء واحد ننصح جدًا بإنشاء تابع عادي بدلًا عنه. نعرّف التوابع الساكنة بوضع مزخرف ‎@‎staticmethod قبل تعليمة def الخاصة بهم. هذا مثال عن تابع ساكن: class ExampleClassWithStaticMethod: @staticmethod def sayHello(): print('Hello!') # لم يُنشأ أي كائن، فاسم الصنف يسبق‪ ‪ sayHello() Note that no object is created, the class name precedes sayHello(): ExampleClassWithStaticMethod.sayHello() لا يوجد فرق تقريبًا بين التابع الساكن ‏‏sayHello‎()‎‏‏‏ في صنف ExampleClassWithStaticMethod والدالة sayHello()‎. ربما تفضل بالواقع استخدام دالة لأنك تستطيع استدعائها دون الدخول إلى اسم الصنف مسبقًا. التوابع الساكنة شائعة في لغات برمجة أخرى ليس لديها ميزات لغة بايثون المرنة. تضمين التوابع الساكنة inclusion of static methods في بايثون هو لمحاكاة اللغات الأخرى ولا يقدم قيمةً عملية. متى تستخدم الأصناف والميزات كائنية التوجه الساكنة؟ نادرًا ما تحتاج لاستخدام توابع الصنف وسمات الصنف والتوابع الساكنة، فهم عرضةً للاستخدام الزائد إذا كنت تعتقد بالتساؤل التالي: " لماذا لا استخدم الدوال أو المتغيرات العامة بدلًا عن ذلك؟" هذا تلميح لعدم استخدام توابع الأصناف أو سمات الأصناف أو التوابع الساكنة. السبب الوحيد الذي جعلنا نناقش هذه المفاهيم في سلسلة المقالات متوسطة المستوى هو للتعرف عليهم عندما تراهم في الشيفرة، ولكن لا يشجع كثير من المبرمجين على استخدامهم، إذ سيكونوا مفيدين إذا أردت استخدام هيكلية خاصة بك مع مجموعة معقدة من الأصناف التي تتوقع أن تكون أصناف فرعية للمبرمجين الذين سيستخدمون الهيكلية، لكنك لا تحتاجهم عندما تكتب تطبيقات بايثون مباشرةً. للمزيد عن هذه الميزات وعن احتياجهم أو لا، اقرأ منشور فيليب ج. ايبي Phillip J. Eby "بايثون ليس جافا" الموجود على الرابط dirtsimple.org/2004/12/python-is-not-java.html ومنشور ريان تومايكو Ryan Tomayko "مفهوم التابع الساكن" على الرابط tomayko.com/blog/2004/the-static-method-thing. كلمات مهمة كائنية التوجه يبدأ شرح البرمجة كائنية التوجه OOP بالكثير من المصطلحات مثل الوراثة والتغليف Encapsulation والتعددية الشكلية Polymorphism. أهمية معرفة هذه المصطلحات مبالغ فيه، ولكن يجب عليك أن يكون لديك فهم أساسي لهم، شرحنا الوراثة سابقًا، لذا سنشرح المصطلحات الباقية تاليًا، ويمكنك الاطلاع على مقال البرمجة كائنية التوجه (Object Oriented Programming) في لغة سي شارب #C على أكاديمية حسوب لمزيدٍ من المعلومات حول هذه المصطلحات. التغليف لدى كلمة تغليف معنيين شائعين ولكن متقاربين. التعريف الأول هو تجميع البيانات المتعلقة والشيفرة في وحدة واحدة، أي لتغلف يعني أن تضع في صندوق. هذا ما تفعله الأصناف عمومًا؛ فهي تدمج السمات والتوابع. مثلًا، يغلف صنف WizCoin ثلاثة أعداد صحيحة لـ knuts و sickles و galleons إلى كائن WizCoin واحد. أما التعريف الثاني فهو تقنية لإخفاء المعلومات تسمح للكائنات بإخفاء تفاصيل تنفيذ معقدة عن كيفية عمل الكائنات. رأينا ذلك في "السمات والتوابع الخاصة"، إذ يقدم كائن BankAccount توابع deposit()‎ و withdraw()‎ لإخفاء تفاصيل كيفية التعامل مع السمة ‎_‎balance. تعمل الدوال مثل صندوق أسود: كيفية حساب الدالة math.sqrt()‎ للجذر التربيعي لأي رقم مخفية، كل ما عليك معرفته هو أن تعيد الدالة الجذر التربيعي للرقم الممرر لها. التعددية الشكلية polymorphism تسمح التعددية الشكلية بمعالجة كائنات من نوع ما على أنها كائنات من نوع آخر، فمثلًا تعيد الدالة ()len طول الوسيط الممرر إليها، ويمكنك تمرير سلسلة نصية إلى هذه الدالة لمعرفة عدد المحارف المكونة منه، وكذلك يمكن قائمة list أو قاموس dictionary لمعرفة عدد العناصر، أو عدد أزواج مفتاح-قيمة key-value على الترتيب. يدعى نموذج التعددية الشكلية هذا باسم الدوال المعممة generic functions أو التعددية الشكلية القياسية parametric polymorphism لأنها تعالج كائنات ذات أنواع مختلفة. يمكنك الاطلاع على مقال مفهوم البرمجة المعممة Generic Programming على أكاديمية حسوب لمزيدٍ من المعلومات عن البرمجة المعممة. يمكن الإشارة إلى التعددية الشكلية بمصطلح التعددية الشكلية الخاصة ad hoc polymorphism أو زيادة تحميل للعامل operator overloading، إذ يمكن أن يأخذ المعامل (مثل + أو *) سلوكًا مختلفًا اعتمادًا على نوع الكائنات التي تُجرى عليها العملية؛ فمثلًا يجري المعامل + عملية الجمع الحسابي عندما تُجرى العملية على عددين صحيحين أو عشريين، لكنها توصل السلاسل النصية في حال كانت العملية على سلسلتين بدلًا من عددين. لماذا لا نستخدم الوراثة؟ من السهل زيادة تعقيد الأصناف باستخدام الوراثة. كما يشير لوتشيانو رامالهو Luciano Ramalho : "وضع الكائنات في هرمية يرضي حس الترتيب لدينا، ولكن المبرمجين يفعلونها للتسلية". ننشئ أصناف وأصناف فرعية وأصناف تحت فرعية عندما تكون الحاجة لصنف واحد أو اثنين في الوحدة لتفي بالغرض، ولكن تذكر حكمة بايثون الأهم التي ناقشناها سابقًا؛ الحل البسيط أفضل من الحل المعقد. يسمح استخدام البرمجة كائنية التوجه OOP بتنظيم الشيفرة الخاصة بك إلى وحدات units (في هذه الحالة أصناف) سهلة التعامل بدلًا من ملف "‎.py" واحد يحتوي مئات التوابع المعرفة بدون ترتيب معين. تفيد الوراثة إذا كان لديك عدة دوال تعمل في نفس القاموس أو هيكل قائمة البيانات؛ ففي هذه الحالة من المفيد ترتيبهم في صنف. هناك بعض الأمثلة لعدم إنشاء الأصناف أو استخدام الوراثة: إذا كان الصنف يتألف من توابع لا تستخدم المعاملين self و cls، احذف الأصناف واستخدم الدوال بدلًا من التوابع. إذا أنشأت أب بصنف ابن واحد ولم تُنشئ كائنات من الصنف الأب، يمكنك جمعهم بصنف واحد. إذا أنشأت أكثر من ثلاثة أو أربعة مستويات من الأصناف الفرعية، ربما تكون قد استخدمت الوراثة على نحوٍ زائد، اجمع هذه الأصناف الفرعية إلى أصناف أقل. كما توضّح سابقًا في نسختي برنامج إكس أو tic-tac-toe (مع برمجة كائنية التوجه وبدونها)، من الممكن الحصول على برنامج يعمل على نحوٍ سليم وبدون أخطاء دون استخدام الأصناف. لست بحاجة لتصميم برنامج مثل شبكة معقدة من الأصناف، إذ أن الحل البسيط أفضل من الحل المعقد الذي لا يعمل. يتحدث جول سبلوسكي Joel Spolsky عن ذلك في منشوره "لا تدع المصممين رواد الفضاء أن يخيفوك" الموجود على الرابط joelonsoftware.com/2001/04/21/dont-let-architecture-astronauts-scare-you. يجب أن تعرف الآن كيفية عمل مفاهيم البرمجة كائنية التوجه مثل الوراثة، لأنها تساعدك على تنظيم الشيفرة الخاصة بك وجعل التطوير ومعالجة الأخطاء أسهل. تتمتع لغة بايثون بالمرونة، فهي تقدم لك ميزات برمجة كائنية التوجه، لكنها أبضًا لا تطلب منك استخدامها عندما لا تناسب احتياجات البرنامج الخاص بك. الوراثة المتعددة في العديد من لغات البرمجة يكون الصنف أب واحد فقط، ولكن بايثون تدعم آباء متعددين عن طريق تقديم ميزة تدعى الوراثة المتعددة multiple inheritance. مثلًا، يمكننا الحصول على صنف Airplane مع تابع flyInTheAir()‎ وصنف Ship مع تابع floatOnWater()‎، ويمكننا إنشاء صنف FlyingBoat يرث كلًا من Airplane و Ship عن طريق تحديدهما في تعليمة class مفصولين بفواصل. افتح ملف جديد في محرر النصوص واحفظ التالي flayingboat.py: class Airplane: def flyInTheAir(self): print('Flying...') class Ship: def floatOnWater(self): print('Floating...') class FlyingBoat(Airplane, Ship): pass سيرث الكائن المُنشأ التابعين flyInTheAir()‎ و floatOnWater()‎ كما سنرى في الصدفة التفاعلية: >>> from flyingboat import * >>> seaDuck = FlyingBoat() >>> seaDuck.flyInTheAir() Flying... >>> seaDuck.floatOnWater() Floating... الوراثة المتعددة مفهوم بسيط طالما كانت أسماء توابع الأصناف مميزة ولا تتقاطع، وتسمى هذه الأصناف mixins (هذا مصطلح عام لهذا النوع من الأصناف، إذ لا يوجد في بايثون كلمة mixin مفتاحية)، ولكن ماذا سيحصل إذا ورثنا عدة أصناف معقدة تتشارك بأسماء التوابع؟ مثلًا تذكر أصناف لوحة إكس أو ‏‎MiniBoard‏ و HintTTTBoard سابقًا، ماذا لو أردنا صنف يظهر لوحة إكس أو مصغرة مع تقديم بعض النصائح؟ يمكننا إعادة استخدام هذه الأصناف الموجودة باستخدام الوراثة المتعددة. ضِف التالي إلى نهاية ملف tictactoe_oop.py ولكن قبل تعليمة if التي تستدعي الدالة main‎()‎: class HybridBoard(HintBoard, MiniBoard): pass لا يوجد شيء في هذا الصنف، إذ يُعيد استخدام الشيفرة عن طريق وراثة HintBoard و MiniBoard. عدّل الشيفرة في الدالة main()‎ لتُنشئ كائن HybridBoard: gameBoard = HybridBoard() # إنشاء كائن‫ TTT للّوحة لدى كلا الصنفين الأب MiniBoard و HintBoard تابع اسمه getBoardStr()‎ فما الذي ترثه HybridBoard؟ عندما تنفذ البرنامج سيظهر الخرج لوحة إكس أو مصغرة تحتوي على بعض التلميحات: --snip-- X.. 123 .O. 456 X.. 789 X can win in one more move. يبدو أن بايثون دمجت سحريًا تابع getBoardStr()‎ الخاص بصنف MiniBoard و getBoardStr()‎ الخاص بصنف HintBoard، وهذا ممكن لأننا كتبنا التابعين بشكل يمكّنهما العمل مع بعضهما. إذا بدلت ترتيب الأصناف في تعليمة class في صنف HybridBoard لتصبح على النحو التالي: class HybridBoard(MiniBoard, HintBoard): فستخسر التلميحات كليًا: --snip-- X.. 123 .O. 456 X.. 789 لتفهم لماذا حصل ذلك يجب عليك فهم ترتيب استبيان التوابع method resolution order -أو اختصارًا MRO- الخاص ببايثون وكيفية عمل دالة super()‎. ترتيب استبيان التابع لدى برنامج إكس أو الخاص بنا أربعة أصناف لتمثيل الألواح، ثلاثة معرفة بتابع getBoardStr()‎ وواحدة بتابع getBoardStr()‎ موروث كما في الشكل 2 [الشكل 2: الأصناف الأربعة في برنامج لوحات إكس أو] عندما نستدعي getBoardStr()‎ على الكائن HybridBoard، يعرف بايثون أن الصنف HybridBoard ليس لديه تابع بذلك الاسم لذا تفحص أصناف الأب، ولكن لدى الصنف هذا صنفين أب وكلاهما لديه تابع getBoardStr()‎، أي منها يُستدعى؟ يمكننا معرفة ذلك من التحقق من ترتيب استبيان التابع MRO الخاص بصنف HybridBoard وهي القائمة المرتبة من الأصناف التي يتحقق منها بايثون عند وراثة التوابع، أو عندما يستدعي التابع دالة super()‎. يمكنك رؤية ترتيب استبيان التابع للصنف HybridBoard عن طريق استدعاء mro()‎ في الصدفة التفاعلية: >>> from tictactoe_oop import * >>> HybridBoard.mro() [<class 'tictactoe_oop.HybridBoard'>, <class 'tictactoe_oop.HintBoard'>, <class 'tictactoe_oop.MiniBoard'>, <class 'tictactoe_oop.TTTBoard'>, <class 'object'>] يمكنك من خلال القيمة المُعادة رؤية أنه عندما يُستدعى التابع على HybridBoard، يتحقق بايثون من صنف HybridBoard؛ فإذا لم يكن موجودًا، يتحقق بايثون من صنف HintBoard وبعدها من صنف MiniBoard وأخيرًا من صنف TTTBoard. في آخر كل قائمة ترتيب استبيان الدوال MRO هناك صنف object مضمّن يمثل الصنف الأب لكل الأصناف في بايثون. معرفة ترتيب استبيان الدوال MRO من أجل وراثة واحدة أمر سهل؛ فقط اصنع سلسلة chain من أصناف الأب، أما بالنسبة للوراثة المتعددة سيكون الأمر أصعب. يتبع ترتيب استبيان الدوال MRO الخاص ببايثون خوارزمية C3 -التي تقع تفاصيل مناقشتها خارج سياق موضوعنا- ولكنك تستطيع تحديد ترتيب استبيان الدوال MRO بتذكر قاعدتين: يتحقق بايثون من الأصناف الابن قبل أصناف الأب. يتحقق من الأصناف الموروثة في القائمة من اليسار إلى اليمين في تعليمة class. إذا استدعينا getBoardStr()‎ على كائن HybridBoard، يتحقق بايثون من الصنف HybridBoard أولًا وبعدها ونظرًا لكون أصناف الأب من اليسار إلى اليمين هي HintBoard و MiniBorad، يتحقق بايثون من HintBoard. لدى الصنف الأب هذا تابع getBoardStr()‎ لذا يرثها HybridBorad ويستدعيها. لا ينتهي الأمر هنا، يستدعي التابع super().getBoardStr()‎، إذ أن كلمة "super" هي كلمة مضللة نوعًا ما لدالة super()‎ الخاصة ببايثون، لأنها لا تعيد الصنف الأب ولكن الصنف الذي يليها في ترتيب استبيان التوابع MRO، وهذا يعني عندما نستدعي getBoardStr()‎ على الكائن HybridBoard، يكون الصنف التالي في ترتيب استبيان التوابع MRO بعد HintBoard هو MiniBoard وليس الصنف الأب TTTBoard، لذا استدعاء super().getBoardStr()‎ يستدعي تابع getBoardStr()‎ لصنف MiniBoard الذي يعيد سلسلة نصية للوحة إكس أو المصغرة. تعلّق الشيفرة المتبقية في getBoardStr()‎ الخاصة بصنف HintBoard بعد استدعاء super()‎ نص التلميح لهذه السلسة النصية. إذا غيرنا تعليمة class في صنف HybridBoard لتضع MiniBoard أولًا و HintBoard ثانيًا، سيضع ترتيب استبيان التوابع MRO الصنف ‏MiniBoard قبل الصنف HintBoard، ما يعني أن HybridBorad ترث getBoardStr()‎ من MiniBoard التي لا تحتوي استدعاء super()‎. هذا الترتيب هو الذي سبّب الخطأ الذي جعل لوحة إكس أو المصغرة تظهر بدون تلميحات؛ فبدون استدعاء super()‎ تابع getBoardStr()‎ الخاص بصنف MiniBoard لا يستدعي تابع getBoardStr()‎ الخاص بصنف HintBoard. تسمح لك الوراثة المتعددة في إنشاء وظائف كثيرة في كمية قليلة من الشيفرة، لكنها تقود إلى شيفرة معقدة وصعبة القراءة. فضّل الوراثة الواحدة أو أصناف mixin أو عدم الوراثة، هذه التقنيات غالبًا ما تكون قادرة على تنفيذ مهام البرنامج الخاص بك. الخلاصة كما تعيد type()‎ نوع الكائن المرر لها، تعيد توابع isinstace()‎ و issubclass()‎ نوع ومعلومات الوراثة عن الكائن الممرر لها. يمكن أن تحتوي الأصناف توابع كائن وسمات، لكنها تحتوي أيضًا توابع صنف وسمات صنف وتوابع ساكنة، على الرغم من أنها نادرة الاستخدام لكن يمكنها أن تسمح بالتقنيات كائنية التوجه التي لا تستطيع المتغيرات العامة والدوال أن تقدمها. بسمح بايثون للأصناف أن ترث من عدة آباء، على الرغم من أن ذلك ينتج شيفرة صعبة الفهم. تستطيع دالة super()‎ وتوابع الصنف اكتشاف كيف سترث التوابع اعتمادًا على ترتيب استبيان التوابع MRO، إذ يمكنك مشاهدة ترتيب استبيان التوابع MRO الخاص بصنف في الصدفة التفاعلية عن طريق استدعاء التابع mro()‎ على الصنف. غطينا في هذا المقال والمقالات السابقة مفاهيمًا عامة في البرمجة كائنية التوجه OOP، وسنتحدث تاليًا عن تقنيات برمجة كائنية التوجه OOP خاصة ببايثون. ترجمة -وبتصرف- لقسم من الفصل Object-Oriented Programming And Inheritance من كتاب Beyond the Basic Stuff with Python. اقرأ أيضًا المقال السابق البرمجة كائنية التوجه Object-Oriented Programming والوراثة Inheritance البرمجة كائنية التوجه (Object Oriented Programming) في بايثون البرمجة كائنية التوجه (Object Oriented Programming) في لغة سي شارب #C الوراثة المتعددة multiple inheritance
  8. يوفر عليك استدعاء وتعريف الدوال من عدة أماكن نسخ ولصق الشيفرة المصدرية، إذ أن عدم تكرار الشيفرة هو ممارسة جيدة لأنه إذا أردت تغيير هذه الشيفرة المكرّرة (إما لحل بعض الأخطاء أو لإضافة ميزات جديدة)، فستحتاج فقط لتغييرها في مكان واحد، ويصبح البرنامج أقصر دون شيفرة مكررة وأسهل للقراءة. الأمر مماثل بالنسبة للدوال، الوراثة inheritance هي تقنية لإعادة استخدام الشيفرة، ويمكن تطبيقها في الأصناف، وهي وسيلة لوضع الأصناف في علاقة أب-ابن، بحيث يرث الصنف الابن نسخةً من توابع الصنف الأب، ويخفف عليك عبء تكرار التوابع في عدة أصناف. يعتقد العديد من المبرمجين أن الوراثة أمرٌ مبالغٌ فيه أو خطر بسبب زيادة تعقيد شبكات وراثة الأصناف المضافة إلى البرنامج. ليست المنشورات المدونة بعنوان "الوراثة خطيرة" خاطئة كليًا، فمن السهل استغلال البرنامج، ولكن الاستخدام المحدود لهذه التقنية يمكن أن يوفر الكثير من الوقت بما يتعلق بتنظيم الشيفرة. كيف تعمل الوراثة نضع اسم الصنف الأب الموجود أساسًا بين قوسين في تعليمة class لإنشاء صنف ابن. لتتدرب على إنشاء صنف ابن، نفتح نافذة محرر الملفات ونكتب الشيفرة التالية ونحفظها في ملف inheritanceExample.py: 1 class ParentClass: 2 def printHello(self): print('Hello, world!') 3 class ChildClass(ParentClass): def someNewMethod(self): print('ParentClass objects don't have this method.') 4 class GrandchildClass(ChildClass): def anotherNewMethod(self): print('Only GrandchildClass objects have this method.') print('Create a ParentClass object and call its methods:') parent = ParentClass() parent.printHello() print('Create a ChildClass object and call its methods:') child = ChildClass() child.printHello() child.someNewMethod() print('Create a GrandchildClass object and call its methods:') grandchild = GrandchildClass() grandchild.printHello() grandchild.someNewMethod() grandchild.anotherNewMethod() print('An error:') parent.someNewMethod() عندما ننفذ البرنامج، يكون الخرج على النحو التالي: Create a ParentClass object and call its methods: Hello, world! Create a ChildClass object and call its methods: Hello, world! ParentClass objects don't have this method. Create a GrandchildClass object and call its methods: Hello, world! ParentClass objects don't have this method. Only GrandchildClass objects have this method. An error: Traceback (most recent call last): File "inheritanceExample.py", line 35, in <module> parent.someNewMethod() # ParentClass objects don't have this method. AttributeError: 'ParentClass' object has no attribute 'someNewMethod' أنشأنا ثلاثة أصناف ‎‎ParentClass‎ في السطر (1) و ‎ChildClass‎ في السطر (3) و ‎GrandchildClass‎ في السطر (4). الصنف ChildClass هو صنف فرعي للصنف ParentClass، يعني أن ChildClass لديها توابع ParentClass نفسها، ونقول أن ChildClass يرث التوابع من ParentClass، وأيضًا GrandchildClass هو صنف فرعي من ChildClass وبالتالي لديه كل توابع ChildClass وأبيها ParentClass. نسخنا ولصقنا الشيفرة من التابع printHello()‎ باستخدام هذه الطريقة إلى الصنفين ChildClass و GrandChild. أي تغيير للشيفرة في PrintHello()‎ لا يحدث فقط في ParentClass بل في ChildClass و GrandchildClass. هذا نفس تغيير الشيفرة في دالة تُحدّث كل استدعاءات الدالة الخاصة بها. يمكنك رؤية هذه العلاقة في الشكل 1. لاحظ في مخططات الأصناف أن السهم ينطلق من الصنف الفرعي ويشير إلى الصنف الأساس. هذا يعكس أن كل صنف يعرف دائمًا الصنف الأساس الخاص به ولكنه لا يعرف أصنافه الفرعية. [الشكل 1: مخطط هرمي (يسار) ومخطط فين Venn (يمين) يبينان العلاقات بين الأصناف الثلاثة والتوابع التي يستخدموها] تمثّل الأصناف أب- ابن عادةً علاقات "is a"، إذ أن كائن ChildClass هو كائن ParentClass لأن لديه نفس التوابع التي لدى كائن ParentClass، إضافةً إلى بعض التوابع الإضافية التي يعرّفها. هذه هي علاقة باتجاه واحد: ليس كائن ParentClass هو كائن ChildClass. إذا حاول كائن استدعاء someNewMethod()‎ الموجود فقط لكائنات ChildClass (وأصناف ChildClass الفرعية) يعطي بايثون Python خطأ AttributeError. يمكنك الاطلاع على مقال مخططات الفئات (Class Diagram) في لغة النمذجة الموحدة UML على أكاديمية حسوب لمزيدٍ من المعلومات على علاقات "is a" وغيرها في مخططات الأصناف. يعتقد المبرمجون أن الأصناف المتعلقة ببعضها تندرج تحت هرمية علاقات "is a" واقعية، فغالبًا ما ترى في تدريبات البرمجة كائنية التوجه OOP أصناف أب وابن وحفيد: Vehicle▶FourWheelVehicle▶Car أو Animal▶Bird▶Sparrow أو Shape▶Rectangle▶Square لكن تذكر أن السبب الأساسي للوراثة هو إعادة استعمال الشيفرة. تسمح لك الوراثة بتفادي نسخ ولصق الشيفرة إذا كان البرنامج الخاص بك يحتاج إلى صنف بمجموعة من التوابع التي هي مجموعة كبرى من توابع صنف أُخر. نسمي أحيانًا الصنف الابن بالصنف الفرعي subclass أو الصنف المُشتق derived class ونسمي الصنف الأب الصنف الأعلى super class أو الصنف الأساس base class، ويمكنك الاطلاع على مقال الوراثة والتعددية الشكلية Polymorphism والأصناف المجردة Abstract Classes في جافا على أكاديمية حسوب لمزيدٍ من المعلومات. إعادة تعريف التوابع ترث الأصناف الفرعية كل توابع الأصناف الأب، ويمكن لصنف ابن إعادة تعريف تابع موروث عن طريق تقديم التابع والشيفرة الخاصين بها. يكون لدى التابع الذي يعيد التعريف اسم تابع الصنف الأب ذاته. لتوضيح هذا المفهوم لنعد إلى لعبة إكس أو Tic-Tac-Toe التي أنشأناها سابقًا، ولكن هذه المرة سننشئ صنفًا جديدًا MiniBoard وهو صنف فرعي من TTTBoard يعيد تعريف getBoardStr()‎ لرسم لوحة إكس أو أصغر. سيسأل البرنامج أي نوع لوح سيستخدم ولا نحتاج إلى نسخ ولصق باقي توابع TTTBoard لأن MiniBoard سيرثهم. ضِف التالي في نهاية ملف ticktactoe_oop.py لإنشاء صنف ابن لصنف TTTBoard الأصلي، ثم أعد كتابة تابع getBoardStr()‎: class MiniBoard(TTTBoard): def getBoardStr(self): """Return a tiny text-representation of the board.""" # Change blank spaces to a '.' for space in ALL_SPACES: if self._spaces[space] == BLANK: self._spaces[space] = '.' boardStr = f''' {self._spaces['1']}{self._spaces['2']}{self._spaces['3']} 123 {self._spaces['4']}{self._spaces['5']}{self._spaces['6']} 456 {self._spaces['7']}{self._spaces['8']}{self._spaces['9']} 789''' # Change '.' back to blank spaces. for space in ALL_SPACES: if self._spaces[space] == '.': self._spaces[space] = BLANK return boardStr كما في التابع ()getBoardStr الخاص بصنف TTTBoard سينشئ التابع getBoardStr()‎ الخاص بـ MiniBoard لإظهار سلسلة نصية متعددة الأسطر من لوحة إكس أو عندما تمرر إلى دالة print()‎ ولكن هذه السلسلة النصية هي أقصر وتتجاهل الأسطر بين X و O وتستخدم الفواصل للدلالة على الأماكن الفارغة. غيّر السطر في main()‎ ليستنسخ كائن MiniBoard بدلًا من كائن TTTBoard: if input('Use mini board? Y/N: ').lower().startswith('y'): gameBoard = MiniBoard() # Create a MiniBoard object. else: gameBoard = TTTBoard() # Create a TTTBoard object. يعمل البرنامج كما في السابق ما عدا تغيير هذا السطر الواحد في main()‎ وعندما تنفذ البرنامج الآن سيصبح الخرج على النحو التالي: Welcome to Tic-Tac-Toe! Use mini board? Y/N: y ... 123 ... 456 ... 789 What is X's move? (1-9) 1 X.. 123 ... 456 ... 789 What is O's move? (1-9) --snip-- XXX 123 .OO 456 O.X 789 X has won the game! Thanks for playing! يستطيع البرنامج الآن بسهولة الحصول على تنفيذي صنفي لوح إكس أو، وإذا أردت فقط النسخة المصغرة من اللوحة يمكنك ببساطة استبدال الشيفرة في تابع getBoardStr()‎ في TTTBoard. ولكن إذا أردت الاثنين فالوراثة تسمح لك بسهولة إنشاء صنفين عن طريق إعادة استخدام الشيفرة المشتركة بينهما. يمكننا إضافة سمة attribute جديدة إلى TTTBoard اسمها useMiniBoard إذا لم نستخدم الوراثة، ووضع تعليمة if-else داخل getBoardStr()‎ لتقرر متى تُظهِر اللوحة العادية أو اللوحة المصغرة، سيعمل هذا جيدًا لأن التغيير بسيط، ولكن ماذا لو كان الصنف الفرعي MiniBoard يحتاج لإعادة تعريف تابعين أو ثلاثة توابع أو حتى 100 تابع؟ ماذا لو أردنا إنشاء عدة أصناف فرعية من TTTBoard؟ سيتسبّب عدم استخدام الوراثة بسيل من تعليمات if-else داخل التابع الخاص بنا وزيادة كبيرة في تعقيد الشيفرة. يُمكّننا استخدام الأصناف الفرعية وإعادة تعريف التوابع من ترتيب الشيفرة الخاصة بنا ضمن أصناف منفصلة للتعامل مع حالات استخدام مماثلة. دالة super()‎ يشابه تابع الصنف المعاد تعريفه overridden تابع الصنف الأب؛ فحتى لو كانت الوراثة هي تقنية لإعادة استخدام الشيفرة، قد يتطلب إعادة تعريف التابع إعادة كتابة نفس الشيفرة من تابع الصنف الأب بمثابة جزء من تابع شيفرة الابن. لمنع تكرار الشيفرة: تسمح دالة super()‎ للتابع المعاد تعريفه استدعاء التابع الأصلي في الصنف الأب. مثلًا، لنُنشئ صنفًا جديدًا اسمه HintBoard ليكون صنفًا فرعيًا من TTTBoard، بحيث يعيد هذا الصنف تعريف getBoardStr()‎، ويضيف بعد رسم لوحة إكس أو تلميحًا hint فيما إذا كان X أو O قد يربح في الخطوة التالية. هذا يعني أن تابع getBoardStr()‎ الخاص بصنف HintBoard سينجز نفس مهام تابع getBoardStr()‎ الخاص بصنف TTTBoard لرسم لوحة إكس أو. بدلًا من تكرار الشيفرة لإنجاز ذلك، يمكننا استخدام super()‎ لاستدعاء تابع getBoardStr الخاص بصنف TTTBoard من تابع getBoardStr()‎ الخاص بصنف HintBoard. ضِف التالي لنهاية ملف tictactoe_oop.ps: class HintBoard(TTTBoard): def getBoardStr(self): """Return a text-representation of the board with hints.""" 1 boardStr = super().getBoardStr() # Call getBoardStr() in TTTBoard. xCanWin = False oCanWin = False 2 originalSpaces = self._spaces # Backup _spaces. for space in ALL_SPACES: # Check each space: # Simulate X moving on this space: self._spaces = copy.copy(originalSpaces) if self._spaces[space] == BLANK: self._spaces[space] = X if self.isWinner(X): xCanWin = True # Simulate O moving on this space: 3 self._spaces = copy.copy(originalSpaces) if self._spaces[space] == BLANK: self._spaces[space] = O if self.isWinner(O): oCanWin = True if xCanWin: boardStr += '\nX can win in one more move.' if oCanWin: boardStr += '\nO can win in one more move.' self._spaces = originalSpaces return boardStr أولًا، تنفذ التعليمة ‎‏super().getBoardStr()‎ في السطر ذو الرقم 1 الشيفرة داخل الصنف getBoardStr()‎ الخاص بصنف TTTBoard، والتي تعيد سلسلةً نصيةً على شكل لوحة إكس أو. نحفظ حاليًا هذه السلسلة في متغير اسمه boardStr. تعالج الشيفرة الباقية إنشاء التلميح بعد إنشاء لوحة السلسلة النصية عن طريق إعادة استخدام getBoardStr()‎ الخاص بصنف TTTBoard. يعيّن تابع getBoardStr()‎ قيمة المتغيرين xCanWin و oCanWin إلى False، وينسخ احتياطيًا القاموس self._spaces إلى المتغير ‎originalSpaces‎ (السطر ذو الرقم 2)، ثم تُنفَّذ حلقة for على كل أماكن اللوحة من 1 إلى 9. تُضبط سمة self._spaces لنسخ المكتبة originalSpaces، وإذا كانت الخلية فارغة تُوضع X مكانها، إذ يحفز هذا تحريك X إلى الفراغ التالي. سيحدد استدعاء self.isWinner()‎ إذا كانت هذه هي الحركة الرابحة؛ فإذا كانت كذلك تصبح xCanWin هي True. تُكرر هذه الخطوات من أجل O لمعرفة ما إذا كان O يربح بالتحرك إلى هذا المكان (السطر ذو الرقم 3). يستخدم هذا التابع وحدة copy لنسخ القاموس في self._spaces لذا نضيف السطر التالي لأول ملف tictactoe.py. import copy نغير بعدها السطر في main()‎ لنستنسخ كائن HintBoard بدلًا من TTTBoard: gameBoard = HintBoard() # Create a TTT board object. يعمل البرنامج كما كان عدا تغيير السطر الوحيد في main()‎ وعندما ينفذ البرنامج سيكون الخرج على النحو التالي: Welcome to Tic-Tac-Toe! --snip-- X| | 1 2 3 -+-+- | |O 4 5 6 -+-+- | |X 7 8 9 X can win in one more move. What is O's move? (1-9) 5 X| | 1 2 3 -+-+- |O|O 4 5 6 -+-+- | |X 7 8 9 O can win in one more move. --snip-- The game is a tie! Thanks for playing! في نهاية التابع: إذا كانت قيمة xCanWin و oCanWin هي True، تُضاف رسالةٌ إضافية تشير إلى ذلك إلى السلسلة النصية boardStr، وأخيرًا تُعاد القيمة boardStr. لا يحتاج كل تابع معاد تعريفه لاستخدام super()‎؛ فإذا كان يعمل التابع -الذي يعيد التعريف- شيئًا مختلفًا تمامًا عن التابع المُعاد تعريفه في الصنف الأب، لا توجد حاجة لاستدعاء التابع المعاد تعريفه باستخدام super()‎. تفيد الدالة super()‎ على نحوٍ خاص عندما يكون للصنف أكثر من تابع أب كما موضح في الفقرة "الوراثة المتعددة" لاحقًا. فضل التكون Composition على الوراثة الوراثةهي تقنية جيدة لإعادة استخدام الشيفرة، وقد تفكر باستخدامها فورًا في الأصناف الخاصة بك، ولكن ربما لا تريد دومًا أن يكون الأساس والأصناف الفرعية مرتبطة جدًا، فإنشاء مستويات متعددة من الوراثة لا يرتب الشيفرة الخاصة لك أكثر ما يضيف بيروقراطية. على الرغم من أنه بإمكانك استخدام الوراثة للأصناف ذات العلاقات " is a" (بمعنى آخر، عندما يكون الصنف الابن هو نوع من أنواع الصنف الأب)، من المفضل استخدام تقنية تدعى التكوّن composition للأصناف ذات العلاقات "لديه has a". التكوّن هو تقنية تصميم لضم الكائنات في الأصناف الخاصة بك بدلًا من توارث أصناف تلك الكائنات. هذا ما نفعله عندما نضيف خاصيّات إلى الأصناف الخاصة بنا. عند تصميم الأصناف الخاصة بك باستخدام الوراثة فضّل التكوّن على الوراثة، هذا ما كنا نفعله في كل الأمثلة الحالية والسابقة كما يلي: كائن WizCoin "لديه has a" كمية من النقود من أنواع galleon و sickle و knut. كائن TTTBoard "لديه has a" مصفوفة بتسع فراغات. كائن MiniBoard "هو is a" كائن TTTBoard لذا "لديه has a" مصفوفة من تسعة فراغات. كائن HintBoard "هو is a" كائن TTTBoard لذا "لديه has a" مصفوفة من تسعة فراغات. لنعد إلى صنف WizCoin الذي أنشأناه سابقًا. إذا أنشأنا صنف WizardCustomer لتمثل الزبائن في العالم السحري، يجب على هؤلاء الزبائن حمل كمية من المال، الذي نعبّر عنه بصنف WizCoin ولكن لا توجد علاقة "is a" بين الصنفين؛ فكائن WizardCustomer ليس من نوع كائن WizCoin. إذا استخدمنا الوراثة، سنحصل على شيفرة برمجية غير مُعتادة: import wizcoin 1 class WizardCustomer(wizcoin.WizCoin): def __init__(self, name): self.name = name super().__init__(0, 0, 0) wizard = WizardCustomer('Alice') print(f'{wizard.name} has {wizard.value()} knuts worth of money.') print(f'{wizard.name}\'s coins weigh {wizard.weightInGrams()} grams.') في هذا المثال، يرث WizardCustomer توابع الكائن ‎‏WizCoin مثل value()‎ و weightInGrams()‎. تقنيًا يمكن للصنف WizardCustomer الذي ورث من WizCoin أن ينجز بجميع المهام التي ينجزها WizardCustomer، والتي تضم كائن WizCoin، كما تفعل السمة، ولكن اسمَي التابعين wizard.value()‎ و wizard.weightInGrams()‎ مضللة؛ إذ يبدو أنها تُعيد قيمة ووزن الساحر بدلًا من قيمة ووزن نقود الساحر. إضافةً إلى ذلك، إذا أردنا لاحقًا إضافة تابع weightInGrams()‎ لوزن الساحر، سيكون هذا الاسم مأخوذًا مسبقًا. من الأسهل أن يكون الكائن WizCoin سمةً لأن الزبون الساحر "لديه" كميةً من نقود الساحر. import wizcoin class WizardCustomer: def __init__(self, name): self.name = name 1 self.purse = wizcoin.WizCoin(0, 0, 0) wizard = WizardCustomer('Alice') print(f'{wizard.name} has {wizard.purse.value()} knuts worth of money.') print(f'{wizard.name}\'s coins weigh {wizard.purse.weightInGrams()} grams.') بدلًا من جعل الصنف WizardCutomer يرث التوابع من WizCoin، نعطي للصنف WizardCutomer سمة ‎‏purse التي تحتوي كائن WizCoin. أي تغييرات لتوابع الصنف WizCoin عند استخدام التكوّن لن تغير توابع الصنف WizardCustomer. تمنحك هذه الطريقة مرونةً أكبر في تغيير التصميمات المستقبلية لكلا الصنفين وتؤدي إلى شيفرة سهلة الصيانة. مساوئ الوراثة السيئة الأساسية في الوراثة هي أنه أي تغيير مستقبلي يحصل على الأصناف الأب سترثه كل الأصناف الابن. في بعض الحالات هذا الربط الشديد هو ما تحتاجه ولكن في بعض الحالات لا يفي نموذج الوراثة بمتطلبات الشيفرة. مثلًا، لنقل أنه لدينا الأصناف Car و Motorcycle و LunarRover في برنامج محاكاة عربات، ستحتاج هذه الأصناف إلى توابع متماثلة، مثل startIgnition()‎ و changeTire()‎. بدلًا من نسخ ولصق الشيفرة إلى كل صنف، يمكننا إنشاء صنف أب Vehicle ونجعل Car و Motorcycle و LunarRover يرثونها. الآن نريد إصلاح خطأ في تابع changeTire()‎، وسنجري التغيير في مكان واحد. هذا مفيد جدًا، إذ لدينا العديد من أصناف العربات التي ترث من Vehicle. ستكون شيفرة هذه الأصناف على النحو التالي: class Vehicle: def __init__(self): print('Vehicle created.') def startIgnition(self): pass # Ignition starting code goes here. def changeTire(self): pass # Tire changing code goes here. class Car(Vehicle): def __init__(self): print('Car created.') class Motorcycle(Vehicle): def __init__(self): print('Motorcycle created.') class LunarRover(Vehicle): def __init__(self): print('LunarRover created.') لكن كل التغييرات المستقبلية على Vehicle ستؤثر على هذه الأصناف الفرعية أيضًا. ماذا سيحدث لو أردنا تابع changeSparkPlug()‎؟ لدى السيارات والدراجات النارية محركات احتراق بشمعات احتراق ولكن العربات القمرية lunar rovers ليس لديها ذلك. يمكننا -بتفضيل التكوّن على الوراثة- إنشاء صنفي CombustionEngine و ElectricEngine، ثم تصميم صنف Vehicle ليكون "لديه has a" سمة محرك إما CombustionEngine أو ElectricEngine مع التوابع الموافقة. class CombustionEngine: def __init__(self): print('Combustion engine created.') def changeSparkPlug(self): pass # هنا الشيفرة البرمجية التي تعدّل على شمعة الاحتراق class ElectricEngine: def __init__(self): print('Electric engine created.') class Vehicle: def __init__(self): print('Vehicle created.') self.engine = CombustionEngine() # استخدم هذا المحرك افتراضيًا --snip-- class LunarRover(Vehicle): def __init__(self): print('LunarRover created.') self.engine = ElectricEngine() يتطلب هذا إعادة كتابة كمية كبيرة من الشيفرة خصوصًا إذا كان لدينا عدة أصناف ترث من الصنف Vehicle الموجود مسبقًا. كل استدعاءات vehicleObj.changeSparkPlug()‎ ستكون بحاجة لتصبح vehicleObj.engine.changeSparkPlug()‎ لكل كائن في الصنف Vehicle أو أصنافها الفرعية لأن كل تغيير كبير سيحدث أخطاءً ربما تجعل من التابع changeSparkPlug()‎ الخاص بالصنف LunarVehicle لا يفعل شيئًا. تتمثل الطريقة الخاصة ببايثون في هذه الحالة بضبط قيمة changeSparkPlug إلى None في صنف LunarVehicle: class LunarRover(Vehicle): changeSparkPlug = None def __init__(self): print('LunarRover created.') يتبع السطر: changeSparkPlug = None الصياغة المعرفة في "سمات الصنف" التي سنناقشها لاحقًا، وهذا يعيد تعريف التابع changeSparkPlug()‎ الموروث من Vehicle، لذا يسبب استدعاؤه باستخدام كائن LunarRover خطأ: >>> myVehicle = LunarRover() LunarRover created. >>> myVehicle.changeSparkPlug() Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> TypeError: 'NoneType' object is not callable يؤدي هذا الخطأ إلى فشل البرنامج وتوقفه سريعًا، ويمكننا مباشرةً ملاحظة المشكلة عند استدعاء التابع غير المناسب باستخدام كائن LunarRover. يرث أيضًا كل صنف ابن للصنف LunarRover القيمة None للتابع changeSparkPlug()‎. تخبرنا رسالة الخطأ التالية بأن مبرمج الصنف LunarRover تعمّد ضبط قيمة التابع changSprakPlug()‎ إلى None: TypeError: 'NoneType' object is not callable إذا لم يكن هناك بالأساس تابع، سنحصل على رسالة الخطأ التالية: NameError: name 'changeSparkPlug' is not defined تخلق الوراثة أصنافًا فيها تعقيدات وتناقضات لذا يُفضل استخدام التكوّن بدلًا عنها. الخلاصة الوراثة هي تقنية لإعادة استخدام الشيفرة، تسمح لك إنشاء أصناف ابن التي ترث توابع أصناف الأب، يمكنك إعادة تعريف التوابع لتقدم شيفرةً جديدةً لهم واستخدام super()‎ لاستدعاء التابع الأصلي من الصنف الأب. لدى الأصناف الابن علاقة "is a" مع الصنف الأب الخاصة بها، لأن كائن من الصنف الابن هو كائن للصنف الأب. استخدام الأصناف والوراثة في بايثون اختياري، إذ يرى بعض المبرمجين أن التعقيد المرافق للاستخدام الكثير للوراثة لا يبرر فائدته. من المرونة أكثر استخدام التكوّن بدلًا من الوراثة لأنها تنفذ علاقة "has a" مع كائن من أحد الأصناف وكان من أصناف أخرى بدلًا من وراثة التوابع مباشرةً من هذه الأصناف، فمثلًا قد يحتوي كائن Customer على سمة birthday المسندة إلى كائن Date بدلًا من أن يكون هناك أصناف فرعية من صنف Customer للكائن Date. ترجمة -وبتصرف- لقسم من الفصل Object-Oriented Programming And Inheritance من كتاب Beyond the Basic Stuff with Python. اقرأ أيضًا المقال السابق مقارنة ما بين برامج بايثون Python الاعتيادية وبرامج بايثون كائنية التوجه البرمجة كائنية التوجه (Object Oriented Programming) في بايثون
  9. بدأنا في مقال الجزء الأول ببناء مشروع عملي بلغة رست وهو عبارة عن خادم ويب متعدد مهام المعالجة، إذ بنينا الخادم الأساسي وكان أحادي خيط المعالجة، وعملنا في مقال الجزء الثاني على تحويله إلى خادم متعدد خيوط المعالجة، وسننهي في هذا المقال بناء الخادم ليصبح جاهزًا، فإذا لم تكن قرأت المقالات السابقة، فارجع لها قبل قراءة هذا المقال. الإغلاق الرشيق وتحرير الذاكرة تستجيب الشيفرة 20 للطلبات بصورةٍ غير متزامنة عبر استخدام مجمع خيط كما نريد، إذ نحصل على بعض التحذيرات من حقول workers و id و thread التي لن نستخدمها مباشرةً وتذكرنا أننا لم نحرر أي شيء من الذاكرة. عندما نستخدم الحل البدائي الذي هو استخدام مفتاحي "ctrl-c" لإيقاف الخيط الرئيسي، تتوقف الخيوط مباشرةً حتى لو كانوا يخدّمون طلبًا. سننفّذ سمة Drop لاستدعاء join على كل خيط في المجمع لكي ننهي الطلبات التي تعمل قبل الإغلاق، ثم سننفّذ طريقةً لإخبار الخيوط ألا تقبل طلبات جديدة قبل الإغلاق. لرؤية عمل هذا الكود سنعدّل الخادم ليقبل طلبين فقط قبل أن يغلق مجمع الخيط thread pool. تنفيذ سمة Drop على مجمع خيط لنبدأ بتنفيذ Drop على مجمع الخيط الخاص بنا. عندما يُسقط المجمع يجب أن تجتمع كل الخيوط للتأكد من أن عملهم قد انتهى. تظهر الشيفرة 22 المحاولة الأولى لتطبيق Drop، إذ لن تعمل الشيفرة حاليًا. اسم الملف: src/lib.rs impl Drop for ThreadPool { fn drop(&mut self) { for worker in &mut self.workers { println!("Shutting down worker {}", worker.id); worker.thread.join().unwrap(); } } } [الشيفرة 22: ضم كل خيط عندما يخرج المجمع خارج النطاق] أولًا، نمرّ على كل workers في مجمع الخيط، واستُخدمت ‎&mut هنا لأن self هو مرجع متغيّر، ونريد أيضًا تغيير worker. نطبع لكل عامل رسالةً تقول أن هذا العامل سيُغلق، ثم نستدعي join على خيط العمال. إذا فشل استدعاء join نستخدم unwrap لجعل رست تهلع وتذهب إلى إغلاق غير رشيق. سنحصل على هذا الخطأ عند تصريف هذه الشيفرة: $ cargo check Checking hello v0.1.0 (file:///projects/hello) error[E0507]: cannot move out of `worker.thread` which is behind a mutable reference --> src/lib.rs:52:13 | 52 | worker.thread.join().unwrap(); | ^^^^^^^^^^^^^ ------ `worker.thread` moved due to this method call | | | move occurs because `worker.thread` has type `JoinHandle<()>`, which does not implement the `Copy` trait | note: this function takes ownership of the receiver `self`, which moves `worker.thread` --> /rustc/d5a82bbd26e1ad8b7401f6a718a9c57c96905483/library/std/src/thread/mod.rs:1581:17 For more information about this error, try `rustc --explain E0507`. error: could not compile `hello` due to previous error يوضّح الخطأ أننا لا يمكن أن نستدعي join لأنه لدينا استعارة متغيرة على كل worker وتأخذ join ملكية وسطائها، ولمعالجة هذه المشكلة نحن بحاجة لنقل الخيط خارج نسخة Worker التي تملك thread حتى تستطيع join استهلاك الخيط، وقد فعلنا ذلك في الشيفرة 15 من المقال تنفيذ نمط تصميمي Design Pattern كائني التوجه Object-Oriented في لغة رست. إذا احتفظ Worker بـ Option<thread::JoinHandle<()>>‎، يمكننا استدعاء تابع take على Option لنقل القيمة خارج المتغاير Some وإبقاء المتغاير None في مكانه، بمعنى آخر سيحتوي Worker عامل على متغاير Some في Thread الخاص به وعندما نريد تحرير ذاكرة Worker نستبدل Some بالقيمة None حتى لا يوجد لدى Worker أي خيط لينفذه. لذا نحن نعرف أننا نريد تحديث تعريف Worker على النحو التالي. اسم الملف: src/lib.rs struct Worker { id: usize, thread: Option<thread::JoinHandle<()>>, } الآن لنتابع المصرّف لنجد أية أماكن أُخرى تحتاج تغيير، وبالتحقق من الشيفرة نجد خطأين: $ cargo check Checking hello v0.1.0 (file:///projects/hello) error[E0599]: no method named `join` found for enum `Option` in the current scope --> src/lib.rs:52:27 | 52 | worker.thread.join().unwrap(); | ^^^^ method not found in `Option<JoinHandle<()>>` | note: the method `join` exists on the type `JoinHandle<()>` --> /rustc/d5a82bbd26e1ad8b7401f6a718a9c57c96905483/library/std/src/thread/mod.rs:1581:5 help: consider using `Option::expect` to unwrap the `JoinHandle<()>` value, panicking if the value is an `Option::None` | 52 | worker.thread.expect("REASON").join().unwrap(); | +++++++++++++++++ error[E0308]: mismatched types --> src/lib.rs:72:22 | 72 | Worker { id, thread } | ^^^^^^ expected enum `Option`, found struct `JoinHandle` | = note: expected enum `Option<JoinHandle<()>>` found struct `JoinHandle<_>` help: try wrapping the expression in `Some` | 72 | Worker { id, thread: Some(thread) } | +++++++++++++ + Some errors have detailed explanations: E0308, E0599. For more information about an error, try `rustc --explain E0308`. error: could not compile `hello` due to 2 previous errors لنعالج الخطأ الثاني الذي يشير إلى الشيفرة في نهاية Worker::new، إذ نريد تغليف قيمة thread في Some عندما ننشئ Worker جديد. أجرِ الخطوات التالية لتصحيح هذا الخطأ: اسم الملف: src/lib.rs impl Worker { fn new(id: usize, receiver: Arc<Mutex<mpsc::Receiver<Job>>>) -> Worker { // --snip-- Worker { id, thread: Some(thread), } } } الخطأ الأول هو في تنفيذ Drop، وذكرنا سابقًا أننا أردنا استدعاء take على قيمة Option لنقل thread خارج worker. أجرِ التغييرات التالية لتصحيح هذا الخطأ: اسم الملف: src/lib.rs impl Drop for ThreadPool { fn drop(&mut self) { for worker in &mut self.workers { println!("Shutting down worker {}", worker.id); if let Some(thread) = worker.thread.take() { thread.join().unwrap(); } } } } كما تحدثنا سابقًا في المقال البرمجة كائنية التوجه OOP في لغة رست، يأخذ التابع take على Option المتغاير Some خارجًا ويبقي None بدلًا عنه. استخدمنا if let لتفكيك Some والحصول على الخيط، ثم استدعينا join على الخيط. إذا كان خيط العامل هو أساسًا None نعرف أن العامل قد حرًر ذاكرته ولا يحصل شيء في هذه الحالة. الإشارة للخيط ليتوقف عن الاستماع إلى الوظائف تُصرّف الشيفرة بدون تحذيرات بعد كل التغييرات التي أجريناها، ولكن الخبر السيء أنها لا تعمل كما أردنا. النقطة المهمة هي في منطق المغلفات المنفذة بواسطة خيوط نسخ Worker، إذ نستدعي حتى اللحظة join لكن لا تُغلق الخيوط لأننها تعمل في loop للأبد بحثًا عن وظائف. إذا أسقطنا Threadpool بتنفيذنا الحالي للسمة drop، سيُمنع الخيط الأساسي للأبد بانتظار الخيط الأول حتى ينتهي، ولحل هذه المشكلة نحتاج لتغيير تنفيذ drop في ThreadPool، ثم إجراء تغيير في حلقة Worker. أولًا، سنغير تنفيذ drop في ThreadPool ليسقِط صراحةً sender قبل انتظار الخيوط لتنتهي. تظهر الشيفرة 23 التغييرات في ThreadPool لتسقط صراحةً sender. استخدمنا نفس تقنياتOption و take كما فعلنا مع الخيط لكي يستطيع نقل sender خارج ThreadPool. اسم الملف: src/lib.rs: pub struct ThreadPool { workers: Vec<Worker>, sender: Option<mpsc::Sender<Job>>, } // --snip-- impl ThreadPool { pub fn new(size: usize) -> ThreadPool { // --snip-- ThreadPool { workers, sender: Some(sender), } } pub fn execute<F>(&self, f: F) where F: FnOnce() + Send + 'static, { let job = Box::new(f); self.sender.as_ref().unwrap().send(job).unwrap(); } } impl Drop for ThreadPool { fn drop(&mut self) { drop(self.sender.take()); for worker in &mut self.workers { println!("Shutting down worker {}", worker.id); if let Some(thread) = worker.thread.take() { thread.join().unwrap(); } } } } [الشيفرة 23: إسقاط sender صراحةً قبل جمع الخيوط الفعالة] يغلق إسقاط sender القناة، وهذا يشير بدوره إلى عدم إرسال أي رسائل إضافية، وعندما نفعل ذلك تعيد كل الاستدعاءات إلى recv التي تجريها الخيوط الفعالة في الحلقة اللانهائية خطأً. نغير حلقة Worker في الشيفرة 24 لتخرج من الحلقة برشاقة في تلك الحالة، يعني أن الخيوط ستنتهي عندما يستدعي join عليهم في تنفيذ drop في ThreadPool. اسم الملف: src/lib.rs impl Worker { fn new(id: usize, receiver: Arc<Mutex<mpsc::Receiver<Job>>>) -> Worker { let thread = thread::spawn(move || loop { let message = receiver.lock().unwrap().recv(); match message { Ok(job) => { println!("Worker {id} got a job; executing."); job(); } Err(_) => { println!("Worker {id} disconnected; shutting down."); break; } } }); Worker { id, thread: Some(thread), } } } [الشيفرة 24: الخروج صراحةً من الحلقة عندما تعيد recv خطأ] لرؤية عمل هذه الشيفرة: سنعدل main لتقبل فقط طلبين قبل أن تُغلق الخادم برشاقة كما تظهر الشيفرة 25. اسم الملف: src/main.rs fn main() { let listener = TcpListener::bind("127.0.0.1:7878").unwrap(); let pool = ThreadPool::new(4); for stream in listener.incoming().take(2) { let stream = stream.unwrap(); pool.execute(|| { handle_connection(stream); }); } println!("Shutting down."); } [الشيفرة 25: إغلاق الخادم بعد خدمة طلبين عن طريق الخروج من الحلقة] لا نريد أن يتوقف خادم حقيقي بعد خدمة طلبين فقط، وتبين هذه الشيفرة أن الإغلاق الرشيق وتحرير الذاكرة يعملان بصورةٍ نظامية. تُعرّف دالة take في سمة Iterator وتحدد التكرار إلى أول عنصرين بالحد الأقصى. سيخرج ThreadPool خارج النطاق في نهاية main وستُطبَّق سمة drop. شغّل الخادم باستخدام cargo run وأرسل ثلاثة طلبات. سيعطي الطلب الثالث خطأ وسترى الخرج في الطرفية على النحو التالي: $ cargo run Compiling hello v0.1.0 (file:///projects/hello) Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 1.0s Running `target/debug/hello` Worker 0 got a job; executing. Shutting down. Shutting down worker 0 Worker 3 got a job; executing. Worker 1 disconnected; shutting down. Worker 2 disconnected; shutting down. Worker 3 disconnected; shutting down. Worker 0 disconnected; shutting down. Shutting down worker 1 Shutting down worker 2 Shutting down worker 3 يمكن أن ترى ترتيبًا مختلفًا للخيوط الفعالة والرسائل المطبوعة. تعمل الشيفرة وفقًا لهذه الرسائل كما يلي: أخذ العاملان 0 و 3 الطلبين الأولين وتوقف الخادم عن قبول الاتصالات بعد ثاني اتصال، وبدأ تنفيذ Drop في العمل على ThreadPool قبل أخذ العامل 3 وظيفته. يفصل إسقاط sender كل العمال ويخبرهم أن يُغلقوا، ويطبع كل عامل رسالةً عندما يُغلقوا ويستدعي مجمع الخيط join لانتظار كل خيط عامل لينتهي. لاحظ ميّزة مهمة في هذا التنفيذ، إذ قام ThreadPool بإسقاط sender وجرّبنا ضم العامل 0 قبل أن يستقبل أي عامل خطأ. لم يتلق العامل 0 أي خطأ من recv بعد، لذا تنتظر كتلة الخيط الأساسية أن ينتهي العامل 0. في تلك الأثناء استقبل العامل 3 وظيفة ثم استقبلت كل الخيوط خطأ. ينتظر الخيط الأساسي باقي العمال لينتهوا عندما ينتهي العامل 0. وبحلول هذه النقطة يخرج كل عامل من حلقته ويتوقف. تهانينا، فقد أنهينا المشروع ولدينا الآن خادم ويب بسيط يستخدم مجمع خيط للاستجابة بصورةٍ غير متزامنة، ونستطيع إجراء إغلاق رشيق للخادم الذي يحرر من الذاكرة كل الخيوط في المجمع. هذه هي الشيفرة الكاملة بمثابة مرجع. اسم الملف: src/main.rs use hello::ThreadPool; use std::fs; use std::io::prelude::*; use std::net::TcpListener; use std::net::TcpStream; use std::thread; use std::time::Duration; fn main() { let listener = TcpListener::bind("127.0.0.1:7878").unwrap(); let pool = ThreadPool::new(4); for stream in listener.incoming().take(2) { let stream = stream.unwrap(); pool.execute(|| { handle_connection(stream); }); } println!("Shutting down."); } fn handle_connection(mut stream: TcpStream) { let mut buffer = [0; 1024]; stream.read(&mut buffer).unwrap(); let get = b"GET / HTTP/1.1\r\n"; let sleep = b"GET /sleep HTTP/1.1\r\n"; let (status_line, filename) = if buffer.starts_with(get) { ("HTTP/1.1 200 OK", "hello.html") } else if buffer.starts_with(sleep) { thread::sleep(Duration::from_secs(5)); ("HTTP/1.1 200 OK", "hello.html") } else { ("HTTP/1.1 404 NOT FOUND", "404.html") }; let contents = fs::read_to_string(filename).unwrap(); let response = format!( "{}\r\nContent-Length: {}\r\n\r\n{}", status_line, contents.len(), contents ); stream.write_all(response.as_bytes()).unwrap(); stream.flush().unwrap(); } اسم الملف: src/lib.rs use std::{ sync::{mpsc, Arc, Mutex}, thread, }; pub struct ThreadPool { workers: Vec<Worker>, sender: Option<mpsc::Sender<Job>>, } type Job = Box<dyn FnOnce() + Send + 'static>; impl ThreadPool { /// Create a new ThreadPool. /// /// The size is the number of threads in the pool. /// /// # Panics /// /// The `new` function will panic if the size is zero. pub fn new(size: usize) -> ThreadPool { assert!(size > 0); let (sender, receiver) = mpsc::channel(); let receiver = Arc::new(Mutex::new(receiver)); let mut workers = Vec::with_capacity(size); for id in 0..size { workers.push(Worker::new(id, Arc::clone(&receiver))); } ThreadPool { workers, sender: Some(sender), } } pub fn execute<F>(&self, f: F) where F: FnOnce() + Send + 'static, { let job = Box::new(f); self.sender.as_ref().unwrap().send(job).unwrap(); } } impl Drop for ThreadPool { fn drop(&mut self) { drop(self.sender.take()); for worker in &mut self.workers { println!("Shutting down worker {}", worker.id); if let Some(thread) = worker.thread.take() { thread.join().unwrap(); } } } } struct Worker { id: usize, thread: Option<thread::JoinHandle<()>>, } impl Worker { fn new(id: usize, receiver: Arc<Mutex<mpsc::Receiver<Job>>>) -> Worker { let thread = thread::spawn(move || loop { let message = receiver.lock().unwrap().recv(); match message { Ok(job) => { println!("Worker {id} got a job; executing."); job(); } Err(_) => { println!("Worker {id} disconnected; shutting down."); break; } } }); Worker { id, thread: Some(thread), } } } يمكننا إجراء المزيد إذا أردنا تحسين المشروع، وإليك بعض الأفكار: أضِف المزيد من التوثيق إلى ThreadPool وتوابعه العامة. أضِف بعض الاختبارات لوظيفة المكتبة. غيّر الاستدعاءات من unwrap إلى معالجة خطأ أكثر متانة. استخدم ThreadPool لتنفيذ أعمال غير خدمة طلبات الويب. ابحث عن وحدة مجمع خيط مصرفة على creats.io ونفذ خادم ويب باستخدام الوحدة المصرفة، ثم قارن واجهة برمجة التطبيقات API والمتانة بينها وبين مجمع الخيط الذي نفذناه. خاتمة عظيم جدًا! فقد وصلنا إلى نهاية سلسلة البرمجة بلغة رست . نريد أن نشكرك لانضمامك إلينا في هذه الجولة في رست. أنت الآن جاهز لتنفيذ مشاريع رست ومساعدة الآخرين في مشاريعهم. تذكر أنه هناك مجتمع مرحب من مستخدمي رست الذين يحبون المساعدة في أي صعوبة يمكن أن تواجهها في استعمالك رست. ترجمة -وبتصرف- لقسم من الفصل Final Project: Building a Multithreaded Web Server من كتاب The Rust Programming Language. اقرأ أيضًا المقال السابق: بناء خادم ويب متعدد مهام المعالجة بلغة رست - الجزء الثاني تزامن الحالة المشتركة Shared-State Concurrency في لغة رست وتوسيع التزامن مع Send و Sync مقدمة إلى الخيوط Threads في جافا
  10. تعرّفنا في المقال السابق على مفهوم البرمجة كائنية التوجه - أو اختصارًا OOP- وكيفية تعريف الأصناف classes في لغة بايثون، إضافةً إلى بعض التوابع المفيدة بهذا الخصوص. سننظر في هذا المقال على مثال عملي لتطبيق البرمجة كائنية التوجه في لغة بايثون Python ومن ثم سنطّلع على البرنامج ذاته دون استخدام البرمجة كائنية التوجه Non-OOP. أمثلة مع البرمجة كائنية التوجه وبدونها: لعبة إكس أو في البداية، قد يكون من الصعب معرفة كيفية استخدام الأصناف في برامجك. دعنا نلقي نظرةً على مثال قصير للعبة إكس أو لا يستخدم الأصناف، ثم نعيد كتابته باستخدامها. افتح نافذة محرر ملفات جديدة وأدخل البرنامج التالي؛ ثم احفظه بالاسم tictactoe.py: # tictactoe.py, A non-OOP tic-tac-toe game. ALL_SPACES = list('123456789') # The keys for a TTT board dictionary. X, O, BLANK = 'X', 'O', ' ' # Constants for string values. def main(): """Runs a game of tic-tac-toe.""" print('Welcome to tic-tac-toe!') gameBoard = getBlankBoard() # Create a TTT board dictionary. currentPlayer, nextPlayer = X, O # X goes first, O goes next. while True: print(getBoardStr(gameBoard)) # Display the board on the screen. # Keep asking the player until they enter a number 1-9: move = None while not isValidSpace(gameBoard, move): print(f'What is {currentPlayer}\'s move? (1-9)') move = input() updateBoard(gameBoard, move, currentPlayer) # Make the move. # Check if the game is over: if isWinner(gameBoard, currentPlayer): # First check for victory. print(getBoardStr(gameBoard)) print(currentPlayer + ' has won the game!') break elif isBoardFull(gameBoard): # Next check for a tie. print(getBoardStr(gameBoard)) print('The game is a tie!') break currentPlayer, nextPlayer = nextPlayer, currentPlayer # Swap turns. print('Thanks for playing!') def getBlankBoard(): """Create a new, blank tic-tac-toe board.""" board = {} # The board is represented as a Python dictionary. for space in ALL_SPACES: board[space] = BLANK # All spaces start as blank. return board def getBoardStr(board): """Return a text-representation of the board.""" return f''' {board['1']}|{board['2']}|{board['3']} 1 2 3 -+-+- {board['4']}|{board['5']}|{board['6']} 4 5 6 -+-+- {board['7']}|{board['8']}|{board['9']} 7 8 9''' def isValidSpace(board, space): """Returns True if the space on the board is a valid space number and the space is blank.""" return space in ALL_SPACES and board[space] == BLANK def isWinner(board, player): """Return True if player is a winner on this TTTBoard.""" b, p = board, player # Shorter names as "syntactic sugar". # Check for 3 marks across the 3 rows, 3 columns, and 2 diagonals. return ((b['1'] == b['2'] == b['3'] == p) or # Across the top (b['4'] == b['5'] == b['6'] == p) or # Across the middle (b['7'] == b['8'] == b['9'] == p) or # Across the bottom (b['1'] == b['4'] == b['7'] == p) or # Down the left (b['2'] == b['5'] == b['8'] == p) or # Down the middle (b['3'] == b['6'] == b['9'] == p) or # Down the right (b['3'] == b['5'] == b['7'] == p) or # Diagonal (b['1'] == b['5'] == b['9'] == p)) # Diagonal def isBoardFull(board): """Return True if every space on the board has been taken.""" for space in ALL_SPACES: if board[space] == BLANK: return False # If a single space is blank, return False. return True # No spaces are blank, so return True. def updateBoard(board, space, mark): """Sets the space on the board to mark.""" board[space] = mark if __name__ == '__main__': main() # Call main() if this module is run, but not when imported. عند تنفيذ هذا البرنامج، سيبدو الخرج كما يلي: Welcome to tic-tac-toe! | | 1 2 3 -+-+- | | 4 5 6 -+-+- | | 7 8 9 What is X's move? (1-9) 1 X| | 1 2 3 -+-+- | | 4 5 6 -+-+- | | 7 8 9 What is O's move? (1-9) --snip-- X| |O 1 2 3 -+-+- |O| 4 5 6 -+-+- X|O|X 7 8 9 What is X's move? (1-9) 4 X| |O 1 2 3 -+-+- X|O| 4 5 6 -+-+- X|O|X 7 8 9 X has won the game! Thanks for playing! باختصار، يعمل هذا البرنامج باستخدام كائنات القاموس لتُمثل المساحات التسع على لوحة إكس أو. مفاتيح القاموس هي السلاسل من "1" إلى "9"، وقيمها هي السلاسل "X" أو "O" أو " ". المسافات المرقمة بنفس ترتيب لوحة مفاتيح الهاتف. تتمثل وظيفة الدوال في tictactoe.py بما يلي: تحتوي الدالة main()‎‎ على الشيفرة التي تُنشئ بنية بيانات لوحة جديدة (مخزنة في متغير gameBoard) وتستدعي دوالًا أخرى في البرنامج. تُعيد الدالة getBlankBoard()‎‎ قاموسًا به تسع مسافات مضبوطة على " " للوحة فارغة. تقبل الدالة getBoardStr()‎‎ قاموسًا يمثل اللوحة وتعيد تمثيلًا لسلسلة متعددة الأسطر للوحة يمكن طباعتها على الشاشة، وتصيّر هذه الدالة نص لوحة إكس أو tic-tac-toe الذي تعرضه اللعبة. تُعيد الدالة isValidSpace()‎‎ القيمة True إذا مُرّر رقم مسافة صالح وكانت تلك المسافة فارغة. تقبل معاملات دالة isWinner()‎‎ قاموس لوحة إما "X" أو "O" لتحديد ما إذا كان هذا اللاعب لديه ثلاث علامات متتالية على اللوحة. تحدد دالة isBoardFull()‎‎ ما إذا كانت اللوحة لا تحتوي على مسافات فارغة، ما يعني أن اللعبة قد انتهت. تقبل معاملات دالة updateBoard()‎‎ قاموس لوحة ومساحة وعلامة X أو O للاعب وتحدّث القاموس. لاحظ أن العديد من الدوال تقبل اللوحة المتغيرة في معاملها الأول، وهذا يعني أن هذه الدوال مرتبطة ببعضها بعضًا من حيث أنها تعمل جميعها على بنية بيانات مشتركة. عندما تعمل العديد من الدوال في الشيفرة على بنية البيانات ذاتها، فمن الأفضل عادةً تجميعها معًا على أنها توابع وسمات للصنف. دعنا نعيد تصميم هذا في برنامج tictactoe.py لاستخدام صنف TTTBoard الذي سيخزن قاموس board في سمة تسمى spaces. ستصبح الدوال التي كان لها board مثل معامل توابع لصنف TTTBoard الخاصة بنا وستستخدم المعامل self بدلًا من معامل board. افتح نافذة محرر ملفات جديدة، وأدخل الشيفرة التالي، واحفظه باسم tictactoe_oop.py: # tictactoe_oop.py, an object-oriented tic-tac-toe game. ALL_SPACES = list('123456789') # The keys for a TTT board. X, O, BLANK = 'X', 'O', ' ' # Constants for string values. def main(): """Runs a game of tic-tac-toe.""" print('Welcome to tic-tac-toe!') gameBoard = TTTBoard() # Create a TTT board object. currentPlayer, nextPlayer = X, O # X goes first, O goes next. while True: print(gameBoard.getBoardStr()) # Display the board on the screen. # Keep asking the player until they enter a number 1-9: move = None while not gameBoard.isValidSpace(move): print(f'What is {currentPlayer}\'s move? (1-9)') move = input() gameBoard.updateBoard(move, currentPlayer) # Make the move. # Check if the game is over: if gameBoard.isWinner(currentPlayer): # First check for victory. print(gameBoard.getBoardStr()) print(currentPlayer + ' has won the game!') break elif gameBoard.isBoardFull(): # Next check for a tie. print(gameBoard.getBoardStr()) print('The game is a tie!') break currentPlayer, nextPlayer = nextPlayer, currentPlayer # Swap turns. print('Thanks for playing!') class TTTBoard: def __init__(self, usePrettyBoard=False, useLogging=False): """Create a new, blank tic tac toe board.""" self._spaces = {} # The board is represented as a Python dictionary. for space in ALL_SPACES: self._spaces[space] = BLANK # All spaces start as blank. def getBoardStr(self): """Return a text-representation of the board.""" return f''' {self._spaces['1']}|{self._spaces['2']}|{self._spaces['3']} 1 2 3 -+-+- {self._spaces['4']}|{self._spaces['5']}|{self._spaces['6']} 4 5 6 -+-+- {self._spaces['7']}|{self._spaces['8']}|{self._spaces['9']} 7 8 9''' def isValidSpace(self, space): """Returns True if the space on the board is a valid space number and the space is blank.""" return space in ALL_SPACES and self._spaces[space] == BLANK def isWinner(self, player): """Return True if player is a winner on this TTTBoard.""" s, p = self._spaces, player # Shorter names as "syntactic sugar". # Check for 3 marks across the 3 rows, 3 columns, and 2 diagonals. return ((s['1'] == s['2'] == s['3'] == p) or # Across the top (s['4'] == s['5'] == s['6'] == p) or # Across the middle (s['7'] == s['8'] == s['9'] == p) or # Across the bottom (s['1'] == s['4'] == s['7'] == p) or # Down the left (s['2'] == s['5'] == s['8'] == p) or # Down the middle (s['3'] == s['6'] == s['9'] == p) or # Down the right (s['3'] == s['5'] == s['7'] == p) or # Diagonal (s['1'] == s['5'] == s['9'] == p)) # Diagonal def isBoardFull(self): """Return True if every space on the board has been taken.""" for space in ALL_SPACES: if self._spaces[space] == BLANK: return False # If a single space is blank, return False. return True # No spaces are blank, so return True. def updateBoard(self, space, player): """Sets the space on the board to player.""" self._spaces[space] = player if __name__ == '__main__': main() # Call main() if this module is run, but not when imported. يقدّم هذا البرنامج عمل برنامج إكس أو tic-tac-toe السابق ذاته دون استخدام البرمجة كائنية التوجه. يبدو الخرج متطابقًا تمامًا. نقلنا الشيفرة التي كانت في getBlankBoard()‎‎ إلى تابع ‎__init __()‎‎ لصنف TTTBoard، لأنها تؤدي المهمة ذاتها لإعداد بنية بيانات اللوحة. حوّلنا الدوال الأخرى إلى توابع، مع استبدال المعامل board القديم بمعامل self، لأنها تخدم أيضًا غرضًا مشابهًا؛ إذ أن كلاهما كتلتان من الشيفرة البرمجية التي تعمل على بنية بيانات لوحة إكس أو. عندما تحتاج الشيفرة البرمجية في هذه التوابع إلى تغيير القاموس المخزن في السمة ‎_spaces، تستخدم الشيفرة self._spaces، وعندما تحتاج الشيفرة في هذا التابع إلى استدعاء توابع أخرى، فإن الاستدعاء يسبقه self وفترة زمنية period. هذا مشابه لكيفية احتواء coinJars.values()‎‎ في قسم "إنشاء صنف بسيط" على كائن في متغير coinJars. في هذا المثال، الكائن الذي يحتوي على طريقة استدعاء موجود في متغير self. لاحظ أيضًا أن السمة ‎_spaces تبدأ بشرطة سفلية، ما يعني أن الشيفرة البرمجية الموجودة داخل توابع TTTBoard هي فقط التي يجب أن تصل إليها أو تعدلها. يجب أن تكون الشيفرة البرمجية خارج الصنف قادرةً فقط على تعديل المسافات بصورة غير مباشرة عن طريق استدعاء التوابع التي تعدّلها. قد يكون من المفيد مقارنة الشيفرة المصدرية لبرنامجي إكس أو، إذ يمكنك مقارنة الشيفرة وعرض مقارنة جنبًا إلى جنب من خلال الرابط https://autbor.com/compareoop. لعبة إكس أو هي برنامج صغير، لذا لا يتطلب فهمه الكثير من الجهد، ولكن ماذا لو كان هذا البرنامج يتكون من عشرات الآلاف من السطور بمئات الدوال المختلفة؟ قد يكون فهم البرنامج الذي يحتوي على بضع عشرات من الأصناف أسهل في الفهم من البرنامج الذي يحتوي على عدة مئات من الدوال المتباينة. تُقسّم البرمجة كائنية التوجه البرنامج المعقد إلى أجزاء يسهل فهمها. تصميم أصناف في العالم الحقيقي أمر صعب يبدو تصميم الصنف، تمامًا مثل تصميم الاستمارة الورقية paper form، فهو أمرٌ واضحٌ وبسيط. الاستمارات والأصناف، بحكم طبيعتها، هي تبسيطات لكائنات العالم الحقيقي التي تمثلها. السؤال هو كيف نبسط هذه الأشياء؟ على سبيل المثال، إذا كنا بصدد إنشاء صنف Customer فيجب أن يكون للعميل سمة firstName و lastName، أليس كذلك؟ لكن في الواقع، قد يكون إنشاء أصناف لنمذجة كائنات من العالم الحقيقي أمرًا صعبًا؛ ففي معظم البلدان الغربية، يكون الاسم الأخير للشخص هو اسم عائلته، ولكن في الصين، يكون اسم العائلة أولًا. إذا كنا لا نريد استبعاد أكثر من مليار عميل محتمل، فكيف يجب أن نغير صنف Customer لدينا؟ هل يجب تغيير firstName و lastName إلى givenName و familyName؟ لكن بعض الثقافات لا تستخدم أسماء العائلة. على سبيل المثال، الأمين العام السابق للأمم المتحدة يو ثانت U Thant، وهو بورمي، ليس له اسم عائلة: ثانت Thant هو اسمه الأول ويو U هو اختصار لاسم والده. قد نرغب في تسجيل عمر العميل، ولكن سرعان ما ستصبح سمة age قديمة؛ وبدلًا من ذلك، من الأفضل حساب العمر في كل مرة تحتاج إليها باستخدام سمة birthdate. العالم الحقيقي معقد، ومن الصعب تصميم الاستمارات والأصناف لتسجيل هذه الأمور المعقدة في بنية موحدة يمكن لبرامجنا العمل عليها؛ إذ تختلف تنسيقات أرقام الهاتف بين البلدان؛ ولا تنطبق الرموز البريدية على العناوين خارج الولايات المتحدة؛ كما قد يكون تعيين الحد الأقصى لعدد الأحرف لأسماء المدن مشكلةً بالنسبة إلى قرية SchmedeswMorewesterdeich الألمانية. في أستراليا ونيوزيلندا، يمكن أن يكون جنسك المعترف به قانونًا هو X. خلد الماء هو أحد الثدييات التي تبيض. لا ينتمي الفول السوداني للمكسرات. الهوت دوج قد تكون شطيرة أو قد لا تكون، اعتمادًا على من تسأل. بصفتك مبرمجًا يكتب برامج لاستخدامها في العالم الحقيقي، سيتعين عليك تجاوز هذا التعقيد. ترجمة -وبتصرف- لقسم من الفصل Object-Oriented Programming And Classes من كتاب Beyond the Basic Stuff with Python. اقرأ أيضًا المقال السابق البرمجة كائنية التوجه Object-Oriented Programming والأصناف Classes في لغة بايثون تعلم كتابة أكواد بايثون من خلال الأمثلة العملية كيف تكتب أول برنامج لك في بايثون
  11. سنكمل في هذا المقال ما تحدثنا عنه في المقال السابق الجزء الأول عملية بناء خادم ويب متعدد مهام المعالجة، فإذا لم تكن قد قرأت المقال السابق، فاقرأه قبل قراءة هذا المقال. تحويل خادم ويب ذو خيط وحيد إلى خادم متعدد المهام يعالج الآن خادم الويب كل طلب بدوره، يعني أنه لن يعالج اتصال ثاني حتى ينتهي من معالجة الطلب الأول. سيصبح التنفيذ التسلسلي أقل كفاءةً كلما زادت الطلبات على الخادم؛ فإذا استقبل الخادم طلبًا يتطلب وقتًا طويلًا لمعالجته ستنتظر الطلبات التالية وقتًا أطول حتى ينتهي الطلب الطويل حتى لو كانت الطلبات التالية تُنفذ بسرعة. يجب حل هذه المشكلة ولكن أولًا لنلاحظها أثناء العمل. محاكاة طلب بطيء في تنفيذ الخادم الحالي لنلاحظ كيف يؤثر طلب بطيء المعالجة على الطلبات الأخرى المقدمة إلى تنفيذ الخادم الحالي. تنفذ الشيفرة 10 طلب معالجة إلى ‎/sleep بمحاكاة استجابة بطيئة التي تسبب سكون الخادم لخمس ثوانٍ قبل الاستجابة. اسم الملف: src/main.rs use std::{ fs, io::{prelude::*, BufReader}, net::{TcpListener, TcpStream}, thread, time::Duration, }; // --snip-- fn handle_connection(mut stream: TcpStream) { // --snip-- let (status_line, filename) = match &request_line[..] { "GET / HTTP/1.1" => ("HTTP/1.1 200 OK", "hello.html"), "GET /sleep HTTP/1.1" => { thread::sleep(Duration::from_secs(5)); ("HTTP/1.1 200 OK", "hello.html") } _ => ("HTTP/1.1 404 NOT FOUND", "404.html"), }; // --snip-- } [الشيفرة 10: محاكاة استجابة بطيئة عن طريق سكون الخادم لخمس ثوان] بدلنا من if إلى match إذ لدينا ثلاث حالات. يجب أن نطابق صراحةً مع قطعة من request_line لمطابقة النمط مع قيم السلسلة النصية المجردة. لا تُسند match ولا تُحصل تلقائيًا كما تفعل توابع المساواة. تكون الذراع الأولى هي نفس كتلة if من الشيفرة 9، وتطابق الذراع الثانية الطلب إلى ‎/sleep ويسكن الخادم لخمس ثوان عندما يُستقبل الطلب قبل تصيير صفحة HTML الناجحة، والذراع الثالثة هي نفس كتلة else من الشيفرة 9. يمكن ملاحظة أن الخادم بدائي، لكن تعالج المكاتب الحقيقية طلبات متعددة بطريقة مختصرة أكثر. شغل الخادم باستخدام cargo run، ثم افتح نافذتي متصفح واحدة من أجل "/http://127.0.0.1:7878" وأُخرى من أجل "http://127.0.0.1:7878/sleep". إذا أدخلت ‎/ URI عدة مرات كما سابقًا سترى أنه يستجيب بسرعة، لكن إذا أدخلت ‎/sleep ومن ثم حمّلت "/" سترى أن "/" ينتظر حتى يسكن sleep خمس ثوان كاملة قبل أن يُحمّل. هناك تقنيات متعددة لتفادي التراكم خلف طلب بطيء، والطريقة التي سنتبعها هي مجمع خيط thread pool. تحسن الإنتاجية باستخدام مجمع خيط مجمع خيط thread pool هو مجموعة من الخيوط المُنشأة التي تنتظر معالجة مهمة. عندما يستقبل البرنامج مهمةً، يُعيّن واحد من الخيوط في المجمع لأداء المهمة ومعالجتها وتبقى باقي الخيوط في المجمع متاحةً لمعالجة أي مهمة تأتي أثناء معالجة الخيط الأول للمهمة، وعندما ينتهي الخيط من معالجة المهمة يعود إلى مجمع الخيوط الخاملة جاهزًا لمعالجة أي مهمة جديدة. يسمح مجمع خيط معالجة الاتصالات بصورةٍ متزامنة ويزيد إنتاجية الخادم. سنحدد عدد الخيوط في المجمع برقم صغير لحمايتنا من هجوم حجب الخدمة Denial of Service ‎ -أو اختصارًا DoS. إذا طلبنا من البرنامج إنشاء خيط لكل طلب قادم، يمكن لشخص إنشاء 10 مليون طلب مستهلكًا كل الموارد المتاحة وموقفًا معالجة الطلبات نهائيًا. بدلًا من إنشاء عدد لا نهائي من الخيوط، سننشئ عددًا محددًا من الخيوط في المجمع، وستذهب الطلبات المرسلة إلى المجمع للمعالجة. يحافظ المجمع على ترتيب الطلبات القادمة في رتل، كل خيط يأخذ طلبًا من الرتل يعالجه ثم يطلب من الرتل طلبًا آخر. يمكن معالجة N طلب بهذه الطريقة، إذ تمثّل N عدد الخيوط. إذا كان كل خيط يعالج طلبًا طويل التنفيذ يمكن أن تتراكم الطلبات في الرتل ولكننا بذلك نكون قد زدنا عدد الطلبات طويلة التنفيذ التي يمكن معالجتها قبل أن نصل إلى تلك المرحلة. هذه إحدى طرق زيادة إنتاجية خادم ويب، ويمكن استكشاف طرق أُخرى مثل نموذج اشتقاق/جمع fork/join أو نموذج الدخل والخرج للخيط الواحد غير المتزامن single-threaded async I/O أو نموذج الدخل والخرج للخيوط المتعددة غير المتزامن multi-threaded async I/O model. يمكنك قراءة وتنفيذ هذه الحلول إذا كنت مهتمًا بهذا الموضوع وكل هذه الخيارات ممكنة مع لغة برمجية ذات مستوى منخفض مثل رست. قبل البدء بتنفيذ مجمع خيط، لنتحدث كيف يجب أن يكون استخدام المجمع. عند بداية تصميم الشيفرة، تساعدك كتابة واجهة المستخدم في التصميم. اكتب واجهة برمجة التطبيق API للشيفرة بهيكلية تشبه طريقة استدعائها، ثم نفذ الوظيفة داخل الهيكل بدلًا من تنفيذ الوظيفة ثم بناء واجهة برمجة التطبيق العامة. سنستخدم طريقة تطوير مُقادة بالمصرف compiler-driven، هذه طريقة مشابهة لاستخدامنا التطوير المُقاد بالاختبار test-driven كما فعلنا في مشروع سابق في الفصل 12. سنكتب الشيفرة التي تستدعي الدالة المُرادة، ومن ثم ننظر إلى الأخطاء من المصرّف لتحديد ماذا يجب أن نغير حتى تعمل الشيفرة. يجب الحديث بدايةً عن التقنيات التي لن نستعملها. إنشاء خيط لكل طلب لنلاحظ بدايةً كيف ستكون الشيفرة في حال أنشأنا خيطًا لكل طلب. كما ذكرنا سابقًا، لن تكون هذه خطتنا النهائية وذلك لمشكلة إنشاء عدد لا نهائي من الخيوط ولكنها نقطة بداية لإنشاء خادم متعدد الخيوط قادر على العمل، ثم سنضيف مجمع الخيط مثل تحسين وستكون مقارنة الحلين أسهل. تظهر الشيفرة 11 التغييرات لجعل main تُنشئ خيط جديد لمعالجة كل مجرى داخل حلقة for. fn main() { let listener = TcpListener::bind("127.0.0.1:7878").unwrap(); for stream in listener.incoming() { let stream = stream.unwrap(); thread::spawn(|| { handle_connection(stream); }); } } [الشيفرة 11: إنشاء خيط جديد لكل مجرى] كما تعلمنا سابقًا في مقال سابق استخدام الخيوط Threads لتنفيذ شيفرات رست بصورة متزامنة آنيًا، يُنشئ thread::spawn خيطًا جديدًا وينفذ الشيفرة في المُغلف في الخيط الجديد. إذا نفذت الشيفرة وحملت "‎/sleep" في المتصفح ومن ثم "/" في نافذتي متصفح أُخريين ستلاحظ أن الطلبات إلى "/" لا تنتظر "‎/sleep‎" لينتهي ولكن كما ذكرنا سابقًا سيطغى هذا على النظام لأننا ننشئ خيوطًا دون حد. إنشاء عدد محدد من الخيوط نريد من مجمع الخيط أن يعمل بطريقة مشابهة ومألوفة حتى لا يحتاج التبديل من الخيوط لمجمع خيط أي تعديلات كبيرة للشيفرة التي تستخدمها واجهة برمجة التطبيق. تظهر الشيفرة 12 واجهة افتراضية لهيكل ThreadPool الذي نريد استخدامه بدلًا عن thread::spawn. اسم الملف: src/main.rs fn main() { let listener = TcpListener::bind("127.0.0.1:7878").unwrap(); let pool = ThreadPool::new(4); for stream in listener.incoming() { let stream = stream.unwrap(); pool.execute(|| { handle_connection(stream); }); } } [الشيفرة 12: واجهة ThreadPool المثالية] استخدمنا ThreadPool::new لإنشاء مجمع خيط جديد بعدد خيوط يمكن تعديله وفي حالتنا أربعة. لدى pool.execute واجهة مماثلة للدالة thread:spawn في حلقة for إذ تأخذ مغلفًا يجب أن ينفذه المجمع لكل مجرى. نحتاج لتنفيذ pool.execute أن تأخذ مغلفًا وتعطيه لخيط في المجمع لينفذه. لن تُصرّف هذه الشيفرة ولكن سنجربها كي يدلنا المصرف عن كيفية إصلاحها. إنشاء مجمع خيط باستخدام التطوير المقاد بالمصرف أجرِ التغييرات في الشيفرة 12 على الملف src/main.rs واستخدم أخطاء المصرّف من cargo check لقيادة التطوير. هذه أول خطأ نحصل عليه: $ cargo check Checking hello v0.1.0 (file:///projects/hello) error[E0433]: failed to resolve: use of undeclared type `ThreadPool` --> src/main.rs:11:16 | 11 | let pool = ThreadPool::new(4); | ^^^^^^^^^^ use of undeclared type `ThreadPool` For more information about this error, try `rustc --explain E0433`. error: could not compile `hello` due to previous error عظيم، يبين هذ الخطأ أننا بحاجة إلى نوع أو وحدة ThreadPool. سيكون تنفيذ Threadpool الخاص بنا مستقل عن عمل خادم الويب، لذا لنبدّل الوحدة المصرفة hello من وحدة ثنائية مصرفة إلى وحدة مكتبة مصرفة لاحتواء تنفيذ Threadpool. يمكننا بعد ذلك استخدام مكتبة مجمع الخيط المنفصلة لفعل أي عمل نريده باستخدام مجمع خيط وليس فقط لطلبات خادم الويب. أنشئ src/lib.rs الذي يحتوي التالي، وهو أبسط تعريف لهيكل ThreadPool يمكن الحصول عليه. اسم الملف: src/lib.rs pub struct ThreadPool; ثم عدل ملف main.rs لجلب ThreadPool من المكتبة إلى النطاق بإضافة الشيفرة التالية في مقدمة الملف src/main.rs. اسم الملف: src/main.rs use hello::ThreadPool; لن تعمل هذه الشيفرة ولكن لننظر مجددًا إلى الخطأ التالي الذي نريد معالجته: $ cargo check Checking hello v0.1.0 (file:///projects/hello) error[E0599]: no function or associated item named `new` found for struct `ThreadPool` in the current scope --> src/main.rs:12:28 | 12 | let pool = ThreadPool::new(4); | ^^^ function or associated item not found in `ThreadPool` For more information about this error, try `rustc --explain E0599`. error: could not compile `hello` due to previous error يشير هذا الخطأ أننا نحتاج إلى انتاج دالة مرتبطة اسمها new من أجل ThreadPool. يمكننا معرفة أن new تحتاج معامل يقبل 4 مثل وسيط ويجب أن يعيد نسخة ThreadPool. لننفذ أبسط دالة new التي تحتوي هذه الصفات characteristics. اسم الملف: src/lib.rs pub struct ThreadPool; impl ThreadPool { pub fn new(size: usize) -> ThreadPool { ThreadPool } } اخترنا نوع usize للمعامل size لأننا نعرف أن العدد السالب للطلبات غير منطقي ونعرف أيضًا أننا سنستخدم 4 ليمثّل عدد العناصر في مجموعة الخيوط وهذا هو عمل نوع usize كما تحدثنا سابقًا في قسم "أنواع الأعداد الصحيحة" في المقال أنواع البيانات Data Types في لغة رست. لنتحقق من الشيفرة مجددًا: $ cargo check Checking hello v0.1.0 (file:///projects/hello) error[E0599]: no method named `execute` found for struct `ThreadPool` in the current scope --> src/main.rs:17:14 | 17 | pool.execute(|| { | ^^^^^^^ method not found in `ThreadPool` For more information about this error, try `rustc --explain E0599`. error: could not compile `hello` due to previous error يحدث الخطأ الآن لأنه ليس لدينا تابع execute على ThreadPool. تذكر من قسم "إنشاء عدد محدد من الخيوط" أننا قررنا أن مجمع الخيط يجب أن يكون له واجهة تشبه thread::spawn، وقررنا أيضّأ أننا سننفذ التابع execute ليأخذ المغلف المعُطى له ويعطيه لخيط خامل في المجمع لينفذه. سنعرّف تابع execute على ThreadPool ليأخذ المغلف مثل معامل. تذكر من القسم "نقل القيم خارج المغلف وسمات Fn" في المقال المغلفات closures في لغة رست أننا بإمكاننا أخذ المغلفات مثل معاملات باستخدام ثلاث سمات هي Fn أو FnMut أو FnOnce. يجب أن نحدد أي نوع مغلف نريد استخدامه هنا، نحن نعرف أننا سنفعل شيئًا يشابه تنفيذ المكتبة القياسية لدالةthread::spawn، لذلك دعنا نرى ما هي القيود الموجودة لبصمة thread::spawn على معاملاتها. تظهر التوثيقات التالي: pub fn spawn<F, T>(f: F) -> JoinHandle<T> where F: FnOnce() -> T, F: Send + 'static, T: Send + 'static, المعامل F هو الذي يهمنا، والمعامل T متعلق بالقيمة المُعادة ولسنا مهتمين بها. يمكننا أن نرى أن spawn تستخدم FnOnce مثل قيد سمة على F، وهذا ما نريده أيضًأ لأننا نريد تمرير الوسيط الذي نأخذه في execute إلى spawn. يمكننا التأكد أيضًا أن FnOnce هي السمة المُراد استخدامها لأن خيط تنفيذ الطلب سينفِّذ فقط طلب المغلف مرةً واحدة، والذي يطابق Once في FnOnce. لدى معامل نوع F أيضًا قيد سمة Send وقيد دورة حياة static' المفيدان في حالتنا؛ فنحن بحاجة Send لنقل المغلف من خيط لآخر، و static' لأننا لا نعرف الوقت اللازم ليُنفذ الخيط. لننشئ تابع execute على ThreadPool التي تأخذ معامل معمم للنوع F مع هذه القيود. اسم الملف: src/lib.rs impl ThreadPool { // --snip-- pub fn execute<F>(&self, f: F) where F: FnOnce() + Send + 'static, { } } استخدمنا () بعد FnOnce لأن FnOnce تمثل مغلفًا لا يأخذ معاملات ويعيد نوع الوحدة (). يمكن إهمال النوع المُعاد من البصمة كما في تعريفات الدالة، ولكن حتى لو لم يوجد أي معاملات نحن بحاجة الأقواس. هذا هو أبسط تنفيذ لدالة execute، فهي لا تعمل شيئًا، لكننا فقط بحاجة أن تُصرّف شيفرتنا، لنتحقق منها مجددًا. $ cargo check Checking hello v0.1.0 (file:///projects/hello) Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.24s إنها تُصرّف، لكن لاحظ إذا جربت cargo run وأجريت طلبًا في المتصفح، سترى الأخطاء في المتصفح نفسها التي رأيناها في بداية الفصل. لم تستدع المكتبة المغلف المُمرر إلى execute حتى الآن. ملاحظة: هناك مقولة عن لغات البرمجة ذات المُصرّفات الحازمة مثل هاسكل Haskell ورست وهي "إذا صُرفت الشيفرة فإنها تعمل" ولكن هذه المقولة ليست صحيحة إجمالًا، إذ يُصرّف مشروعنا، لكنه لا يعمل شيئًا إطلاقًا. إذا كنا نريد إنشاء مشروع حقيقي ومكتمل، الآن هو الوقت المثالي لكتابة وحدات اختبار للتحقق من أن الشيفرة تُصرّف ولها السلوك المرغوب. التحقق من صحة عدد الخيوط في new لن نغيّر شيئًا للمعاملين new و parameter. لننفذ متن الدوال بالسلوك الذي نريده، ولنبدأ بالدالة new. اخترنا سابقًا نوع غير مؤشر للمعامل size لأن مجمع بعدد خيوط سلبي هو غير منطقي، ولكن مجمع بعدد خيوط صفر ليس منطقيًا أيضًا ولكن unsize صالح. سنضيف الشيفرة التي تتحقق من أن size أكبر من الصفر قبل إعادة نسخة من ThreadPool وجعل البرنامج يهلع إذا حصل على قيمة صفر باستخدام ماكرو assert!‎ كما في الشيفرة 13. اسم الملف: src/lib.rs impl ThreadPool { /// Create a new ThreadPool. /// /// The size is the number of threads in the pool. /// /// # Panics /// /// The `new` function will panic if the size is zero. pub fn new(size: usize) -> ThreadPool { assert!(size > 0); ThreadPool } // --snip-- } [الشيفرة 13: تنفيذ Threadpool:new ليهلع إذا كان size صفر] أضفنا بعض التوثيق إلى ThreadPool باستخدام تعليقات doc. لاحظ أننا اتبعنا خطوات التوثيق الجيدة بإضافة قسم يستدعي الحالات التي يمكن للدالة أن تهلع فيها كما تحدثنا في الفصل 14. جرب تنفيذ cargo run --open واضغط على هيكل ThreadPool لرؤية كيف تبدو المستندات المُنشأة للدالة new. يمكننا تغيير new إلى build بدلًا من إضافة ماكرو assert!‎، ونعيد Result كما فعلنا في Config::build في مشروع الدخل والخرج في الشيفرة 9 في المقال كتابة برنامج سطر أوامر بلغة رست: إعادة بناء التعليمات البرمجية لتحسين النمطية Modularity والتعامل مع الأخطاء، لكننا قررنا في حالتنا أن إنشاء مجمع خيط بدون أي خيوط هو خطأ لا يمكن استرداده. إذا كنت طموحًا جرب كتابة دالة اسمها build مع البصمة التالية لمقارنته مع الدالة new. pub fn build(size: usize) -> Result<ThreadPool, PoolCreationError> { إنشاء مساحة لتخزين الخيوط لدينا الآن طريقة لمعرفة أنه لدينا عدد صالح من الخيوط لتخزينها في المجمع، إذ يمكننا إنشاء هذه الخيوط وتخزينها في هيكل ThreadPool قبل إرجاعها إلى الهيكل، ولكن كيف نخزن الخيوط؟ لنلاحظ بصمة thread::spawn. pub fn spawn<F, T>(f: F) -> JoinHandle<T> where F: FnOnce() -> T, F: Send + 'static, T: Send + 'static, يُعاد JoinHandle<T>‎ من الدالة spawn، إذ تمثّل T النوع الذي يعيده المغلف. لنستعمل JoinHandle أيضًا لنرى ما سيحدث، إذ سيعالج المغلف الذي نمرره إلى مجمع الخيط الاتصال ولا يعيد أي شيء لذا T ستكون نوع وحدة (). ستُصرّف الشيفرة في الشيفرة 14 ولكن لا تُنشئ أي خيوط. غيّرنا تعريف ThreadPool لتحتوي شعاعًا من نسخة thread::JoinHandle<()>‎ وهيأنا الشعاع بسعة size وضبطنا حلقة for التي تعيد بعض الشيفرة لإنشاء الخيوط وتعيد نسخة ThreadPool تحتويهم. اسم الملف: src/main.rs use std::thread; pub struct ThreadPool { threads: Vec<thread::JoinHandle<()>>, } impl ThreadPool { // --snip-- pub fn new(size: usize) -> ThreadPool { assert!(size > 0); let mut threads = Vec::with_capacity(size); for _ in 0..size { // create some threads and store them in the vector } ThreadPool { threads } } // --snip-- } [الشيفرة 14: إنشاء شعاع للهيكل ThreadPool الذي يحتوي الخيوط] جلبنا std::thread إلى النطاق في وحدة المكتبة المصرفة لأننا نستخدم Thread::JoinHandle بمثابة نوع العنصر في الشعاع في ThreadPool. تُنشئ ThreadPool شعاعًا جديدًا يحتوي عناصر size عندما يُستقبل حجم صالح. تعمل الدالة with_capacity نفس مهام Vec::new ولكن بفرق مهم هو أنها تحجز مسبقًا المساحة في الشعاع لأننا نريد تخزين عناصر size في الشعاع. إجراء هذا الحجز مسبقًا هو أكثر كفاءة من استخدام Vec::new الذي يغير حجمه كلما اُضيفت عناصر. عندما تنفذ cargo check مجدّدًا ينبغي أن تنجح. هيكل عامل Worker Struct مسؤول عن ارسال شيفرة من مجمع الخيط إلى خيط تركنا تعليقًا في حلقة for متعلق بإنشاء الخيوط في الشيفرة 14. سننظر هنا إلى كيفية إنشاء الخيوط حقيقةً، إذ تؤمن المكتبة القياسية thread::spawn بمثابة طريقة لإنشاء الخيوط ويتوقع thread::spawn الحصول على بعض الشيفرة لكي ينفذها الخيط بعد إنشائه فورًا، ولكن نريد في حالتنا إنشاء خيوط وجعلهم ينتظرون شيفرةً سنرسلها لاحقًا. لا يقدم تنفيذ المكتبة القياسية للخيوط أي طريقة لعمل ذلك، إذ يجب تنفيذها يدويًا. سننفذ هذا السلوك عن طريق إضافة هيكلية بيانات جديدة بين ThreadPool والخيوط التي ستدير هذه السلوك الجديد، وسندعو هيكل البيانات هذا "العامل Worker" وهو مصطلح عام في تنفيذات مجمّع الخيوط. يأخذ العامل الشيفرة التي بحاجة لتنفيذ وينفّذها في خيط العامل. فكر كيف يعمل الناس في مطبخ المطعم، إذ ينتظر العاملون طلبات الزبائن ويكونوا مسؤولين عن أخذ هذه الطلبات وتنفيذها. بدلًا من تخزين شعاع نسخة JoinHandle<()>‎ في مجمع الخيط، نخزن نسخًا من هيكل Worker. يخزن كل Worker نسخة JoinHandle<()>‎ واحدة، ثم ننفذ تابع على Worker الذي يأخذ مغلف شيفرة لينفذه ويرسله إلى خيط يعمل حاليًا لينفذه. سنعطي كل عامل رقمًا معرّفًا id للتمييز بين العمال المختلفين في المجمع عند التسجيل أو تنقيح الأخطاء. هكذا ستكون العملية الجديدة عند إنشاء ThreadPool. سننفذ الشيفرة التي ترسل المغلف إلى الخيط بعد إعداد Worker بهذه الطريقة: عرّف هيكل Worker الذي يحتوي id و JoinHandle<()>‎. عدّل ThreadPool لتحتوي شعاع من نسخ Worker. عرّف دالة Worker::new التي تأخذ رقم id وتعيد نسخة Worker التي تحتوي id وخيط مُنشأ بمغلف فارغ. استخدم عداد حلقة for لإنشاء id وإنشاء Worker جديد مع ذلك الرقم id وخرن العامل في الشعاع. إذا كنت جاهزًا للتحدي، جرّب تنفيذ هذه التغييرات بنفسك قبل النظر إلى الشيفرة في الشيفرة 15. جاهز؟ يوجد في الشيفرة 15 إحدى طرق عمل التعديلات السابقة. اسم الملف:src/lib.rs use std::thread; pub struct ThreadPool { workers: Vec<Worker>, } impl ThreadPool { // --snip-- pub fn new(size: usize) -> ThreadPool { assert!(size > 0); let mut workers = Vec::with_capacity(size); for id in 0..size { workers.push(Worker::new(id)); } ThreadPool { workers } } // --snip-- } struct Worker { id: usize, thread: thread::JoinHandle<()>, } impl Worker { fn new(id: usize) -> Worker { let thread = thread::spawn(|| {}); Worker { id, thread } } } [الشيفرة 15: تعديل ThreadPool بحيث تحتوي نسخة Worker بدلًا من احتواء الخيط مباشرةً] عدّلنا اسم حقل ThreadPool من threads إلى workers لأنه يحتوي نسخ Worker بدلًا من نسخ JoinHandle<()>‎. استخدمنا العداد في حلقة for مثل وسيط لدالة Worker::new وخزّنا كل Worker جديد في شعاع اسمه workers. لا تحتاج الشيفرة الخارجية (كما في الخادم في src/main.rs) أن تعرف تفاصيل التنفيذ بما يتعلق باستخدام هيكل Worker داخل ThreadPool، لذا نجعل كل من هيكل Worker ودالة new خاصين private. تستخدم الدالة Worker::new المعرّف id المُعطى وتخزن نسخة JoinHandle<()>‎ المُنشأة عن طريق إنشاء خيط جديد باستخدام مغلف فارغ. ملاحظة: سيهلع thread::spawn إذا كان نظام التشغيل لا يستطيع إنشاء خيط بسبب عدم توفر موارد كافية، وسيؤدي هذا إلى هلع كامل الخادم حتى لو كان إنشاء بعض الخيوط ممكنًا. للتبسيط يمكن قبول هذا السلوك ولكن في تنفيذ مجمع خيط مُنتج ينبغي استخدام std::thread::Builder ودالة spawn الخاصة به التي تعيد Result. تُصرّف هذه الشيفرة وتخزن عددًا من نسخ Worker الذي حددناه مثل وسيط إلى ThreadPool::new. لكننا لم نعالج المغلف الذي نحصل عليه في execute. لنتعرف على كيفية عمل ذلك تاليًا. إرسال طلبات إلى الخيوط عن طريق القنوات المشكلة التالية التي سنتعامل معها هي أن المغلفات المُعطاة إلى thread::spawn لا تفعل شيئًا إطلاقًا، وسنحصل حاليًا على المغلف الذي نريد تنفيذه في تابع execute، لكن نحن بحاجة لإعطاء thread::spawn مغلفًا لينفذه عندما ننشئ كل Worker خلال إنشاء ThreadPool. نريد تشغيل هياكل Worker التي أنشأناها للبحث عن شيفرة من الرتل في ThreadPool وأن ترسل تلك الشيفرة إلى خيطها لينفّذها. ستكون القنوات التي تعلمناها سابقًا في المقال استخدام ميزة تمرير الرسائل Message Passing لنقل البيانات بين الخيوط Threads في لغة رست -والتي تُعد طريقة بسيطة للتواصل بين خيطين- طريقةً ممتازةً لحالتنا، إذ سنستعمل قناةً لتعمل مثل رتل للوظائف، وترسل execute وظيفة من ThreadPool إلى نسخة Worker التي ترسل بدورها الوظيفة إلى خيطها. ستكون الخطة على النحو التالي: يُنشئ ThreadPool قناة ويحتفظ بالمرسل. يحتفظ كل Worker بالمستقبل. ننشئ هيكل Job جديد يحتفظ بالمغلف الذي نريد إرساله عبر القناة. يرسل تابع execute الوظيفة المراد تنفيذها عبر المرسل. سيتكرر مرور Worker على المستقبل وينفذ المغلف لأي وظيفة يستقبلها في الخيط. لنحاول إنشاء قناة في ThreadPool::new والاحتفاظ بالمرسل في نسخة ThreadPool كما في الشيفرة 16. لا يحتوي هيكل Job أي شيء الآن، لكنه سيكون نوع العنصر المُرسل عبر القناة. اسم الملف: src/lib.rs use std::{sync::mpsc, thread}; pub struct ThreadPool { workers: Vec<Worker>, sender: mpsc::Sender<Job>, } struct Job; impl ThreadPool { // --snip-- pub fn new(size: usize) -> ThreadPool { assert!(size > 0); let (sender, receiver) = mpsc::channel(); let mut workers = Vec::with_capacity(size); for id in 0..size { workers.push(Worker::new(id)); } ThreadPool { workers, sender } } // --snip-- } [الشيفرة 16: تعديل ThreadPool لتخزين مرسل القناة التي ترسل نسخ Job] أنشأنا القناة الجديدة في ThreadPool:new وجعلنا المجمع يحتفظ بالمرسل. ستصرّف هذه الشيفرة بنجاح. لنجرب تمرير مستقبل القناة إلى كل عامل عندما ينشئ مجمع الخيط القناة. نعرف أننا نريد استخدام المستقبل في الخيط الذي أنشأه العامل، لذا سنشير إلى معامل receiver في المغلف بمرجع reference. لن تُصرّف الشيفرة 17. اسم الملف: src/lib.rs impl ThreadPool { // --snip-- pub fn new(size: usize) -> ThreadPool { assert!(size > 0); let (sender, receiver) = mpsc::channel(); let mut workers = Vec::with_capacity(size); for id in 0..size { workers.push(Worker::new(id, receiver)); } ThreadPool { workers, sender } } // --snip-- } // --snip-- impl Worker { fn new(id: usize, receiver: mpsc::Receiver<Job>) -> Worker { let thread = thread::spawn(|| { receiver; }); Worker { id, thread } } } [الشيفرة 17: تمرير المستقبل إلى العمال workers] أجرينا بعض التغييرات الصغيرة والمباشرة، إذ مررنا المستقبل إلى Worker::new واستخدمناه داخل المغلف. عندما نتحقق من الشيفرة سنحصل على هذا الخطأ: $ cargo check Checking hello v0.1.0 (file:///projects/hello) error[E0382]: use of moved value: `receiver` --> src/lib.rs:26:42 | 21 | let (sender, receiver) = mpsc::channel(); | -------- move occurs because `receiver` has type `std::sync::mpsc::Receiver<Job>`, which does not implement the `Copy` trait ... 26 | workers.push(Worker::new(id, receiver)); | ^^^^^^^^ value moved here, in previous iteration of loop For more information about this error, try `rustc --explain E0382`. error: could not compile `hello` due to previous error تحاول الشيفرة تمرير receiver لنسخ متعددة من Worker ولكن هذا لن يعمل كما تتذكر سابقًا من المقال استخدام ميزة تمرير الرسائل Message Passing لنقل البيانات بين الخيوط Threads في لغة رست، إذ أن تنفيذ القناة المقدم من رست هو مُنتجين producer متعددين ومستهلك consumer واحد، وهذا يعني أنه لا يمكن نسخ الطرف المستهلك من القناة لإصلاح هذا الخطأ ولا نريد أيضًا إرسال رسائل متعددة لمستهلكين متعددين، بل نحتاج قائمة رسائل واحدة مع عمال متعددين لكي تعالج كل رسالة مرةً واحدةً فقط. إضافةً إلى ذلك، يتطلب أخذ وظيفة من رتل القناة تغيير receiver، لذا تحتاج الخيوط طريقةً آمنةً لتشارك وتعدل receiver، وإلا نحصل على حالات سباق (كما تحدثنا في الفصل السابق المشار إليه). تذكر المؤشرات الذكية الآمنة للخيوط التي تحدثنا عنها سابقًا في المقال تزامن الحالة المشتركة Shared-State Concurrency في لغة رست وتوسيع التزامن مع Send و Sync؛ فنحن بحاجة لاستخدام Arc<Mutex<T>>‎ لمشاركة الملكية لعدد من الخيوط والسماح للخيوط بتغيير القيمة. يسمح نوع Arc لعدد من العمال من مُلك المستقبل وتضمن Mutex حصول عامل واحد على الوظيفة من المستقبل. تظهر الشيفرة 18 التغييرات التي يجب عملها. اسم الملف: src/lib.rs use std::{ sync::{mpsc, Arc, Mutex}, thread, }; // --snip-- impl ThreadPool { // --snip-- pub fn new(size: usize) -> ThreadPool { assert!(size > 0); let (sender, receiver) = mpsc::channel(); let receiver = Arc::new(Mutex::new(receiver)); let mut workers = Vec::with_capacity(size); for id in 0..size { workers.push(Worker::new(id, Arc::clone(&receiver))); } ThreadPool { workers, sender } } // --snip-- } // --snip-- impl Worker { fn new(id: usize, receiver: Arc<Mutex<mpsc::Receiver<Job>>>) -> Worker { // --snip-- } } [الشيفرة 18: مشاركة المستقبل بين العمال باستخدام Arc و Mutex] نضع المستقبل فيThreadPool::new في Arc و Mutex، وننسخ Arc لكل عامل لتزيد عدّ المرجع ليستطيع العمال مشاركة ملكية المستقبل. تُصرّف الشيفرة بنجاح مع هذه التغييرات، لقد اقتربنا من تحقيق هدفنا. تنفيذ تابع التنفيذ execute لننفذ أخيرًا تابع execute على ThreadPool، إذ سغيّر أيضًا Job من هيكل إلى نوع اسم بديل لكائن السمة الذي يحتوي نوع المغلف الذي يستقبله execute. كما تحدثنا في قسم "إنشاء مرادفات للنوع بواسطة أسماء النوع البديلة" في المقال الأنواع والدوال المتقدمة في لغة رست، يسمح لنا نوع الاسم البديل بتقصير الأنواع الطويلة لسهولة الاستخدام كما في الشفرة 19. اسم الملف: src/lib.rs // --snip-- type Job = Box<dyn FnOnce() + Send + 'static>; impl ThreadPool { // --snip-- pub fn execute<F>(&self, f: F) where F: FnOnce() + Send + 'static, { let job = Box::new(f); self.sender.send(job).unwrap(); } } // --snip-- [الشيفرة 19: إنشاء نوع اسم بديل Job لـ Box يحتوي كل مغلف وارسال العمل عبر القناة] بعد إنشاء نسخة Job جديدة باستخدام المغلف نحصل على execute ونرسل الوظيفة عبر الطرف المرسل للقناة. نستدعي unwrap على send في حال فشل الإرسال؛ إذ يمكن حصول ذلك إذا أوقفنا كل الخيوط من التنفيذ، وهذا يعني توقُف الطرف المستقبل عن استقبال أي رسائل جديدة. لا يمكننا الآن إيقاف الخيوط من التنفيذ، إذ تستمر خيوطنا بالتنفيذ طالما المجمع موجود. سبب استخدام unwrap هو أننا نعرف أن حالة الفشل هذه لن تحصل ولكن المصرّف لا يعرف ذلك. لم ننتهي كليًا بعد، فالمغلف المُمرر إلى thread::spawn يسند الطرف المستقبل من القناة فقط، لكن نريد بدلًا من ذلك أن يتكرر المغلف للأبد ويسأل الطرف المستقبل من القناة عن وظيفة وينفذ الوظيفة عندما يحصل عليها. دعنا نجري التغييرات الموضحة في الشيفرة 20 للدالة Worker::new. اسم الملف: src/lib.rs // --snip-- impl Worker { fn new(id: usize, receiver: Arc<Mutex<mpsc::Receiver<Job>>>) -> Worker { let thread = thread::spawn(move || loop { let job = receiver.lock().unwrap().recv().unwrap(); println!("Worker {id} got a job; executing."); job(); }); Worker { id, thread } } } [الشيفرة 20: استقبال وتنفيذ الوظائف في خيط العامل] نستدعي أولًا lock على receiver للحصول على mutex، ونستدعي unwrap ليهلع على أي خطأ. قد يفشل الحصول على قفل إذا كان mutex في حالة مسمومة poisoned، والتي تحصل إذا هلع أحد الخيوط عند احتفاظه بالقفل بدلًا من ترك القفل، وسيكون استدعاء unwrap في هذه الحالة هو العمل الأفضل. غيّر unwrap إلى expect على راحتك لتظهر رسالة خطأ ذات معنى. إذا حصلنا على القفل على mutex، نستدعي recv لاستقبال Job من القناة. يتخطى استدعاء unwrap الأخير أي أخطاء أيضًا والتي ربما قد تحصل إذا اُغلق، على نحوٍ مشابه لكيفية إعادة Err من قِبل تابع send إذا أُغلق المستقبل. إذا لم توجد أي وظيفة في استدعاء كتل recv، سينتظر الخيط حتى تتوفر وظيفة. يضمن Mutex<T>‎ أن يكون هناك خيط Worker واحد يطلب وظيفة. يعمل مجمع الخيط الآن، جرب cargo run وأرسل بعض الطلبات. $ cargo run Compiling hello v0.1.0 (file:///projects/hello) warning: field is never read: `workers` --> src/lib.rs:7:5 | 7 | workers: Vec<Worker>, | ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ | = note: `#[warn(dead_code)]` on by default warning: field is never read: `id` --> src/lib.rs:48:5 | 48 | id: usize, | ^^^^^^^^^ warning: field is never read: `thread` --> src/lib.rs:49:5 | 49 | thread: thread::JoinHandle<()>, | ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ warning: `hello` (lib) generated 3 warnings Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 1.40s Running `target/debug/hello` Worker 0 got a job; executing. Worker 2 got a job; executing. Worker 1 got a job; executing. Worker 3 got a job; executing. Worker 0 got a job; executing. Worker 2 got a job; executing. Worker 1 got a job; executing. Worker 3 got a job; executing. Worker 0 got a job; executing. Worker 2 got a job; executing. لقد نجحنا، ولدينا الآن مجمع خيط ينفذ الاتصالات على نحوٍ غير متزامن. لا يُنشئ أكثر من أربعة خيوط حتى لا يُحمَل النظام بصورةٍ زائدة إذا استقبل الخادم طلبات كثيرة. إذا أرسلنا طلبًا إلى ‎/‎sleep سيكون الخادم قادرًا على خدمة طلبات أُخرى بجعل خيط آخر ينفذهم. ملاحظة: إذا فتحنا ‎/sleep في نوافذ متعددة في المتصفح بنفس الوقت، ستُحمل واحدةٌ تلو الأُخرى بفواصل زمنية مدتها 5 ثواني لأن بعض المتصفحات تنفذ النسخ المتعددة لنفس الطلب بالترتيب لأسباب التخزين المؤقت. ليس الخادم هو سبب هذا التقصير. بعد أن تعلمنا عن حلقة while let في المقال الأنماط Patterns واستخداماتها وقابليتها للدحض Refutability في لغة رست، ربما تتساءل لماذا لم نكتب شيفرة الخيط العامل كما في الشيفرة 21. اسم الملف: src/lib.rs // --snip-- impl Worker { fn new(id: usize, receiver: Arc<Mutex<mpsc::Receiver<Job>>>) -> Worker { let thread = thread::spawn(move || { while let Ok(job) = receiver.lock().unwrap().recv() { println!("Worker {id} got a job; executing."); job(); } }); Worker { id, thread } } } [الشيفرة 21: طريقة تنفيذ مختلفة لدالة Worker::new باستخدام while let] تُصرّف الشيفرة وتُنفذ ولكن لا تعطي نتيجة عمل الخيوط المرغوبة، إذ يسبب الطلب البطيء انتظار باقي الطلبات لتُعالج، والسبب بسيطٌ إلى حد ما؛ فليس لدى هيكل Mutex دالة unlock عامة لأن ملكية القفل مبينةٌ على دورة حياة MutexGuard<T>‎ داخل LockResult<MutexGuard<T>>‎ التي يعيدها التابع lock. يطبق متحقق الاستعارة قاعدة أن المورد المحمي بهيكل Mutex لا يمكن الوصول له إلا إذا احتفظنا بالقفل وقت التصريف، ولكن بهذا التنفيذ يمكن أن يبقى القفل مُحتفظًا به أكثر من اللازم إذا لم نكن منتبهين إلى دورة حياة MutexGuard<T>‎. تعمل الشيفرة في الشيفرة 20 التي تستخدم let job = receiver.lock().unwrap().recv().unwrap();‎ إذ تُسقط أي قيمة مؤقتة مُستخدمة في التعبير على الطرف اليمين من إشارة المساواة "=" مع letعندما تنتهي تعليمة let، ولكن لا تُسقط while let (وأيضًا if let و match) القيم المؤقتة حتى نهاية الكتلة المرتبطة بها. يبقى القفل مُحتفظًا به حتى نهاية فترة استدعاء job()‎ يعني أن العمال الباقين لا يمكن أن يستقبلوا وظائف. ترجمة -وبتصرف- لقسم من الفصل Final Project: Building a Multithreaded Web Server من كتاب The Rust Programming Language. اقرأ أيضًا المقال السابق: بناء خادم ويب متعدد مهام المعالجة بلغة رست - الجزء الأول مدخل إلى برمجة مواقع الويب من طرف الخادم أفضل 5 خوادم ويب مفتوحة المصدر
  12. البرمجة كائنية التوجه - أو اختصارًا OOP- هي ميزة للغة البرمجة تسمح لك بجمع الدوال functions والمتغيرات variables معًا في أنواع بيانات data type جديدة، تسمى الأصناف classes، والتي يمكنك من خلالها إنشاء كائنات objects. يمكنك تقسيم البرنامج المترابط إلى أجزاء أصغر يسهل فهمها وتنقيح أخطائها عن طريق تنظيم الشيفرة البرمجية الخاصة بك إلى أصناف. لا تضيف البرمجة كائنية التوجه تنظيمًا بالنسبة للبرامج الصغيرة، بل تقّدم تعقيدًا لا داعٍ له في بعض الحالات، وعلى الرغم من أن بعض اللغات، مثل جافا، تتطلب منك تنظيم كل الشيفرات البرمجية في أصناف، إلا أن ميزات البرمجة كائنية التوجه في بايثون اختيارية، إذ يمكن للمبرمجين الاستفادة من الأصناف إذا كانوا بحاجة إليها أو تجاهلها. يشير حديث مُبرمج بايثون Jack Diederich في PyCon 2012، "توقف عن كتابة الأصناف"، إلى العديد من الحالات التي يستخدم فيها المبرمجون الأصناف عندما تفي دالة بسيطة بالغرض، ولكن بصفتك مبرمجًا، يجب أن تكون على دراية بأساسيات الأصناف وكيف تعمل، لذلك سنتعرف في هذا المقال على ماهية الأصناف، ولماذا تُستخدَم في البرامج، ومفاهيم البرمجة القائمة عليها. البرمجة كائنية التوجه موضوع واسع، وهذا المقال مجرّد مقدمة. تشبيه من العالم الحقيقي: تعبئة استمارة لعلّك ملأت الاستمارات الورقية والإلكترونية عدة مرات في حياتك؛ منها لزيارات الطبيب أو لعمليات الشراء عبر الإنترنت أو للرد على دعوة لحضور حفل زفاف. تُستخدم الاستمارة بمثابة طريقة رسمية من قبل شخص آخر أو منظمة أخرى لجمع المعلومات التي يحتاجونها عنك. تسأل الاستمارات المختلفة أنواعًا متنوعة من الأسئلة، فمثلًا يجب عليك شرح حالتك الطبية الحساسة في استمارة الطبيب، بينما عليك الإبلاغ عن أي ضيوف تحضرهم معك إلى حفل الزفاف في استمارة الحفل. في بايثون، يكون للصنف والنوع ونوع البيانات المعنى ذاته، ومثال عن ذلك النموذج الورقي أو الإلكتروني؛ فالصنف هو مخطط لكائنات بايثون (وتسمى أيضًا النُسَخ instances)، والتي تحتوي على البيانات الممثّلة لاسم، ويمكن أن يكون هذا الاسم هو مريض الطبيب، أو عملية شراء إلكترونية، أو ضيف حفل زفاف. تشبه الأصناف قالب استمارة فارغة، وتشبه الكائنات التي تُنشأ من ذلك الصنف الاستمارة المملوءة التي تحتوي على بيانات فعلية حول نوع الشيء الذي يمثله النموذج. على سبيل المثال، تُشبه استمارة استجابة دعوة حفل الزفاف RSVP الصنف، في حين تشبه دعوة حفل الزفاف RSVP المملوء الكائن في الشكل 1. [الشكل 1: تُشبه قوالب استمارة دعوة الزفاف الأصناف، في حين تُشبه الاستمارات المعبأة الكائنات] يمكنك أيضًا النظر إلى الأصناف والكائنات على أنها جداول بيانات، كما في الشكل 2. [الشكل 2: جدول بيانات لجميع بيانات دعوات حفل الزفاف] ستشكل ترويسات الأعمدة الأصناف، وتشكل الصفوف rows الفردية كائنًا. يأتي غالبًا ذكر الأصناف والكائنات على أنها نماذج بيانات للعناصر في العالم الحقيقي، ولكن لا تخلط بين الخريطة map والمنطقة؛ فما تحتويه الأصناف يعتمد على ما يحتاج البرنامج لفعله. يوضح الشكل 3 بعض الكائنات من أصناف مختلفة تمثل جميعها شخصًا، وتخزن معلومات مختلفة تمامًا باختلاف اسم الشخص. [الشكل 3: أربعة كائنات مصنوعة من أصناف مختلفة تمثل شخصًا، اعتمادًا على ما يحتاج التطبيق إلى معرفته عن الشخص] يجب أيضًا أن تعتمد المعلومات الموجودة في أصنافك على احتياجات برنامجك، إذ تستخدم العديد من برامج البرمجة كائنية التوجه التعليمية صنف Car مثالًا أساسيًا دون الإشارة إلى أن ما يوجد في الصنف يعتمد كليًا على نوع البرنامج الذي تكتبه. لا يوجد هناك ما يدعى صنف Car العام الذي من الواضح أنه يحتوي على تابع honkHorn()‎‎‎‎ أو سمة numberOfCupholders لمجرد أنها خصائص تمتلكها سيارات العالم الحقيقي؛ فقد يكون برنامجك لتطبيق ويب لبيع السيارات أو للعبة فيديو لسباق السيارات أو لمحاكاة حركة المرور على الطرق؛ وقد يكون لصنف السيارات الخاصة بتطبيق الويب لبيع السيارات على الويب سمات milesPerGallon أو manufacturersSuggestedRetailPrice (تمامًا كما قد تستخدم جداول بيانات وكالة السيارات هذه كعمود)، لكن لن تحتوي لعبة الفيديو ومحاكاة حركة المرور على الطرق على هذه الأصناف، لأن هذه المعلومات ليست ذات صلة بهما. قد يحتوي صنف السيارات الخاصة بلعبة الفيديو على explodeWithLargeFireball()‎‎، ولكن لن يحتوي تطبيق المحاكاة أو بيع السيارات على الصنف ذاته. إنشاء كائنات من الأصناف سبق لك استخدام الأصناف والكائنات في بايثون، حتى لو لم تُنشئ الأصناف بنفسك. تذكّر وحدة datetime، التي تحتوي على صنف باسم date، إذ تُمثل كائنات صنف datetime.date (تسمى أيضًا ببساطة كائنات اdatetime.date أو كائنات date) تاريخًا محددًا. أدخل ما يلي في الصدفة التفاعلية Interactive Shell لإنشاء كائن من صنف datetime.date: >>> import datetime >>> birthday = datetime.date(1999, 10, 31) # مرّر قيمة السنة والشهر واليوم >>> birthday.year 1999 >>> birthday.month 10 >>> birthday.day 31 >>> birthday.weekday()‎‎ # يمثّل‫ weekday() تابعًا؛ لاحظ القوسين 6 السمات Attributes -أو يطلق عليها أحيانًا الخاصيات- هي متغيرات مرتبطة بالكائنات. يؤدي استدعاء datetime.date()‎‎ إلى إنشاء كائن date جديد، جرت تهيئته باستخدام الوسطاء 1999, 10, 31، بحيث يمثل الكائن تاريخ 31 أكتوبر 1999. نعيّن هذه الوسطاء على أنها سمات للصنف date، وهي year و month و day، التي تحتوي على جميع كائنات date. يمكن -باستخدام هذه المعلومات- لتابع الصنف weekday()‎‎ حساب يوم الأسبوع. في هذا المثال، تُعاد القيمة 6 ليوم الأحد، لأنه وفقًا لتوثيق بايثون عبر الإنترنت، القيمة المُعادة من weekday()‎‎ هي عدد صحيح يبدأ من 0 ليوم الاثنين وينتهي بالعدد 6 ليوم الأحد. يسرد توثيق بايثون العديد من التوابع الأخرى التي تمتلكها كائنات صنف date. على الرغم من أن كائن date يحتوي على سمات وتوابع متعددة، لكنه لا يزال كائنًا واحدًا يمكنك تخزينه في متغير، مثل birthday في هذا المثال. إنشاء صنف بسيط- WizCion دعنا ننشئ صنف WizCoin الذي يمثل عددًا من العملات في عالم سحري خيالي. فئات هذه العملة هي: knuts، و sickles (بقيمة 29 knuts)، و galleons (بقيمة 17 sickles أو 493 knuts). ضع في حساباتك أن العناصر الموجودة في صنف WizCoin تمثل كميةً من العملات، وليس مبلغًا من المال. على سبيل المثال، ستُخبرك أنك تمتلك خمسة أرباع سنت وعشرة سنتات بدلًا من 1.35 دولار. في ملف جديد باسم wizcoin.py، ضِف الشيفرة التالي لإنشاء صنف WizCoin. لاحظ أن اسم دالة __init__ له شرطتان سفليتان قبل وبعد init (سنناقش __init__ في " التابعين ‎ ‎__init__()‎ والمعامل self" لاحقًا): 1 class WizCoin: 2 def ‎__init__(self, galleons, sickles, knuts): ‫ """‫إنشاء كائن WizCoin جديد باستخدام galleons و sickles و knuts""" self.galleons = galleons self.sickles = sickles self.knuts = knuts # ‫ملاحظة: لا يوجد لتوابع ()__init‎__ قيمة مُعادة إطلاقًا 3 def value(self): ‫ """‎‫حساب القيمة بفئة knuts في غرض WizCoin لكل العملات""" return (self.galleons * 17 * 29) + (self.sickles * 29) + (self.knuts) 4 def weightInGrams(self): """حساب وزن العملات بالجرام""" return (self.galleons * 31.103) + (self.sickles * 11.34) + (self.knuts * 5.0) يعرّف هذا البرنامج صنفًا جديدًا يدعى WizCoin باستخدام التعليمة الأولى class، ويؤدي إنشاء صنف إلى إنشاء نوع جديد من الكائنات، إذ أن استخدام عبارة class لتعريف صنف يشبه عبارات def التي تعرّف دوالًا جديدة. توجد تعريفات لثلاثة توابع داخل كتلة التعليمات البرمجية التي تلي تعليمة class، هي: ‎__init __()‎‎ (اختصارًا للتهيئة)، و value()‎‎، و weightInGrams()‎‎. لاحظ أن جميع التوابع لها معامل أوّل يدعى self الذي سنكتشفه في القسم التالي. تكون أسماء الوحدات، مثل wizcoin في ملف wizcoin.py بأحرف صغيرة عادةً، بينما تبدأ أسماء الأصناف، مثل WizCoin بحرف كبير، ولكن للأسف، لا تتبع بعض الأصناف في مكتبة بايثون هذا الاصطلاح مثل صنف date. للتدرب على إنشاء كائنات جديدة لصنف WizCoin، ضِف الشيفرة المصدرية التالية في نافذة محرر ملفات منفصلة واحفظ الملف باسم wcexample1.py في المجلد wizcoin.py: import wizcoin 1 purse = wizcoin.WizCoin(2, 5, 99) # تُمرّر الأعداد الصحيحة إلى التابع‫ ()__init‎__ print(purse) print('G:', purse.galleons, 'S:', purse.sickles, 'K:', purse.knuts) print('Total value:', purse.value()‎‎) print('Weight:', purse.weightInGrams()‎‎, 'grams') print()‎‎ 2 coinJar = wizcoin.WizCoin(13, 0, 0) # تُمرّر الأعداد الصحيحة إلى التابع‫ ()__init‎__ print(coinJar) print('G:', coinJar.galleons, 'S:', coinJar.sickles, 'K:', coinJar.knuts) print('Total value:', coinJar.value()‎‎) print('Weight:', coinJar.weightInGrams()‎‎, 'grams') تُنشئ استدعاءات WizCoin()‎‎ كائن WizCoin وتُنفّذ الشيفرة في دالة‎‎__init __()‎‎. نمرّر هنا ثلاثة أعداد صحيحة مثل وسطاء إلى WizCoin()‎‎ ثم يُعاد توجيه تلك الوسطاء إلى معاملات ‎‎__init __()‎‎، تُعيَّن الوسطاء إلى سمات كائنات self.galleons و self.sickles و self.knuts. يجب علينا استيراد wizcoin ووضع .wizcoin قبل اسم دالة WizCoin()‎‎ تمامًا كما تتطلب دالة time.sleep()‎‎ أن تستورد وحدة time ووضع .time قبل اسم الدالة أولًا. عند تنفيذ البرنامج، سيبدو الخرج كما يلي: <wizcoin.WizCoin object at 0x000002136F138080> G: 2 S: 5 K: 99 Total value: 1230 Weight: 613.906 grams <wizcoin.WizCoin object at 0x000002136F138128> G: 13 S: 0 K: 0 Total value: 6409 Weight: 404.339 grams إذا تلقيت رسالة خطأ، مثل: ModuleNotFoundError: No module named 'wizcoin' تحقق أن الملف يحمل اسم wizcoin.py وأنه موجود في المجلد wcexample1.py ذاته. لا تمتلك كائنات WizCoin توضيحات نصية مفيدة، لذلك تعرض طباعة purse و coinJar عنوان تخزين بين قوسين (ستتعلم كيفية تغيير لاحقًا). يمكننا استدعاء التابعين value()‎‎ و weightInGrams()‎‎ على كائنات WizCoin التي خصصناها لمتغيري purse و coinJar، كما يمكننا استدعاء تابع السلسلة lower()‎‎ على كائن سلسلة نصية. تحسب هذه التوابع القيم بناءً على سمات كائنات galleons و sickles و knuts. يُفيد استخدام الأصناف classes والبرمجة كائنية التوجه في إنتاج شيفرات برمجية أكثر قابلية للصيانة؛ أي شيفرة يسهل قراءتها وتعديلها وتوسيعها مستقبلًا. التابع ‎‎ __init __()‎‎والمعامل self التوابع هي دوال مرتبطة بكائنات من صنف معين. تذكر أن low()‎‎ هو تابع لسلسلة، ما يعني أن استدعائه يكون على كائنات سلسلة نصية string. يمكنك استدعاء lower()‎‎ من سلسلة، مثل ‎'Hello'.lower()‎‎ ولكن لا يمكنك استدعائها على قائمة مثل: ‎['dog', 'cat'].lower()‎‎. لاحظ أيضًا أن التوابع تأتي بعد الكائن، والشيفرة الصحيحة هي ‎'Hello'.lower()‎‎، وليست lower('Hello'‎)‎. على عكس تابع مثل lower()‎‎، لا ترتبط دالة مثل len()‎‎ بنوع بيانات واحد؛ إذ يمكنك تمرير سلاسل وقوائم وقواميس وأنواع أخرى كثيرة من الكائنات إلى الدالة len()‎‎. نُنشئ كائنات عن طريق استدعاء اسم الصنف مثل دالة كما رأيت سابقًا، ويُشار إلى هذه الدالة على أنها دالة بانية constructor (أو باني، أو تُختصر باسم ctor، وتُنطق "see-tore") لأنها تُنشئ كائنًا جديدًا. نقول أيضًا أن الباني يبني نسخةً جديدةً للصنف. يؤدي استدعاء الباني إلى إنشاء كائن جديد ثم تنفيذ تابع ‎‎__init __()‎‎، ولا يُطلب من الأصناف أن يكون لديها تابع ‎‎__init __()‎‎، لكنها تملك هذا دائمًا تقريبًا. تابع ‎‎__init __()‎‎ هو المكان الذي تُعيّن فيه القيم الأولية للسمات عادةً. على سبيل المثال، تذكر أن تابع ‎‎__init __()‎‎ الخاص بالصنف WizCoin يبدو كما يلي: def ‎__init__(self, galleons, sickles, knuts): ‫ """‫إنشاء كائن WizCoin جديد باستخدام galleons و sickles و knuts""" self.galleons = galleons self.sickles = sickles self.knuts = knuts # ‫ملاحظة: لا يوجد لتوابع ()__init‎__ قيمة مُعادة إطلاقًا عندما يستدعي برنامج wcexample1.py ما يلي: WizCoin (2, 5, 99)‎، يبني بايثون كائن WizCoin جديد، ثم يمرر ثلاثة وسطاء (2 و 5 و 99) إلى استدعاء ‎‎__init __()‎‎، لكن للتابع ‎‎__init __()‎‎ أربعة معاملات، هي: self و galleons و sickles و knuts، والسبب هو أن جميع التوابع لها معامل أول يدعى self. عندما يُستدعى تابع ما على كائن، يُمرّر الكائن تلقائيًا لمعامل self، وتُعيَّن بقية الوسطاء للمعاملات بصورة طبيعية. إذا رأيت رسالة خطأ، مثل: TypeError: ‎__init__()‎‎ takes 3 positional arguments but 4 were given ربما تكون قد نسيت إضافة معامل self إلى تعليمة def الخاصة بالتابع. لا يتعين عليك تسمية المعامل الأول للتابع بالاسم self، إذ يمكنك تسميته بأي شيء آخر، لكن استخدام self أمر تقليدي، واختيار اسم مختلف سيجعل الشيفرة الخاصة بك أقل قابلية للقراءة لمبرمجي بايثون الآخرين. عندما تقرأ الشيفرة، فإن وجود self مثل معامل أول هو أسرع طريقة يمكنك من خلالها تمييز التوابع عن الدوال، وبالمثل، إذا كانت شفرة تابعك لا تحتاج أبدًا إلى استخدام معامل self، فهذه علامة على أن تابعك يجب أن يكون مجرد دالة. لا تُعيَّن الوسطاء 2 و 5 و 99 في WizCoin (2, 5, 99)‎ تلقائيًا إلى سمات الكائن الجديد؛ إذ نحتاج إلى عبارات الإسناد الثلاث في ‎‎__init __()‎‎ لإجراء ذلك. تُسمّى معاملات ‎‎__init __()‎‎ غالبًا باسم السمات ذاته، لكن يشير وجود self في self.galleons إلى أنها سمة من سمات الكائن، بينما يُعد galleons معاملًا. يعد تخزين وسطاء الباني في سمات الكائن مهمةً شائعةً لتابع ‎‎‎__init __()‎‎ للأصناف. نفّذ استدعاء datetime.date()‎‎ في القسم السابق مهمةً مماثلةً باستثناء أن الوسطاء الثلاثة التي مررناها كانت لسمات year و month و day لكائن date الذي أُنشئ حديثًا. لقد سبق لك أن استدعيت الدوال int()‎‎ و str()‎‎ و float()‎‎ و bool()‎‎ للتحويل بين أنواع البيانات، مثل str (3.1415)‎ للحصول على قيمة السلسلة '3.1415' بناءً على القيمة العشرية 3.1415. وصفنا ما سبق عندها على أنها دوال، لكن int و str و float و bool في الواقع أصناف، والدوال int()‎‎ و str()‎‎ و float()‎‎ و bool()‎‎ هي دوال بانية تعيد عددًا صحيحًا جديدًا أو سلسلة أو عدد عشري أو كائنات منطقية. يوصي دليل أسلوب بايثون باستخدام أحرف كبيرة لأسماء أصنافك، مثل WizCoin، على الرغم من أن العديد من أصناف بايثون المضمنة لا تتبع هذا الاصطلاح. يعيد استدعاء دالة الإنشاء WizCoin()‎‎ الكائن WizCoin الجديد، لكن التابع ‎‎__init __()‎‎ لا يحتوي أبدًا على عبارة return بقيمة مُعادة. تؤدي إضافة قيمة إعادة إلى حدوث هذا الخطأ: TypeError: ‎‎__init__()‎‎ should return None.‎ السمات السمات attributes -أو الخاصيات- هي متغيرات مرتبطة بكائن، ويصف توثيق بايثون السمات بأنها "أي اسم يتبع النقطة" على سبيل المثال، لاحظ تعبير birthday.year في القسم السابق، السمة year هي اسم يتبع النقطة. يمتلك كل كائن مجموعة السمات الخاصة به، فعندما أنشأ برنامج wcexample1.py كائنين WizCoin وخزّنهما في متغيرات purse و coinJar كان لسماتهما قيم مختلفة. يمكنك الوصول إلى هذه السمات وتعيينها تمامًا مثل أي متغير. للتدرب على إعداد السمات: افتح نافذة محرر ملفات جديدة وأدخل الشيفرة التالية، واحفظها بالاسم wcexample2.py في مجلد الملف wizcoin.py ذاته: import wizcoin change = wizcoin.WizCoin(9, 7, 20) print(change.sickles) # تطبع 7 change.sickles += 10 print(change.sickles) # تطبع 17 pile = wizcoin.WizCoin(2, 3, 31) print(pile.sickles) # تطبع 3 pile.someNewAttribute = 'a new attr' # إنشاء سمة جديدة print(pile.someNewAttribute) عند تنفيذ هذا البرنامج، يبدو الخرج كما يلي: 7 17 3 a new attr يمكنك التفكير في سمات الكائن بطريقة مشابهة لمفاتيح القاموس، إذ يمكنك قراءة وتعديل القيم المرتبطة بها وتعيين سمات جديدة للكائن، تقنيًا تُعدّ التوابع سمات للأصناف أيضًا. السمات والتوابع الخاصة يمكن تمييز السمات على أنها تتمتع بوصول خاص في لغات مثل C++‎ أو جافا، ما يعني أن المصرِّف compiler أو المُفسر interpreter يسمح فقط للشيفرة الموجودة في توابع الأصناف بالوصول إلى سمات كائنات تلك الصنف فقط أو تعديلها، لكن هذا الأمر غير موجود في بايثون، إذ تمتلك جميع السمات والتوابع وصولًا عامًا public access فعال، ويمكن للشيفرة خارج الصنف الوصول إلى أي سمة وتعديلها في أي كائن من ذلك الصنف. الوصول الخاص مفيد، إذ يمكن مثلًا أن تحتوي كائنات صنف BankAccount على سمة balance التي لا يجب الوصول إليها إلا لتوابع صنف BankAccount. لهذه الأسباب، ينص اصطلاح بايثون على بدء أسماء السمات أو التوابع الخاصة بشرطة سفلية واحدة. تقنيًا، لا يوجد ما يمنع الشيفرة خارج الصنف من الوصول إلى السمات والتوابع الخاصة، ولكن من الممارسات المُثلى تُملي بالسماح لتوابع الصنف فقط بالوصول إليها. افتح نافذة محرر ملفات جديدة، وأدخل الشيفرة التالية، واحفظها باسم privateExample.py. تحتوي كائنات صنف BankAccount في هذه الشيفرة على السمتين ‎_name و ‎_balance الخاصتين والتي يمكن فقط لتابعَي deposit()‎‎ و withdraw()‎‎ الوصول إليهما مباشرةً: class BankAccount: def ‎__init__(self, accountHolder): # ‫يمكن لتوابع ‎ BankAccount الوصول إلى self._balance ولكن الشيفرة خارج هذا الصنف لا يمكنها الوصول 1 self._balance = 0 2 self._name = accountHolder with open(self._name + 'Ledger.txt', 'w') as ledgerFile: ledgerFile.write('Balance is 0\n') def deposit(self, amount): 3 if amount <= 0: return # لا تسمح بقيم سالبة self._balance += amount 4 with open(self._name + 'Ledger.txt', 'a') as ledgerFile: ledgerFile.write('Deposit ' + str(amount) + '\n') ledgerFile.write('Balance is ' + str(self._balance) + '\n') def withdraw(self, amount): 5 if self._balance < amount or amount < 0: return # لا يوجد نقود كافية في الحساب أو أن الرصيد سالب self._balance -= amount 6 with open(self._name + 'Ledger.txt', 'a') as ledgerFile: ledgerFile.write('Withdraw ' + str(amount) + '\n') ledgerFile.write('Balance is ' + str(self._balance) + '\n') acct = BankAccount('Alice') # أنشأنا حساب خاص بأليس acct.deposit(120) # ‫يمكن تعديل السمة ‫‎_balance‎‎ باستخدام deposit()‎ acct.withdraw(40) # ‫يمكن تعديل السمة ‫‎_balance‎‎ باستخدام withdraw()‎ # ‫‎التغيير من ‎_name و ‎_balance أمر غير محبّذ ولكنه ممكن 7 acct._balance = 1000000000 acct.withdraw(1000) 8 acct._name = 'Bob' # ‎‫نستطيع الآن التعديل على سجل Bob! acct.withdraw(1000) # عملية السحب هذه مسجلة في‫ BobLedger.txt! عند تنفيذ privateExample.py، تكون الملفات التي تُنشأ غير دقيقة لأننا عدّلنا على ‎_balance و ‎_name خارج الصنف، مما أدى إلى حالات غير صالحة. يحتوي AliceLedger.txt على الكثير من المال بداخله: Balance is 0 Deposit 120 Balance is 120 Withdraw 40 Balance is 80 Withdraw 1000 Balance is 999999000 يوجد الآن ملف BobLedger.txt برصيد حساب لا يمكن تفسيره، على الرغم من أننا لم ننشئ كائن BankAccount لسجل Bob إطلاقًا: Withdraw 1000 Balance is 999998000 تكون الأصناف المصممة جيدًا في الغالب قائمة بحد ذاتها self-contained، مما يوفر توابع لضبط السمات على القيم الصحيحة. تُميَّز السمتين ‎_balance و ‎_name برقمي السطرين 1 و2، والطريقة الصالحة الوحيدة لتعديل قيمة صنف BankAccount هي من خلال التابعين deposit()‎‎ و withdraw()‎‎؛ إذ يحقق هذان التابعان من تعليمة (3) وتعليمة (5) للتأكد من أن ‎_balance لم توضع في حالة غير صالحة (مثل قيمة عدد صحيح سالب). يسجل هذان التابعان أيضًا كل معاملة لحساب الرصيد الحالي في تعليمة (4) وتعليمة (6). يمكن أن تضع الشيفرة البرمجية التي تعدل هذه السمات وتقع خارج الصنف، مثل تعليمة ‎acct._balance = 1000000000‎ (التعليمة 7) أو تعليمة acct._name = 'Bob'‎ (التعليمة ? ذلك الكائن في حالة غير صالحة ويتسبب بأخطاء وعمليات تدقيق من فاحص البنك. يصبح تصحيح الأخطاء أسهل باتباع اصطلاح بادئة الشرطة السفلية للوصول الخاص، والسبب هو أنك تعرف أن سبب الخطأ سيكون داخل شيفرة الصنف بدلًا من أي مكان في البرنامج بأكمله. لاحظ أنه على عكس جافا واللغات الأخرى، لا تحتاج بايثون إلى توابع getter و setter العامة للسمات الخاصة، وتستخدم بدلًا من ذلك الخاصيات properties، كما هو موضح لاحقًا. دالة type()‎‎ وسمة qualname يخبرنا تمرير كائن إلى دالة type()‎‎ المضمنة بنوع بيانات الكائن من خلال قيمته المُعادة، والكائنات التي تُعاد من دالة type()‎‎ هي أنواع كائنات، وتسمى أيضًا كائنات الصنف. تذكر أن مصطلح النوع ونوع البيانات والصنف لها المعنى ذاته في بايثون. لمعرفة ما تُعيده دالة type()‎‎ للقيم المختلفة، أدخل ما يلي في الصدفة التفاعلية: >>> type(42) # The object 42 has a type of int. <class 'int'> >>> int # int is a type object for the integer data type. <class 'int'> >>> type(42) == int # Type check 42 to see if it is an integer. True >>> type('Hello') == int # Type check 'Hello' against int. False >>> import wizcoin >>> type(42) == wizcoin.WizCoin # Type check 42 against WizCoin. False >>> purse = wizcoin.WizCoin(2, 5, 10) >>> type(purse) == wizcoin.WizCoin # Type check purse against WizCoin. True لاحظ أن int هو نوع كائن وهو نفس نوع الكائن الذي يُعيده type(42)‎، ولكن يمكن أيضًا تسميته بدالة بانية int()‎‎؛ إذ لا تحوّل الدالة int ('42')‎ وسيط السلسلة '42'، وتُعيد بدلًا من ذلك كائن عدد صحيح بناءً على المعطيات. لنفترض أنك بحاجة إلى تسجيل بعض المعلومات حول المتغيرات في برنامجك لمساعدتك على تصحيحها لاحقًا. يمكنك فقط كتابة سلاسل إلى ملف السجل، ولكن تمرير كائن النوع إلى str()‎‎ سيعيد سلسلة تبدو فوضوية إلى حد ما. بدلًا من ذلك، استخدم السمة __qualname__، التي تمتلكها جميع أنواع الكائنات، لكتابة سلسلة أبسط يمكن للبشر قراءتها: >>> str(type(42)) # Passing the type object to str() returns a messy string. "<class 'int'>" >>> type(42).__qualname__ # The __qualname__ attribute is nicer looking. 'int' تُستخدم سمة __qualname__ غالبًا لتجاوز تابع __repr __()‎‎، والتي سنشرحها بمزيد من التفصيل لاحقًا. الخلاصة البرمجة كائنية التوجه هي ميزة مفيدة لتنظيم الشيفرة البرمجية الخاصة بك. تتيح لك الأصناف تجميع البيانات والشيفرات البرمجية معًا في أنواع بيانات جديدة. يمكنك أيضًا إنشاء كائنات من هذه الأصناف عن طريق استدعاء بانيها (اسم الصنف المُستدعى مثل دالة)، والتي بدورها تستدعي تابع ‎__init __()‎‎ الخاص بالصنف. التوابع هي دوال مرتبطة بالكائنات، والسمات هي متغيرات مرتبطة بالكائنات. تحتوي جميع التوابع على معامل أول self، والذي يُعيّن للكائن عند استدعاء التابع. يسمح هذا للتوابع بقراءة سمات الكائن أو تعيينها واستدعاء توابعها. على الرغم من أن بايثون لا تسمح لك بتحديد الوصول الخاص أو العام للسمات، إلا أنها تمتلك اصطلاحًا باستخدام بادئة شرطة سفلية لأي تابع أو سمات يجب استدعاؤها أو الوصول إليها فقط من توابع الصنف الخاصة. يمكنك -باتباع هذه الاتفاقية- تجنب إساءة استخدام الصنف ووضعها في حالة غير صالحة يمكن أن تسبب أخطاء. سيعيد استدعاء type(obj)‎ كائن صنف النوع obj. تحتوي كائنات الصنف على سمة __qualname___ التي تحتوي على سلسلة بشكل يمكن للبشر قراءته من اسم الصنف. في هذه المرحلة، ربما تفكر، لماذا يجب أن نهتم باستخدام الأصناف والسمات والتوابع بينما يمكننا إنجاز المهمة ذاتها مع الدوال؟ تُعد البرمجة كائنية التوجه طريقةً مفيدةً لتنظيم الشيفرات البرمجية الخاصة بك في أكثر من مجرد ملف "‎.py" يحتوي على 100 دالة فيه. من خلال تقسيم البرنامج إلى عدة أصناف مصممة جيدًا، يمكنك التركيز على كل صنف على حدة. البرمجة كائنية التوجه هي نهج يركز على هياكل البيانات وطرق التعامل مع هياكل البيانات تلك. هذا النهج ليس إلزاميًا لكل برنامج، ومن الممكن بالتأكيد الإفراط في استخدام البرمجة كائنية التوجه، لكن البرمجة كائنية التوجه توفر فرصًا لاستخدام العديد من الميزات المتقدمة التي سنستكشفها في الفصلين التاليين. أول هذه الميزات هو الوراثة inheritance التي سنتعمق فيها في الفصل التالي. ترجمة -وبتصرف- لقسم من الفصل Object-Oriented Programming And Classes من كتاب Beyond the Basic Stuff with Python. اقرأ أيضًا المقال السابق: برمجة لعبة أربع نقاط في صف واحد Four-in-a-Row باستخدام لغة بايثون مصطلحات شائعة مثيرة للالتباس في بايثون. البرمجة كائنية التوجه كيفية إنشاء الأصناف وتعريف الكائنات في بايثون 3.
  13. بعد رحلة طويلة وصلنا إلى نهاية السلسلة البرمجة بلغة رست. سنبني في هذا القسم مشروعًا لتوضيح بعض المفاهيم التي تحدثنا عنها في المقالات السابقة وتذكر بعض الدروس السابقة. سنبني خادم ويب يعرض "hello" ويشبه الشكل 1 في متصفح الويب. [الشكل1: مشروعنا الأخير المشترك] هذه هي خطة بناء خادم الويب: مقدمة عن TCP و HTTP الاستماع إلى اتصالات TCP على المقبس socket تحليل عدد صغير من طلبات HTTP إنشاء استجابة HTTP مناسبة تطوير خرج الخادم بمجمع خيط thread pool قبل البدء، يجب التنويه على أن هذه الطريقة ليست أفضل طريقة لبناء خادم ويب باستخدام رست، إذ نشر أعضاء المجتمع وحدات مصرفة جاهزة للتطبيق على creats.io، والتي تقدم خوادم ويب أكثر اكتمالًا وتطبيقات لمجمع خيط أفضل من الذي سنبنيه، ولكن هدفنا من هذا الفصل هو مساعدتك على التعلم وليس اختيار الطريق الأسهل. يمكننا اختيار مستوى التجريد الذي نريد العمل معه لأن رست هي لغة برمجية للأنظمة ويمكن الانتقال لمستوى أدنى مما هو ممكن أو عملي في بعض اللغات الأُخرى، لذلك سنكتب خادم HTTP بسيط ومجمع الخيط يدويًا لنتعلم الأفكار والتقنيات العامة الموجودة في الوحدات المصرفة التي يمكن أن تراها في المستقبل. بناء خادم ويب أحادي الخيط سنبدأ بإنشاء خادم ويب أحادي الخيط، ولكن قبل أن نبدأ دعنا نراجع البروتوكولات المستخدمة في إنشاء خوادم الويب. تفاصيل هذه البروتوكولات هي خارج نطاق موضوعنا هنا إلا أن مراجعة سريعة ستمنحك المعلومات الكافية. البروتوكولان الأساسيان المعنيان في خوادم الويب هما بروتوكول نقل النصوص الفائقة Hypertext Transfer Protocol‏ -أو اختصارًا HTTP- وبروتوكول تحكم النقل Transmission Control Protocol‎ -أو اختصارًا TCP، وهما بروتوكولا طلب-استجابة؛ يعني أن العميل يبدأ الطلبات ويسمع الخادم الطلبات ويقدم استجابةً للعميل، ويُعرّف محتوى هذه الطلبات والاستجابات عبر هذه البروتوكولات. يصف بروتوكول TCP تفاصيل انتقال المعلومات من خادم لآخر ولكن لا يحدد نوع المعلومات. يبني HTTP فوق TCP عن طريق تعريف محتوى الطلبات والاستجابات. يمكن تقنيًا استخدام HTTP مع بروتوكولات أُخرى لكن في معظم الحالات يرسل HTTP البيانات على بروتوكول TCP. سنعمل مع البايتات الخام في طلبات واستجابات TCP و HTTP. الاستماع لاتصال TCP يجب أن يستمع خادم الويب إلى اتصال TCP لذا سنعمل على هذا الجزء أولًا. تقدم المكتبة القياسية وحدة std::net التي تسمح لنا بذلك. لننشئ مشروعًا جديدًا بالطريقة الاعتيادية: $ cargo new hello Created binary (application) `hello` project $ cd hello الآن اكتب الشيفرة 1 في الملف src/main.rs لنبدأ. ستسمع هذه الشيفرة إلى العنوان المحلي "127.0.0.1:7878" لمجرى TCP stream القادم، وعندما تستقبل مجرى قادم ستطبع Connection established!‎. اسم الملف: src/main.rs use std::net::TcpListener; fn main() { let listener = TcpListener::bind("127.0.0.1:7878").unwrap(); for stream in listener.incoming() { let stream = stream.unwrap(); println!("Connection established!"); } } [الشيفرة 1: الاستماع للمجاري القادمة وطباعة رسالة عند استقبال مجرى] يمكننا الاستماع لاتصال TCP على هذا العنوان "127.0.0.1:7878" باستخدام TcpListner، إذ يمثّل القسم قبل النقطتين عنوان IP الذي يمثل الحاسوب (هذا العنوان هو نفسه لكل الحواسيب وليس لحاسوب المستخدم حصريًا)، ورقم المنفذ هو 7878. اخترنا هذا المنفذ لسببين: لا يُقبل HTTP على هذا المنفذ لذا لا يتعارض الخادم بأي خدمة ويب ربما تحتاجها على جهازك، و 7878 هي كلمة rust مكتوبة على لوحة أرقام الهاتف. تعمل دالة bind في هذا الحالة مثل دالة new التي ترجع نسخة TcpListner جديدة. تسمى الدالة bind لأن الاتصال بمنفذ للاستماع إليه هي عملية تُعرف باسم الربط لمنفذ binding to a port. تعيد الدالة bind القيمة Results<T, E>‎ التي تشير أنه من الممكن أن يفشل الربط. يتطلب الاتصال بالمنفذ 80 امتيازات المسؤول (يستطيع غير المسؤولين فقط الاستماع في المنافذ الأعلى من 1023)، لذا لا يعمل الارتباط إذا حاولت الاتصال بالمنفذ 80 بدون كونك مسؤول، ولا يعمل الارتباط أيضًا إذا نفذنا نسختين من برنامجنا أي لدينا برنامجين يستمعان لنفس المنفذ. لا يلزمنا أن نتعامل مع هكذا أخطاء لأننا نكتب خادم بسيط لأغراض تعليمية فقط. نستعمل unwrap لإيقاف البرنامج إذا حصلت أي أخطاء. يعيد التابع incoming على TcpListner مكرّرًا iterator يعطي سلسلةً من المجاري (مجاري نوع TcpStream تحديدًا). يمثل المجرى الواحد اتصالًا مفتوحًا بين العميل والخادم، والاتصال هو الاسم الكامل لعملية الطلب والاستجابة التي يتصل فيها العميل إلى الخادم، وينشئ الخادم استجابةً ويغلق الاتصال. كذلك، سنقرأ من TcpStream لرؤية ماذا أرسل العميل وكتابة استجابتنا إلى المجرى لإرسال البيانات إلى العميل. ستعالج حلقة for عمومًا كل اتصال بدوره وتضيف سلسلة من المجاري لنتعامل معها. تتألف حتى الآن طريقتنا للتعامل مع المجرى من استدعاء unwrap لينهي البرنامج إذا كان للمجرى أي أخطاء، وإذا لم يكن هناك أخطاء يطبع البرنامج رسالة، وسنضيف وظائفًا إضافية في حالة النجاح في الشيفرة التالية. سبب استقبال أخطاء من تابع incoming عندما يتصل عميل بالخادم هو أننا نكرّر زيادةً عن حد محاولات الاتصال بدلًا من أن نكرّر أعلى من حد الاتصالات؛ فقد تفشل محاولات الاتصال لعدد من الأسباب ويتعلق العديد منها بنظام التشغيل، فمثلًا تحدّد الكثير من أنظمة التشغيل عدد الاتصالات المفتوحة بالوقت الذي تدعمها، وستعطي أي اتصالات جديدة خطأ حتى تُغلق أي اتصالات مفتوحة. لنحاول تنفيذ هذه الشيفرة، استدعِ cargo run في الطرفية وحمّل 127.0.0.1:7878 في متصفح الويب. يجب أن يظهر المتصفح رسالة الخطأ "إعادة ضبط الاتصال" لأن الخادم لا يرسل أي بيانات حاليًا، لكن عندما تنظر إلى الطرفية يجب أن ترى عدد من الرسائل المطبوعة عندما يتصل المتصفح بالخادم. Running `target/debug/hello` Connection established! Connection established! Connection established! سنرى أحيانًا عددًا من الرسائل المطبوعة لطلب متصفح واحد، ويعود سبب ذلك إلى أن المتصفح أنشأ طلبًا الصفحة وكذلك لعدد من الموارد الأخرى مثل أيقونة favicon.ico التي تظهر على صفحة المتصفح. يمكن أن تعني أيضًا أن المتصفح يحاول الاتصال بالخادم مرات متعددة لأنه لا يتجاوب مع أي بيانات. يُغلق الاتصال كجزء من تنفيذ drop عندما تخرج stream عن النطاق وتُسقط في نهاية الحلقة. تتعامل المتصفحات أحيانًا مع الاتصالات المغلقة بإعادة المحاولة لأن هذه المشكلة يمكن أن تكون مؤقتة. العامل المهم أنه حصلنا على مقبض لاتصال TCP. تذكر أن توقف البرنامج بالضغط على المفتاحين "ctrl-c" عندما تنتهي من تنفيذ نسخة معينة من الشيفرة، بعدها أعد تشغيل البرنامج باستدعاء أمر cargo run بعد إجراء أي تعديل على الشيفرة للتأكد من أنك تنفذ أحدث إصدار منها. قراءة الطلب دعنا ننفّذ وظيفةً لقراءة الطلب من المتصفح، إذ سنبدأ بدالة جديدة لمعالجة الاتصالات من أجل الفصل بين الحصول على اتصال وإجراء بعض الأعمال بالاتصال. سنقرأ دالة handle_connection البيانات من مجرى TCP وتطبعها لرؤية البيانات التي أُرسلت من المتصفح. غيّر الشيفرة لتصبح مثل الشيفرة 2. اسم الملف: src/main.rs use std::{ io::{prelude::*, BufReader}, net::{TcpListener, TcpStream}, }; fn main() { let listener = TcpListener::bind("127.0.0.1:7878").unwrap(); for stream in listener.incoming() { let stream = stream.unwrap(); handle_connection(stream); } } fn handle_connection(mut stream: TcpStream) { let buf_reader = BufReader::new(&mut stream); let http_request: Vec<_> = buf_reader .lines() .map(|result| result.unwrap()) .take_while(|line| !line.is_empty()) .collect(); println!("Request: {:#?}", http_request); } [الشيفرة 2: القراءة من TcpStream وطباعة البيانات] نضيف std::io::prelude و std::io::BufReader إلى النطاق للحصول على سمات وأنواع تسمح لنا بالقراءة من والكتابة على المجرى. بدلًا من طباعة رسالة تقول أننا اتصلنا، نستدعي الدالة الجديدة handle_connection في حلقة for في الدالة main ونمرّر stream إليها. أنشأنا نسخة BufReader في دالة handle_connection التي تغلف المرجع المتغيّر إلى stream. يضيف BufReader تخزينًا مؤقتًا عن طريق إدارة الاستدعاءات إلى توابع سمة std::io::Read. أنشأنا متغيرًا اسمه http_request لجمع أسطر الطلب التي أرسله المتصفح إلى الخادم، ونشير أننا نريد جمع هذه الأسطر في شعاع عن طريق إضافة توصيف نوع Vec<_>‎. ينفّذ BufReader سمة std::io::BufRead التي تؤمن التابع lines، الذي يعيد مكرّر <Result<String, std::io::Error عن طريق فصل مجرى البيانات أينما ترى بايت سطر جديد. للحصول على كل String، نربط ونزيل تغليف unwarp كل Result. يمكن أن تكون Result خطأ إذا كانت البيانات ليست UTF-8 صالح أو كان هناك مشكلة في القراءة من المجرى. مجددًا، يمكن لبرنامج إنتاجي حل هذه المشكلات بسهولة ولكننا اخترنا إيقاف البرنامج في حالة الخطأ للتبسيط. يشير المتصفح إلى نهاية طلب HTTP عن طريق إرسال محرفي سطر جديد على الترتيب، لذا للحصول على طلب من المجرى نأخذ الأسطر حتى نصل إلى سلسلة نصية فارغة. عندما نجمع الأسطر في الشعاع سنطبعهم باستخدام تنسيقات جذابة pretty لتنقيح الأخطاء لكي ننظر إلى التعليمات التي يرسلها المتصفح إلى الخادم. لنجرب هذه الشيفرة. ابدأ البرنامج واطلب الصفحة في المتصفح مجددًا. لاحظ أنك ستحصل على صفحة خطأ في المتصفح، ولكن خرج البرنامج في الطرفية سيكون مشابهًا للتالي: $ cargo run Compiling hello v0.1.0 (file:///projects/hello) Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.42s Running `target/debug/hello` Request: [ "GET / HTTP/1.1", "Host: 127.0.0.1:7878", "User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10.15; rv:99.0) Gecko/20100101 Firefox/99.0", "Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/avif,image/webp,*/*;q=0.8", "Accept-Language: en-US,en;q=0.5", "Accept-Encoding: gzip, deflate, br", "DNT: 1", "Connection: keep-alive", "Upgrade-Insecure-Requests: 1", "Sec-Fetch-Dest: document", "Sec-Fetch-Mode: navigate", "Sec-Fetch-Site: none", "Sec-Fetch-User: ?1", "Cache-Control: max-age=0", ] اعتمادًا على المتصفح يمكن أن تحصل على خرج مختلف قليلًا. نطبع الآن طلبات البيانات ويمكن مشاهدة لماذا نحصل على اتصالات متعددة من طلب واحد من المتصفح بتتبع المسار الذي بعد GET في أول سطر من الطلب. إذا كانت الاتصالات المتعددة كلها تطلب "/"، نعرف أن المتصفح يحاول إيجاد "/" باستمرار لأنه لم يحصل على استجابة من برنامجنا. لنفصّل بيانات الطلب لفهم ما يطلبه المتصفح من برنامجنا. نظرة أقرب على طلب HTTP بروتوكول HTTP أساسه نصي وتكون طلباته على الشكل التالي: Method Request-URI HTTP-Version CRLF headers CRLF message-body السطر الأول هو سطر الطلب الذي يحتوي معلومات عما يطلبه العميل، إذ يدل القسم الأول من سطر الطلب على التابع المستخدم مثل GET أو POST الذي يصف كيفية إجراء العميل لهذا الطلب. استخدم عميلنا طلب GET، وهذا يعني أنه يطلب معلومات؛ بينما يشير القسم الثاني "/" من سطر الطلبات إلى معرّف الموارد الموحد Uniform Resource Identifier‎ -أو اختصارًا URI- الذي يطلبه العميل. يشابه URI محدد الموارد الموحد Uniform Resource Locator -أو URL اختصارًا- ولكن ليس تمامًا، إذ أن الفرق بينهم ليس مهمًا لهذا المشروع، لكن تستخدم مواصفات HTTP المصطلح URI لذا نستبدل هنا URL بالمصطلح URI. القسم الأخير هو نسخة HTTP التي يستخدمها العميل، وينتهي الطلب بسلسلة CRLF (تعني CRLF محرف العودة إلى أول السطر والانتقال سطر للأسفل Carriage Return and Line Feed وهما مصطلحان من أيام الآلة الكاتبة). يمكن كتابة سلسلة CRLF مثل ‎\r\n إذ أن r\ هي محرف العودة إلى أول السطر و n\ هو الانتقال سطر للأسفل. تفصل سلسلة CRLF سطر الطلب من باقي بيانات الطلب. نلاحظ عندما تُطبع CRLF نرى بداية سطر جديد بدل ‎\r\n. عند ملاحظة سطر البيانات الذي استقبلناه من تنفيذ برنامجنا حتى الآن نرى أن التابع هو GET وطلب URI هو / والنسخة هي HTTP/1.1. الأسطر الباقية بدءًا من Host: وبعد هي ترويسات. طلب GET لا يحتوي متن. حاول عمل طلب من متصفح آخر أو طلب عنوان مختلف مثل 127.0.0.1:7878‎/test لترى كيف تتغير بيانات الطلب. بعد أن عرفنا ماذا يريد المتصفح لنرسل بعض البيانات. كتابة استجابة سننفّذ إرسال بيانات مثل استجابة لطلب عميل. لدى الاستجابات التنسيق التالي: HTTP-Version Status-Code Reason-Phrase CRLF headers CRLF message-body يحتوي السطر الأول الذي هو سطر الحالة نسخة HTTP المستخدمة في الاستجابة ورمز حالة status code عددية تلخص نتيجة الطلب وعبارة سبب تقدم شرحًا نصيًا عن رمز الحالة. يوجد بعد سلسلة CRLF ترويسات وسلسلة CRLF أُخرى ومتن الاستجابة. لدينا مثال عن استجابة تستخدم نسخة HTTP 1.1 ولديها رمز حالة 200 وعبارة سبب OK بلا ترويسة أو متن. HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\n يُعد رمز الحالة 200 استجابة نجاح قياسية والنص هو استجابة نجاح HTTP صغيرة. لنكتب ذلك إلى المجرى مثل استجابة لطلب ناجح. أزل !println التي كانت تطبع طلب البيانات من الدالة handle_connection واستبدلها بالشيفرة 3. اسم الملف: src/main.rs fn handle_connection(mut stream: TcpStream) { let buf_reader = BufReader::new(&mut stream); let http_request: Vec<_> = buf_reader .lines() .map(|result| result.unwrap()) .take_while(|line| !line.is_empty()) .collect(); let response = "HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\n"; stream.write_all(response.as_bytes()).unwrap(); } [الشيفرة 3: كتابة استجابة نجاح HTTP صغيرة إلى المجرى] يعرّف أول سطر المتغير response الذي يحتوي بيانات رسالة النجاح، بعدها نستدعي as_bytes على response الخاص بنا لتحويل بيانات السلسلة النصية إلى بايتات. يأخذ تابع write_all على stream النوع ‏‏[u8]‏‏& ويرسل هذه البايتات مباشرةً نحو الاتصال لأن عملية write_all قد تفشل. نستعمل unwrap على أي خطأ ناتج كما فعلنا سابقًا. مُجددًا، يجب أن تتعامل مع الأخطاء في التطبيقات الحقيقية. لننفذ شيفرتنا بعد إجراء التعديلات ونرسل طلبًا. لا نطبع أي بيانات إلى الطرفية لذا لا نرى أي خرج ما عدا خرج Cargo. عند تحميل 127.0.0.1:7878 في متصفح الويب يجب أن يظهر صفحة فارغة بدلًا من خطأ، وبذلك تكون قد شفّرت يدويًا استقبال طلب HTTP وإرسال استجابة. إعادة HTML حقيقي لننفّذ وظيفة إعادة أكثر من صفحة فارغة. أنشئ الملف الجديد hello.html في جذر مسار مشروعك وليس في مسار src. يمكنك إدخال أي HTML تريده، تظهر الشيفرة 4 أحد الاحتمالات. اسم الملف:hello.html <!DOCTYPE html> <html lang="en"> <head> <meta charset="utf-8"> <title>Hello!</title> </head> <body> <h1>Hello!</h1> <p>Hi from Rust</p> </body> </html> [الشيفرة 4: مثال ملف HTML يعيد استجابة] يمثّل هذا وثيقة HTML5 بسيطة مع ترويسة وبعض النصوص. سنعدّل الدالة handle_connection لإعادتها من الخادم عندما يُستقبل الطلب، كما في الشيفرة 5 وذلك لقراءة ملف HTML وإضافة الاستجابة مثل متن وإرساله. اسم الملف: src/main.rs use std::{ fs, io::{prelude::*, BufReader}, net::{TcpListener, TcpStream}, }; // --snip-- fn handle_connection(mut stream: TcpStream) { let buf_reader = BufReader::new(&mut stream); let http_request: Vec<_> = buf_reader .lines() .map(|result| result.unwrap()) .take_while(|line| !line.is_empty()) .collect(); let status_line = "HTTP/1.1 200 OK"; let contents = fs::read_to_string("hello.html").unwrap(); let length = contents.len(); let response = format!("{status_line}\r\nContent-Length: {length}\r\n\r\n{contents}"); stream.write_all(response.as_bytes()).unwrap(); } [الشيفرة 5: إرسال محتوى hello.html مثل متن الاستجابة] أضفنا fs إلى تعليمة use لجلب وحدة نظام ملفات المكتبة القياسية إلى النطاق. يجب أن تكون الشيفرة لقراءة محتوى الملف إلى سلسلةً نصيةً مألوفة، إذ استخدمناها سابقًا في مقال كتابة برنامج سطر أوامر Command Line بلغة رست Rust عندما قرأنا محتوى ملف مشروع I/O في الشيفرة 4. استخدمنا !format لإضافة محتوى الملف على أنه متن استجابة النجاح، أضفنا الترويسة Content-Length التي تحدد حجم متن الاستجابة وفي حالتنا حجم hello.html لضمان استجابة HTTP صالحة لا. نفذ هذه الشيفرة مع cargo run وحمّل 1270.0.1:7878 في المتصفح، يجب أن ترى HTML الخاص بك معروضًا. نتجاهل حاليًا طلب البيانات في http_request ونرسل فقط محتوى ملف HTML دون شروط، هذا يعني إذا جربنا طلب 127.0.0.1:7878‎/something-else في المتصفح سنحصل على نفس استجابة HTML. في هذه اللحظة الخادم محدود ولا يفعل ما يفعله خوادم الويب، ونريد تعديل استجابتنا اعتمادًا على الطلب وإرسال ملف HTML فقط لطلب منسق جيدًا إلى "/". التحقق من صحة الطلب والاستجابة بصورة انتقائية يعيد خادم الويب الخاص بنا ملف HTML مهما كان طلب العميل، لنضف وظيفة التحقق أن المتصفح يطلب "/" قبل إعادة ملف HTML وإعادة خطأ في حال طلب المتصفح شيئًا آخر، لذا نحتاج لتعديل handle_connection كما في الشيفرة 6. تتحقق هذه الشيفرة الجديدة محتوى الطلب المُستقبل مع ما يشبه طلب "/" وتضيف كتل if و else لمعالجة الطلبات على نحوٍ مختلف. اسم الملف: src/main.rs // --snip-- fn handle_connection(mut stream: TcpStream) { let buf_reader = BufReader::new(&mut stream); let request_line = buf_reader.lines().next().unwrap().unwrap(); if request_line == "GET / HTTP/1.1" { let status_line = "HTTP/1.1 200 OK"; let contents = fs::read_to_string("hello.html").unwrap(); let length = contents.len(); let response = format!( "{status_line}\r\nContent-Length: {length}\r\n\r\n{contents}" ); stream.write_all(response.as_bytes()).unwrap(); } else { // some other request } } [الشيفرة 6: معالجة الطلبات إلى / على نحوٍ مختلف عن الطلبات الأُخرى] سننظر فقط إلى السطر الأول من طلب HTTP لذا بدلًا من قراءة كامل الطلب لشعاع، نستدعي next ليأخذ العنصر الأول من المكرّر. تتعامل unwarp الأولى مع Option وتوقف البرنامج إذا لم يكن للمكرّر أي عنصر؛ بينما تتعامل unwarp الثانية مع Result ولها نفس تأثير unwarp التي كان في map المضافة في الشيفرة 2. نتحقق بعد ذلك من request_line لنرى إذا كانت تساوي سطر طلب GET إلى المسار"/"؛ فإذا ساوت تعيد كتلة if محتوى ملف HTML؛ وإذا لم تساوي، يعني ذلك أننا استقبلنا طلب آخر. سنضيف شيفرة إلى كتلة else بعد قليل لاستجابة الطلبات الأخرى. نفذ هذه الشيفرة واطلب 127.0.0.1:7878، يجب أن تحصل على HTML في hello.html. إذا طلبت أي شيء آخر مثل 127.0.0.1:7878‎/something-else ستحصل على خطأ اتصال مثل الذي تراه عند تنفيذ الشيفرة 1 و2. لنضيف الشيفرة في الشيفرة 7 إلى كتلة else لإعادة استجابة مع رمز الحالة 404 التي تشير إلى أن محتوى الطلب ليس موجودًا. سنعيد بعض HTML للصفحة لتصّير في المتصفح مشيرةً إلى جواب للمستخدم النهائي. اسم الملف: src/main.rs // --snip-- } else { let status_line = "HTTP/1.1 404 NOT FOUND"; let contents = fs::read_to_string("404.html").unwrap(); let length = contents.len(); let response = format!( "{status_line}\r\nContent-Length: {length}\r\n\r\n{contents}" ); stream.write_all(response.as_bytes()).unwrap(); } [الشيفرة 7: الاستجابة برمز الحالة 404 وصفحة خطأ إذا كان أي شيء عدا / قد طُلب] لدى استجابتنا سطر حالة مع رمز الحالة 404 وعبارة سبب NOT FOUND، يكون متن الاستجابة HTML في الملف ‎404.html. نحن بحاجة انشاء ملف ‎404.html بجانب hello.html لصفحة الخطأ، ويمكنك استخدام أي HTML تريده أو استخدم مثال HTML في الشيفرة 8. اسم الملف: ‎404.html <!DOCTYPE html> <html lang="en"> <head> <meta charset="utf-8"> <title>Hello!</title> </head> <body> <h1>Oops!</h1> <p>Sorry, I don't know what you're asking for.</p> </body> </html> [الشيفرة 8: محتوى معين لصفحة كي تُرسل مع أي استجابة 404] شغّل الخادم مجددًا بعد هذه التغيرات. يجب أن يعيد محتوى hello.html عند طلب 127.0.0.1:7878 ويعيد خطأ HTML من ‎404.html في حال طلب آخر مثل 127.0.0.1:7878‎/foo. القليل من إعادة بناء التعليمات البرمجية في هذه اللحظة لدى كتلتي if و else الكثير من التكرار، فهما تقرأن الملفات وتكتبان محتوى الملفات إلى المجرى. الفرق الوحيد بينهما هو سطر الحالة واسم الملف. لنجعل الشيفرة أدق بسحب هذه الاختلافات إلى سطري if و else منفصلين، ليعينان القيم إلى المتغيرين سطر الحالة واسم الملف. يمكننا استخدام هذه المتغيرات دون قيود في الشيفرة لقراءة الملف وكتابة الاستجابة. تظهر الشيفرة 9 الشيفرة المُنتجة بعد استبدال كتل if و else الكبيرة. اسم الملف: src/main.rs // --snip-- fn handle_connection(mut stream: TcpStream) { // --snip-- let (status_line, filename) = if request_line == "GET / HTTP/1.1" { ("HTTP/1.1 200 OK", "hello.html") } else { ("HTTP/1.1 404 NOT FOUND", "404.html") }; let contents = fs::read_to_string(filename).unwrap(); let length = contents.len(); let response = format!("{status_line}\r\nContent-Length: {length}\r\n\r\n{contents}"); stream.write_all(response.as_bytes()).unwrap(); } [الشيفرة 9: إعادة بناء التعليمات البرمجية لكتل if و else لتحتوي فقط على الشيفرة المختلفة بين الحالتين] تعيد الآن كتلتا if و else فقط القيم المناسبة لسطر الحالة واسم الملف في الصف. نستخدم بعد ذلك التفكيك لتحديد هذه القيمتين إلى status_line و filename باستخدام الأنماط في تعليمة let كما تحدثنا في الفصل 18. الشيفرة المتكررة الآن هي خارج كتلتي if و else وتستخدم المتغيران status_line و filename. يسهّل هذا مشاهدة الفرق بين الحالتين ولدينا فقط مكان واحد لتعديل الشيفرة إذا أردنا تغيير كيفية قراءة الملفات وكتابة الاستجابة. سيكون سلوك الشيفرة في الشيفرة 9 مثل ماهو في الشيفرة 8. ممتاز، لديك الآن خادم ويب بسيط في حوالي 40 سطر من شيفرة رست الذي يستجيب لطلب واحد مع صفحة محتوى ويستجيب برمز حالة 404 لكل الطلبات الأُخرى. ينفذ الخادم حاليًا خيطًا واحدًا، بمعنى أنه يُخدّم طلبًا واحدًا كل مرة. لنفحص تاليًا كيف يمكن لذلك أن يسبب مشكلةً بمحاكاة بعض الطلبات البطيئة، ثم سنعالج هذه المشكلة لكي يعالج الخادم طلبات متعددة بالوقت ذاته. ترجمة -وبتصرف- لقسم من الفصل Final Project: Building a Multithreaded Web Server من كتاب The Rust Programming Language. اقرأ أيضًا المقال السابق: الماكرو Macros في لغة رست إنشاء خادم ويب في Node.js باستخدام الوحدة HTTP دليل إعداد خادم ويب محلي خطوة بخطوة
  14. لعبة أربع نقاط في صف واحد Four-in-a-Row هي لعبة للاعبين اثنين، إذ يضع كل منهما حجرًا، ويحاول كل لاعب إنشاء صف مكون من أربعة من حجراته، سواء أفقيًا أو رأسيًا أو قطريًا، وهي مشابهة للعبتَين Connect Four و Four Up. تستخدم اللعبة لوحة قياس 7×6، وتشغل المربعات أدنى مساحة شاغرة في العمود. في لعبتنا، سيلعب لاعبان بشريان، X و O، ضد بعضهما، وليس لاعب بشري واحد ضد الحاسوب. خرج اللعبة سيبدو الخرج كما يلي عند تنفيذ برنامج أربع نقاط في صف واحد: Four-in-a-Row, by Al Sweigart al@inventwithpython.com Two players take turns dropping tiles into one of seven columns, trying to make four in a row horizontally, vertically, or diagonally. 1234567 +-------+ |.......| |.......| |.......| |.......| |.......| |.......| +-------+ Player X, enter 1 to 7 or QUIT: > 1 1234567 +-------+ |.......| |.......| |.......| |.......| |.......| |X......| +-------+ Player O, enter 1 to 7 or QUIT: --snip-- Player O, enter 1 to 7 or QUIT: > 4 1234567 +-------+ |.......| |.......| |...O...| |X.OO...| |X.XO...| |XOXO..X| +-------+ Player O has won! حاول اكتشاف العديد من الاستراتيجيات الدقيقة التي يمكنك استخدامها للحصول على أربعة أحجار متتالية بينما تمنع خصمك من فعل الشيء نفسه. الشيفرة المصدرية افتح ملفًا جديدًا في المحرر أو البيئة التطويرية IDE، وأدخل الشيفرة التالية، واحفظ الملف باسم "fourinarow.py": """Four-in-a-Row, by Al Sweigart al@inventwithpython.com A tile-dropping game to get four-in-a-row, similar to Connect Four.""" import sys # الثوابت المستخدمة لعرض اللوحة EMPTY_SPACE = "." # النقطة أسهل للعدّ والرؤية من المسافة PLAYER_X = "X" PLAYER_O = "O" # ‎‫ملاحظة: عدّل قيمتي BOARD_TEMPLATE و COLUMN_LAVELS إذا تغيّر BOARD_WIDTH BOARD_WIDTH = 7 BOARD_HEIGHT = 6 COLUMN_LABELS = ("1", "2", "3", "4", "5", "6", "7") assert len(COLUMN_LABELS) == BOARD_WIDTH # قالب السلسلة النصية الذي يُستخدم لطباعة اللوحة BOARD_TEMPLATE = """ 1234567 +-------+ |{}{}{}{}{}{}{}| |{}{}{}{}{}{}{}| |{}{}{}{}{}{}{}| |{}{}{}{}{}{}{}| |{}{}{}{}{}{}{}| |{}{}{}{}{}{}{}| +-------+""" def main()‎: """Runs a single game of Four-in-a-Row.""" print( """Four-in-a-Row, by Al Sweigart al@inventwithpython.com Two players take turns dropping tiles into one of seven columns, trying to make Four-in-a-Row horizontally, vertically, or diagonally. """ ) # إعداد لعبة جديدة gameBoard = getNewBoard()‎ playerTurn = PLAYER_X while True: # بدء دور اللاعب # عرض اللوحة قبل الحصول على حركة اللاعب displayBoard(gameBoard) playerMove = getPlayerMove(playerTurn, gameBoard) gameBoard[playerMove]‎ = playerTurn # فحص حالة الفوز أو التعادل if isWinner(playerTurn, gameBoard): displayBoard(gameBoard) # عرض اللوحة لمرة أخيرة print("Player {} has won!".format(playerTurn)) sys.exit()‎ elif isFull(gameBoard): displayBoard(gameBoard) # عرض اللوحة لمرة أخيرة print("There is a tie!") sys.exit()‎ # تبديل الدور للاعب الآخر if playerTurn == PLAYER_X: playerTurn = PLAYER_O elif playerTurn == PLAYER_O: playerTurn = PLAYER_X def getNewBoard()‎: """Returns a dictionary that represents a Four-in-a-Row board. The keys are (columnIndex, rowIndex) tuples of two integers, and the values are one of the "X", "O" or "." (empty space) strings.""" board = {} for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT): for columnIndex in range(BOARD_WIDTH): board[(columnIndex, rowIndex)]‎ = EMPTY_SPACE return board def displayBoard(board): """Display the board and its tiles on the screen.""" # ‫تحضير قائمة لتمريرها إلى تابع format()‎ لقالب اللوحة # تحتوي القائمة على خلايا اللوحة بما في ذلك المسافات الفارغة # من اليسار إلى اليمين ومن الأعلى للأسفل tileChars = []‎ for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT): for columnIndex in range(BOARD_WIDTH): tileChars.append(board[(columnIndex, rowIndex)]‎) # عرض اللوحة print(BOARD_TEMPLATE.format(*tileChars)) def getPlayerMove(playerTile, board): """Let a player select a column on the board to drop a tile into. Returns a tuple of the (column, row) that the tile falls into.""" while True: # استمر بسؤال اللاعب إلى أن يُدخل حركة صالحة print(f"Player {playerTile}, enter 1 to {BOARD_WIDTH} or QUIT:") response = input("> ").upper()‎.strip()‎ if response == "QUIT": print("Thanks for playing!") sys.exit()‎ if response not in COLUMN_LABELS: print(f"Enter a number from 1 to {BOARD_WIDTH}.") continue # اطلب حركة من اللاعب مجددًا columnIndex = int(response) - 1 # نطرح واحد للحصول على فهرس يبدأ من الصفر # إذا كان العمود مليئًا، نطلب من اللاعب حركة مجددًا if board[(columnIndex, 0)]‎ != EMPTY_SPACE: print("That column is full, select another one.") continue # اطلب حركة من اللاعب مجددًا # البدء من الأسفل واختيار أول خلية فارغة for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT - 1, -1, -1): if board[(columnIndex, rowIndex)]‎ == EMPTY_SPACE: return (columnIndex, rowIndex) def isFull(board): """Returns True if the `board` has no empty spaces, otherwise returns False.""" for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT): for columnIndex in range(BOARD_WIDTH): if board[(columnIndex, rowIndex)]‎ == EMPTY_SPACE: return False # أعد‫ False إذا عُثر على مسافة فارغة return True # في حال كانت جميع الخلايا ممتلئة def isWinner(playerTile, board): """Returns True if `playerTile` has four tiles in a row on `board`, otherwise returns False.""" # تفقّد اللوحة بكاملها بحثًا عن حالة فوز for columnIndex in range(BOARD_WIDTH - 3): for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT): # التحقق من حالة الفوز بالذهاب لليمين tile1 = board[(columnIndex, rowIndex)]‎ tile2 = board[(columnIndex + 1, rowIndex)]‎ tile3 = board[(columnIndex + 2, rowIndex)]‎ tile4 = board[(columnIndex + 3, rowIndex)]‎ if tile1 == tile2 == tile3 == tile4 == playerTile: return True for columnIndex in range(BOARD_WIDTH): for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT - 3): # التحقق من حالة فوز بالذهاب للأسفل tile1 = board[(columnIndex, rowIndex)]‎ tile2 = board[(columnIndex, rowIndex + 1)]‎ tile3 = board[(columnIndex, rowIndex + 2)]‎ tile4 = board[(columnIndex, rowIndex + 3)]‎ if tile1 == tile2 == tile3 == tile4 == playerTile: return True for columnIndex in range(BOARD_WIDTH - 3): for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT - 3): # التحقق من حالة فوز بالذهاب قطريًا إلى اليمين والأسفل tile1 = board[(columnIndex, rowIndex)]‎ tile2 = board[(columnIndex + 1, rowIndex + 1)]‎ tile3 = board[(columnIndex + 2, rowIndex + 2)]‎ tile4 = board[(columnIndex + 3, rowIndex + 3)]‎ if tile1 == tile2 == tile3 == tile4 == playerTile: return True # التحقق من حالة فوز بالذهاب قطريًا إلى اليسار والأسفل tile1 = board[(columnIndex + 3, rowIndex)]‎ tile2 = board[(columnIndex + 2, rowIndex + 1)]‎ tile3 = board[(columnIndex + 1, rowIndex + 2)]‎ tile4 = board[(columnIndex, rowIndex + 3)]‎ if tile1 == tile2 == tile3 == tile4 == playerTile: return True return False # شغّل اللعبة إذا نُفّذ البرنامج بدلًا من استيراده if __name__ == "__main__": main()‎ شغّل البرنامج السابق والعب بعض الجولات للحصول على فكرة عما يفعله هذا البرنامج قبل قراءة شرح الشيفرة المصدرية. للتحقق من وجود أخطاء كتابية، انسخها والصقها في أداة لكشف الاختلاف عبر الإنترنت. كتابة الشيفرة لنلقي نظرةً على الشيفرة المصدرية للبرنامج، كما فعلنا مع برنامج برج هانوي سابقًا. نسّقنا مرةً أخرى الشيفرة المصدرية باستخدام منسّق السطور Black بحد 75 محرفًا للسطر. نبدأ من الجزء العلوي للبرنامج: """Four-in-a-Row, by Al Sweigart al@inventwithpython.com A tile-dropping game to get four-in-a-row, similar to Connect Four.""" import sys # Constants used for displaying the board: EMPTY_SPACE = "." # A period is easier to count than a space. PLAYER_X = "X" PLAYER_O = "O" نبدأ البرنامج بسلسلة توثيق نصية docstring واستيراد للوحدات module، وتعيين للثوابت. كما فعلنا في برنامج برج هانوي. نعرّف الثابتَين PLAYER_X و PLAYER_O بحيث نبتعد عن استخدام سلاسل "X" و "O" ضمن البرنامج، مما يسهل اكتشاف الأخطاء. على سبيل المثال، سنحصل على استثناء NameError إذا أخطأنا بكتابة اسم الثابت، مثل كتابة PLAYER_XX مما يشير فورًا إلى المشكلة، ولكن إذا ارتكبنا خطأً كتابيًا باستخدام الحرف "X"، مثل "XX" أو "Z"، فقد لا يكون الخطأ الناتج واضحًا فورًا. كما هو موضح في قسم "الأرقام السحرية" من مقال اكتشاف دلالات الأخطاء في شيفرات لغة بايثون، فإن استخدام الثوابت بدلًا من قيمة السلسلة لا يمثل الوصف فحسب، بل يوفر أيضًا تحذير مبكر لأي أخطاء كتابية في الشيفرة المصدرية. ينبغي ألا تتغير الثوابت أثناء تشغيل البرنامج، لكن يمكن للمبرمج تحديث قيمهم في الإصدارات المستقبلية من البرنامج. لهذا السبب، نقدم ملاحظةً تخبر المبرمجين بضرورة تحديث ثابتي BOARD_TEMPLATE و COLUMN_LABELS، إذا غيروا قيمة BOARD_WIDTH: # Note: Update BOARD_TEMPLATE & COLUMN_LABELS if BOARD_WIDTH is changed. BOARD_WIDTH = 7 BOARD_HEIGHT = 6 بعد ذلك، ننشئ ثابت COLUMN_LABELS: COLUMN_LABELS = ("1", "2", "3", "4", "5", "6", "7") assert len(COLUMN_LABELS) == BOARD_WIDTH سنستخدم هذا الثابت لاحقًا للتأكد من أن اللاعب يختار عمودًا صالحًا. لاحظ أنه في حالة تعيين BOARD_WIDTH على أي قيمة أخرى بخلاف 7، فسنضطر إلى إضافة تسميات labels إلى مجموعة tuple تدعى COLUMN_LABELS أو إزالتها منها. كان بإمكاننا تجنب ذلك من خلال إنشاء قيمة COLUMN_LABELS بناءً على BOARD_WIDTH بشيفرة مثل هذه: COLUMN_LABELS = tuple ([str (n) for n in range (1، BOARD_WIDTH + 1)]‎) لكن من غير المرجح أن يتغير COLUMN_LABELS في المستقبل، لأن لعبة أربع نقاط في صف واحد تربح تُلعب على لوحة 7×6، لذلك قررنا كتابة قيمة صريحة للمجموعة. بالتأكيد، تمثّل هذه الشيفرة شيفرة ذات رائحة smell code (وهي نمط شيفرة يشير إلى أخطاء محتملة)، ولكنها أكثر قابلية للقراءة من بديلها. تحذرنا تعليمة assert من تغيير BOARD_WIDTH بدون تحديث COLUMN_LABELS. كما هو الحال مع برج هانوي، يستخدم برنامج أربع في صف واحد تربح محارف آسكي ASCII لرسم لوحة اللعبة. تمثّل الأسطر التالية تعليمة إسناد واحدة بسلسلة نصية متعددة الأسطر: # The template string for displaying the board: BOARD_TEMPLATE = """ 1234567 +-------+ |{}{}{}{}{}{}{}| |{}{}{}{}{}{}{}| |{}{}{}{}{}{}{}| |{}{}{}{}{}{}{}| |{}{}{}{}{}{}{}| |{}{}{}{}{}{}{}| +-------+""" تحتوي هذه السلسلة على أقواس معقوصة braces {} يحل محلها سلسلة باستخدام التابع format()‎. (ستعمل دالة displayBoard()‎، التي ستُشرح لاحقًا، على تحقيق هذا.) نظرًا لأن اللوحة تتكون من سبعة أعمدة وستة صفوف، فإننا نستخدم سبعة أزواج من القوسين {} في كل من الصفوف الستة لتمثيل كل فتحة. لاحظ أنه تمامًا مثل COLUMN_LABELS، فإننا نشفّر من الناحية الفنية اللوحة لإنشاء عدد محدد من الأعمدة والصفوف. إذا غيرنا BOARD_WIDTH أو BOARD_HEIGHT إلى أعداد صحيحة جديدة، فسنضطر أيضًا إلى تحديث السلسلة متعددة الأسطر في BOARD_TEMPLATE. كان بإمكاننا كتابة شيفرة لإنشاء BOARD_TEMPLATE استنادًا إلى الثابتين BOARD_WIDTH و BOARD_HEIGHT، مثل: BOARD_EDGE = " +" + ("-" * BOARD_WIDTH) + "+" BOARD_ROW = " |" + ("{}" * BOARD_WIDTH) + "|\n" BOARD_TEMPLATE = "\n " + "".join(COLUMN_LABELS) + "\n" + BOARD_EDGE + "\n" + (BOARD_ROW * BOARD_HEIGHT) + BOARD_EDGE لكن هذه الشيفرة غير قابلة للقراءة مثل سلسلة بسيطة متعددة الأسطر، ومن غير المرجح أن نغير حجم لوحة اللعبة على أي حال، لذلك سنستخدم السلسلة البسيطة متعددة الأسطر. نبدأ بكتابة الدالة main()‎ التي ستستدعي جميع الدوال الأخرى التي أنشأناها لهذه اللعبة: def main()‎: """Runs a single game of Four-in-a-Row.""" print( """Four-in-a-Row, by Al Sweigart al@inventwithpython.com Two players take turns dropping tiles into one of seven columns, trying to make four-in-a-row horizontally, vertically, or diagonally. """ ) # Set up a new game: gameBoard = getNewBoard()‎ playerTurn = PLAYER_X نعطي الدالة main()‎ سلسلة توثيق نصية، قابلة للعرض viewable باستخدام دالة help()‎ المضمنة. تُعِد الدالة main()‎ أيضًا لوحة اللعبة للعبة جديدة وتختار اللاعب الأول. تحتوي الدالة main()‎ حلقة لا نهائية: while True: # Run a player's turn. # Display the board and get player's move: displayBoard(gameBoard) playerMove = getPlayerMove(playerTurn, gameBoard) gameBoard[playerMove]‎ = playerTurn يمثل كل تكرار لهذه الحلقة دورًا واحدًا. أولًا، نعرض لوحة اللعبة للاعب. ثانيًا، يختار اللاعب عمودًا لإسقاط حجر فيه، وثالثًا، نُحدث بنية بيانات لوحة اللعبة. بعد ذلك، نقيم نتائج حركة اللاعب: # Check for a win or tie: if isWinner(playerTurn, gameBoard): displayBoard(gameBoard) # Display the board one last time. print("Player {} has won!".format(playerTurn)) sys.exit()‎ elif isFull(gameBoard): displayBoard(gameBoard) # Display the board one last time. print("There is a tie!") sys.exit()‎ إذا أدّت حركة اللاعب لفوزه، ستعيد الدالة isWinner()‎ القيمة True وتنتهي اللعبة؛ بينما إذا ملأ اللاعب اللوحة ولم يكن هناك فائز، ستعيد الدالة isFull()‎ القيمة True وتنتهي اللعبة. لاحظ أنه بدلًا من استدعاء sys.exit()‎، كان بإمكاننا استخدام تعليمة break بسيطة. كان من الممكن أن يتسبب هذا في انقطاع التنفيذ عن حلقة while، ولأنه لا يوجد شيفرة برمجية في الدالة main()‎ بعد هذه الحلقة، ستعود الدالة إلى استدعاء main()‎ في الجزء السفلي من البرنامج، مما يتسبب في إنهاء البرنامج، لكننا اخترنا استخدام sys.exit()‎ للتوضيح للمبرمجين الذين يقرؤون الشيفرة أن البرنامج سينتهي فورًا. إذا لم تنته اللعبة، تُعِد الأسطر التالية playerTurn للاعب الآخر: # Switch turns to other player: if playerTurn == PLAYER_X: playerTurn = PLAYER_O elif playerTurn == PLAYER_O: playerTurn = PLAYER_X لاحظ أنه كان بإمكاننا تحويل تعليمة elif إلى تعليمة else بسيطة دون شرط، لكن تذكر أن ممارسات بايثون الفُضلى تنص على "الصراحة أفضل من الضمنية explicit is better than implicit". تنص هذه الشيفرة صراحةً على أنه إذا جاء دور اللاعب O الآن، فسيكون دور اللاعب X هو التالي. ستنص الشيفرة البديلة على أنه إذا لم يكن دور اللاعب X الآن، فسيكون دور اللاعب X التالي. على الرغم من أن دوال if و else تتناسب بصورةٍ طبيعية مع الشروط المنطقية، لا تتطابق قيمتا PLAYER_X و PLAYER_O مع True وقيمة False: not PLAYER_X ليست PLAYER_O. لذلك، من المفيد أن تكون مباشرًا عند التحقق من قيمة playerTurn. بدلًا من ذلك، كان بإمكاننا تنفيذ جميع الإجراءات في سطر واحد: playerTurn = {PLAYER_X: PLAYER_O, PLAYER_O: PLAYER_X}[ playerTurn]‎ يستخدم هذا السطر خدعة القاموس المذكورة في قسم "استخدام القواميس بدلا من العبارة Switch" في مقال الطرق البايثونية في استخدام قواميس بايثون ومتغيراتها وعاملها الثلاثي، ولكن مثل العديد من الأسطر الفردية، فهي غير سهلة القراءة مقارنةً بعبارة if و elif المباشرة. بعد ذلك، نعرّف الدالة getNewBoard()‎: def getNewBoard(): """Returns a dictionary that represents a Four-in-a-Row board. The keys are (columnIndex, rowIndex) tuples of two integers, and the values are one of the "X", "O" or "." (empty space) strings.""" board = {} for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT): for columnIndex in range(BOARD_WIDTH): board[(columnIndex, rowIndex)] = EMPTY_SPACE return board تُعيد هذه الدالة قاموسًا يمثل لوحة أربع نقاط في صف واحد تربح؛ إذ يحتوي هذا القاموس على مجموعات (indexIndex و rowIndex) للمفاتيح (يمثّل العمود indexIndex و rowIndex أعدادًا صحيحة) و "X" أو "O" أو "." حرف الحجر في كل مكان على اللوحة. تُخزَّن هذه السلاسل في PLAYER_X و PLAYER_O و EMPTY_SPACE على التوالي. لعبة أربع نقاط في صف واحد تربح الخاصة بنا بسيطة نوعًا ما، لذا يُعد استخدام قاموس لتمثيل لوحة اللعبة أسلوبًا مناسبًا. ومع ذلك، كان بإمكاننا استخدام نهج كائني التوجه object-oriented بدلًا من ذلك. سنتعرف على البرمجة كائنية التوجه في الفصول القادمة. تأخذ دالة displayBoard()‎ بنية بيانات لوحة اللعبة من أجل الوسيط board وتعرض اللوحة على الشاشة باستخدام ثابت BOARD_TEMPLATE: def displayBoard(board): """Display the board and its tiles on the screen.""" # Prepare a list to pass to the format() string method for the board # template. The list holds all of the board's tiles (and empty # spaces) going left to right, top to bottom: tileChars = [] تذكر أن BOARD_TEMPLATE هي سلسلة متعددة الأسطر بها عدة أزواج من الأقواس. عند استدعاء دالة format()‎ على BOARD_TEMPLATE، ستُستبدل هذه الأقواس بقيم الوسطاء الممرّرة إلى format()‎. سيحتوي المتغير tileChars على قائمة بهذه الوسطاء. نبدأ بتخصيص قائمة فارغة لها، إذ ستحل القيمة الأولى في tileChars محل الزوج الأول من الأقواس في BOARD_TEMPLATE، وستحل القيمة الثانية محل الزوج الثاني، وهكذا. نشكّل قائمةً بالقيم من قاموس board: for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT): for columnIndex in range(BOARD_WIDTH): tileChars.append(board[(columnIndex, rowIndex)]‎) # Display the board: print(BOARD_TEMPLATE.format(*tileChars)) تتكرر حلقات for المتداخلة هذه على كل صف وعمود محتملين على اللوحة، لتلحقهم بالقائمة في tileChars. بمجرد الانتهاء من هذه الحلقات، نمرر القيم الموجودة في قائمة tileChars بصورةٍ مفردة إلى التابع format()‎ باستخدام محرف النجمة * في البادئة. يشرح قسم "استخدام * لإنشاء دوال مرنة" من مقال كتابة دوال فعالة في بايثون كيفية استخدام رمز النجمة للتعامل مع القيم الموجودة في قائمة مثل وسطاء دالة منفصلة، إذ تعادل الشيفرة print(*['cat', 'dog', 'rat']‎)‎ الشيفرة print('cat', 'dog', 'rat')‎. نحتاج إلى النجمة لأن التابع format()‎ يتوقع وسيطًا واحدًا لكل زوج من الأقواس، وليس وسيطًا واحدًا للقائمة الواحدة. بعد ذلك، نكتب دالة getPlayerMove()‎: def getPlayerMove(playerTile, board): """Let a player select a column on the board to drop a tile into. Returns a tuple of the (column, row) that the tile falls into.""" while True: # Keep asking player until they enter a valid move. print(f"Player {playerTile}, enter 1 to {BOARD_WIDTH} or QUIT:") response = input("> ").upper().strip() if response == "QUIT": print("Thanks for playing!") sys.exit()‎ تبدأ الدالة بحلقة لا نهائية تنتظر أن يدخل اللاعب نقلة move صحيحة. تشبه هذه الشيفرة دالة getPlayerMove()‎ في برنامج برج هانوي سابقًا. لاحظ أن استدعاء print()‎ في بداية حلقة while loop يستخدم سلسلة نصية من النوع f، لذا لا يتعين علينا تغيير الرسالة إذا حدثنا BOARD_WIDTH. نتحقق من أن رد اللاعب هو عمود صالح؛ إذا لم يكن كذلك، تنقل دالة continue التنفيذ مرةً أخرى إلى بداية الحلقة لتطلب من اللاعب نقلة صحيحة: if response not in COLUMN_LABELS: print(f"Enter a number from 1 to {BOARD_WIDTH}.") continue # Ask player again for their move. كان من الممكن كتابة شرط التحقق من صحة الإدخال هذا على شكل: not response.isdecimal()‎ or spam < 1 or spam > BOARD_WIDTH ولكن من الأسهل استخدام response not in COLUMN_LABELS. بعد ذلك، نحتاج إلى معرفة الصف الذي ستصل إليه الحجرة التي سقطت في العمود المحدد للاعب: columnIndex = int(response) - 1 # -1 for 0-based column indexes. # If the column is full, ask for a move again: if board[(columnIndex, 0)]‎ != EMPTY_SPACE: print("That column is full, select another one.") continue # Ask player again for their move. تعرض اللوحة تسميات الأعمدة من 1 إلى 7 على الشاشة، بينما تستخدم فهارس (indexIndex، rowIndex) على اللوحة الفهرسة المستندة إلى 0، لذا فهي تتراوح من 0 إلى 6. لحل هذا التناقض، نحوّل قيم السلسلة '1' إلى '7' إلى القيم الصحيحة من 0 إلى 6. تبدأ فهارس الصفوف من 0 في أعلى اللوحة وتزيد إلى 6 في أسفل اللوحة. نتحقق من الصف العلوي في العمود المحدد لمعرفة ما إذا كان مشغولًا؛ وفي حال كان مشغولًا، فهذا العمود ممتلئ تمامًا وستعيد عبارة المتابعة التنفيذ إلى بداية الحلقة لتطلب من اللاعب نقلةً أخرى؛ وإذا لم يكن العمود ممتلئًا، فسنحتاج إلى العثور على أدنى مساحة غير مشغولة لنزول الحجر: # Starting from the bottom, find the first empty space. for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT - 1, -1, -1): if board[(columnIndex, rowIndex)]‎ == EMPTY_SPACE: return (columnIndex, rowIndex) تبدأ حلقة for من فهرس الصف السفلي، BOARD_HEIGHT - 1 أو 6، وتتحرك لأعلى حتى تعثر على أول مساحة فارغة. تُعيد الدالة بعد ذلك فهارس أدنى مساحة فارغة. في أي وقت تكون اللوحة ممتلئة، تنتهي اللعبة بالتعادل: def isFull(board): """Returns True if the `board` has no empty spaces, otherwise returns False.""" for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT): for columnIndex in range(BOARD_WIDTH): if board[(columnIndex, rowIndex)] == EMPTY_SPACE: return False # Found an empty space, so return False. return True # All spaces are full. تستخدم الدالة isFull()‎ زوجًا من حلقات for المتداخلة للمرور على كل مكان على اللوحة، وإذا عثرت على مساحة فارغة واحدة، فإن اللوحة ليست ممتلئة، وبالتالي تُعيد الدالة False. إذا نجح التنفيذ في المرور عبر كلتا الحلقتين، فإن الدالة isFull()‎ لم تعثر على مساحة فارغة، لذا فإنها تعيد True. تتحقق دالة isWinner()‎ ما إذا كان اللاعب قد فاز باللعبة أم لا: def isWinner(playerTile, board): """Returns True if `playerTile` has four tiles in a row on `board`, otherwise returns False.""" # Go through the entire board, checking for four-in-a-row: for columnIndex in range(BOARD_WIDTH - 3): for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT): # Check for four-in-a-row going across to the right: tile1 = board[(columnIndex, rowIndex)] tile2 = board[(columnIndex + 1, rowIndex)] tile3 = board[(columnIndex + 2, rowIndex)] tile4 = board[(columnIndex + 3, rowIndex)] if tile1 == tile2 == tile3 == tile4 == playerTile: return True تُعيد هذه الدالة True إذا ظهر playerTile أربع مرات على التوالي أفقيًا أو رأسيًا أو قطريًا. لمعرفة استيفاء الشرط، يتعين علينا التحقق من كل مجموعة من أربع مسافات متجاورة على اللوحة، وسنستخدم سلسلةً من حلقات for المتداخلة لذلك. تمثل المجموعة (columnIndex, rowIndex) نقطة البداية، إذ نتحقق من نقطة البداية والمسافات الثلاثة على يمينها لسلسلة playerTile. إذا كانت مساحة البداية هي (columnIndex, rowIndex)، ستكون المسافة الموجودة على يمينها (columnIndex + 1, rowIndex)، وهكذا. سنحفظ المربعات الموجودة في هذه المساحات الأربعة في المتغيرات tile1 و tile2 و tile3 و tile4. إذا كانت كل هذه المتغيرات لها نفس قيمة playerTile، فقد وجدنا أربع نقاط في صف واحد، وتعيد الدالة isWinner()‎ القيمة True. ذكرنا سابقًا في قسم "المتغيرات ذات اللواحق الرقمية" من مقال اكتشاف دلالات الأخطاء في شيفرات لغة بايثون أن الأسماء المتغيرات ذات اللواحق الرقمية المتسلسلة (مثل tile1 إلى tile4 في هذه اللعبة) تشير غالبًا إلى شيفرة ذات رائحة code smell تشير إلى أنه يجب عليك استخدام قائمة واحدة بدلًا من ذلك، لكن في هذا السياق، لا بأس بأسماء المتغيرات هذه؛ إذ لا نحتاج إلى استبدالها بقائمة، لأن برنامج الأربع نقاط في صف واحد سيتطلب دائمًا أربعة متغيرات تحديدًا. تذكر أن رائحة الشيفرة البرمجية لا تشير بالضرورة إلى وجود مشكلة؛ وهذا يعني فقط أننا يجب أن نلقي نظرة ثانية ونتأكد أننا كتبنا الشيفرة الخاصة بنا بطريقة أكثر قابلية للقراءة. قد يؤدي استخدام القائمة إلى جعل الشيفرة أكثر تعقيدًا في هذه الحالة، ولن تضيف أي فائدة، لذلك سنلتزم باستخدام tile1 و tile2 و tile3 و tile4. نستخدم عملية مماثلة للتحقق من وجود أربع أحجار متتالية رأسيًا: for columnIndex in range(BOARD_WIDTH): for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT - 3): # Check for four-in-a-row going down: tile1 = board[(columnIndex, rowIndex)]‎ tile2 = board[(columnIndex, rowIndex + 1)]‎ tile3 = board[(columnIndex, rowIndex + 2)]‎ tile4 = board[(columnIndex, rowIndex + 3)]‎ if tile1 == tile2 == tile3 == tile4 == playerTile: return True بعد ذلك، نتحقق من وجود أربعة أحجار متتالية قطريًا للأسفل وإلى اليمين؛ ثم نتحقق من وجود أربعة أحجار متتالية قطريًا للأسفل وإلى اليسار: for columnIndex in range(BOARD_WIDTH - 3): for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT - 3): # Check for four-in-a-row going right-down diagonal: tile1 = board[(columnIndex, rowIndex)] tile2 = board[(columnIndex + 1, rowIndex + 1)] tile3 = board[(columnIndex + 2, rowIndex + 2)] tile4 = board[(columnIndex + 3, rowIndex + 3)] if tile1 == tile2 == tile3 == tile4 == playerTile: return True # Check for four-in-a-row going left-down diagonal: tile1 = board[(columnIndex + 3, rowIndex)] tile2 = board[(columnIndex + 2, rowIndex + 1)] tile3 = board[(columnIndex + 1, rowIndex + 2)] tile4 = board[(columnIndex, rowIndex + 3)] if tile1 == tile2 == tile3 == tile4 == playerTile: return True هذه الشيفرة مشابهة لعمليات التحقق الأفقية، لذلك لن نكرر الشرح هنا. إذا فشلت جميع عمليات التحقق الخاصة بالعثور على تتاليات رباعية، تعيد الدالة False للإشارة إلى أن playerTile ليس فائزًا في هذه الحالة: return False الدالة الوحيدة المتبقية هي استدعاء دالة main()‎: # If this program was run (instead of imported), run the game: if __name__ == '__main__': main()‎ نستخدم لغة بايثون الشائعة التي ستستدعي main()‎ في حال تشغيل fourinarow.py مباشرةً، ولكن ليس في حال استيراد fourinarow.py مثل وحدة module. الخلاصة تستخدم لعبة أربع نقاط في صف واحد تربح محارف آسكي ASCII لعرض تمثيل للوحة اللعبة. نعرض هذا باستخدام سلسلة متعددة الأسطر مخزنة في ثابت BOARD_TEMPLATE. تحتوي هذه السلسلة على 42 زوجًا من الأقواس {} لعرض كل مسافة على لوحة بقياس 7×6. نستخدم الأقواس بحيث يمكن لتابع السلسلة format()‎ استبدالها بالحجر الموجود في تلك المساحة. بهذه الطريقة، يصبح الأمر أكثر وضوحًا كيف تنتج سلسلة BOARD_TEMPLATE لوحة اللعبة كما تظهر على الشاشة. ترجمة -وبتصرف- لقسم من الفصل Practice Projects من كتاب Beyond the Basic Stuff with Python. اقرأ أيضًا المقال السابق: برمجة لغز أبراج هانوي Hanoi Towers باستخدام لغة بايثون كتابة شيفرات بايثون Python: مبادئ بايثون التوجيهية العشرون وسوء استخدام الصيغة الشائع. إنشاء تطبيق ويب باستخدام إطار عمل فلاسك Flask من لغة بايثون بناء لعبة نرد بسيطة بلغة بايثون
  15. استخدمنا الماكرو مثل println!‎ سابقًا ضمن هذه السلسلة البرمجة بلغة رست، إلا أننا لم نتحدث بالكامل عما هو الماكرو وكيفية عمله، إذ تشير كلمة ماكرو إلى مجموعة من الميّزات في رست، ألا وهي الماكرو التصريحية declarative مع macro_rules!‎، إضافةً إلى ثلاثة أنواع من الماكرو الإجرائي procedural: ماكرو [derive]# مخصص يحدد شيفرة مضافة بسمة derive المستخدمة على الهياكل والمعدّدات. ماكرو شبيه بالسمة attribute، الذي يعرف سمات معينة تُستخدم على أية عنصر. ماكرو يشبه الدالة ويشابه استدعاءات الدالة ولكن يعمل على المفاتيح المحددة مثل وسائطها. سنتحدث عن كلِّ مما سبق بدوره ولكن لنتحدث أولًا عن حاجتنا للماكرو بالرغم من وجود الدوال. الفرق بين الماكرو والدوال الماكرو هو طريقة لكتابة شيفرة تكتب شيفرة أُخرى والمعروف بالبرمجة الوصفية metaprogramming، وحدثنا في الملحق "ت" عن سمة derive التي تنشئ تنفيذًا لسمات متعددة، واستخدمنا أيضًا ماكرو ‎‎‎‎‎println‎!‎‎‎ و ‎vec!‎ سابقًا. تتوسع كل هذه الماكرو لتضيف شيفرةً أكثر من الشيفرة التي كُتبت يدويًا. تفيد البرمجة الوصفية في تقليل كمية الشيفرة التي يجب كتابتها والمحافظة عليها وهو أيضًا أحد أدوار الدوال، لكن لدى الماكرو بعض القوى الإضافية غير الموجودة في الدوال. يجب أن تصرّح بصمة الدالة signature على عدد ونوع المعاملات الموجودة في الدالة، أما في حالة الماكرو فيمكن أن يأخذ عدد متغير من المعاملات، إذ يمكننا استدعاء println!("hello")‎ بوسيط واحد أو println!("hello {}", name)‎ بوسيطين. يتوسع أيضًا الماكرو قبل أن يفسر المصرف معنى الشيفرة لذا يمكن للماكرو مثلًا تنفيذ سمة على أي نوع مُعطى ولا يمكن للدالة فعل ذلك لأنها تُستدعى وقت التنفيذ وتحتاج لسمة لتُنفذ وقت التصريف. من مساوئ تنفيذ الماكرو بدلًا من الدالة هو أن تعاريف الماكرو أكثر تعقيدًا من تعاريف الدالة لأننا نكتب شيفرة رست لتكتب شيفرة رست، بالتالي تكون تعاريف الماكرو أكثر تعقيدًا للقراءة والفهم والمحافظة عليها من تعاريف الدالة. هناك فرق آخر مهم بين الماكرو والدوال هو أنه يجب تعريف الماكرو أو جلبه إلى النطاق في ملف قبل استدعائه، على عكس الدوال التي يمكنك تعريفها واستدعائها في كل وقت ومكان. الماكرو التصريحي مع macro_rules!‎ للبرمجة الوصفية العامة أكثر أنواع الماكرو استخدامًا في رست هو الماكرو التصريحي الذي يسمى أحيانًا "ماكرو بالمثال macros by example" أو "ماكرو macro_rules!‎" أو ببساطة "ماكرو". يسمح لك الماكرو التصريحي بكتابة شيء مشابه لتعبير match في رست بداخله. تعابير match -كما تحدثنا في المقال بنية match للتحكم بسير برامج لغة رست- هي هياكل تحكم تقبل تعبيرًا وتقارن القيمة الناتجة من التعبير مع النمط وبعدها تنفذ الشيفرة المرتبطة مع النمط المُطابق. يقارن الماكرو أيضًا قيمةً مع أنماط مرتبطة بشيفرة معينة، وتكون القيمة في هذه الحالة هي الشيفرة المصدرية لرست المُمَررة إلى الماكرو. تُقارن الأنماط مع هيكل الشيفرة المصدرية والشيفرة المرتبطة بكل نمط، وعند حدوث التطابق يستبدل الشيفرة المُمَررة إلى الماكرو، ويحصل كل ذلك وقت التصريف. نستخدم بنية macro_rules!‎ لتعريف الماكرو. دعنا نتحدث عن كيفية استخدام macro_rules!‎ بالنظر إلى كيفية تعريف ماكرو vec!‎، إذ تحدثنا سابقًا في المقال تخزين لائحة من القيم باستخدام الأشعة Vectors في لغة رست عن كيفية استخدام ماكرو vec!‎ من أجل إنشاء شعاع جديد بقيم معينة. ينشئ الماكرو التالي مثلًا شعاع جديد يحتوي على ثلاثة أعداد صحيحة. let v: Vec<u32> = vec![1, 2, 3]; يمكن استخدام الماكرو vec!‎ لإنشاء شعاع بعددين صحيحين أو شعاع بخمس سلاسل شرائح نصية string slice، ولا يمكننا فعل ذلك باستخدام الدوال لأننا لا نعرف عدد أو نوع القيم مسبقًا. تبين الشيفرة 28 تعريفًا مبسطًا لماكرو vec!‎. اسم الملف: src/main.rs #[macro_export] macro_rules! vec { ( $( $x:expr ),* ) => { { let mut temp_vec = Vec::new(); $( temp_vec.push($x); )* temp_vec } }; } [الشيفرة 28: نسخة مبسطة من تعريف ماكرو vec!‎] ملاحظة: يتضمن التعريف الفعلي لماكرو vec!‎ في المكتبة القياسية شيفرة للحجز الصحيح للذاكرة مسبقًا، وهذه الشيفرة هي تحسين لم نضفه هنا لجعل المثال أبسط. يشير توصيف ‏[macro_export]#‏‎ إلى أن هذا الماكرو يجب أن يبقى متاحًا عندما يجري إحضار الوحدة المُصرّفة crate المعرّفة داخلها الماكرو إلى النطاق، ولا يمكن إضافة الماكرو إلى النطاق دون هذا التوصيف. عندما نبدأ بتعريف الماكرو مع macro_rules!‎ ويكون اسم الماكرو الذي نعرّفه بدون علامة التعجب، يكون الاسم في هذه الحالة vec متبوعًا بقوسين معقوصين تدل على متن تعريف الماكرو. يشابه الهيكل في متن vec!‎ الهيكل في تعبير match، إذ لدينا هنا ذراع واحد مع النمط ‎( $( $x:expr ),* )‎‏‎‎‎ متبوعةً بالعامل ‎=>‎ وكتلة الشيفرة المرتبطة في النمط، وستُرسل الكتلة المرتبطة إذا تطابق النمط. بما أن هذا هو النمط الوحيد في الماكرو، هناك طريقة وحيدة للمطابقة، وأي أنماط أُخرى ستسبب خطأ، ويكون لدى الماكرو الأكثر تعقيدًا أكثر من ذراع واحدة. تختلف الصيغة الصحيحة في تعاريف الماكرو عن صيغة النمط المذكور سابقًا في المقال صياغة أنماط التصميم الصحيحة Pattern Syntax في لغة رست لأن أنماط الماكرو تُطابق مع هيكل شيفرة رست بدلًا من القيم. لنتحدث عن ماذا تعني أقسام النمط في الشيفرة 28. لقراءة صيغة نمط ماكرو الكاملة راجع مرجع رست. استخدمنا أولًا مجموعة أقواس لتغليف كامل النمط، واستخدمنا علامة الدولار ($) للتصريح عن متغير في نظام الماكرو الذي يحتوي على شيفرة رست مطابقة للنمط، إذ توضح إشارة الدولار أن هذا متغير ماكرو وليس متغير رست عادي. تأتي بعد ذلك مجموعةٌ من الأقواس التي تلتقط القيم التي تطابق النمط داخل القوسين لاستخدامها في الشيفرة المُستبدلة. توجد ‎$x:expr داخل ‎$()‎‎، التي تطابق أي تعبير رست وتعطي التعبير الاسم ‎$x. تشير الفاصلة التي تلي ‎‎‎$()‎ أنه يمكن أن يظهر هناك محرف فاصلة بعد الشيفرة الذي يطابق الشيفرة في ‎$()‎، وتشير * إلى أن هناك نمط يطابق صفر أو أكثر مما يسبق *. عندما نستدعي هذا الماكرو باستخدام vec![1, 2, 3];‎، يُطابق النمط ‎$x‎ ثلاث مرات مع التعابير الثلاث 1 و 2 و 3. لننظر إلى النمط الموجود في متن الشيفرة المرتبطة مع هذا الذراع، إذ تُنشَئ temp_vec.push()‎ داخل ‎$()*‎ لكل جزء يطابق ‎$()‎ في النمط صفر مرة أو أكثر اعتمادًا على كم مرة طابق النمط. تُبَدل ‎$‎x مع كل جزء مطابق، وعندما نستدعي الماكرو باستخدام vec![1, 2, ‎3];‎، ستكون الشيفرة المُنشأة التي تستبدل هذا الماكرو على النحو التالي: { let mut temp_vec = Vec::new(); temp_vec.push(1); temp_vec.push(2); temp_vec.push(3); temp_vec } عرّفنا الماكرو الذي يستطيع أن يأخذ أي عدد من الوسطاء من أي نوع ويستطيع إنشاء شيفرة لإنشاء شعاع يحتوي العناصر المحددة. لتعرف أكثر عن كيفية كتابة الماكرو، راجع وثائق ومصادر أُخرى على الشبكة مثل "الكتاب الصغير لماكرو رست The Little Book of Rust Macros" الذي بدأ فيه دانيل كيب Daniel Keep وتابعه لوكاس ويرث Lukas Wirth. الماكرو الإجرائي لإنشاء شيفرة من السمات الشكل الثاني من الماكرو هو الماكرو الإجرائي الذي يعمل أكثر مثل دالة (وهي نوع من الإجراءات). يقبل الماكرو الإجرائي بعض الشيفرة مثل دخل ويعمل على الشيفرة ويُنتج بعض الشيفرة مثل خرج بدلًا من مطابقة الأنماط وتبديل الشيفرة بشيفرة أُخرى كما يعمل الماكرو التصريحي. أنواع الماكرو الإجرائي الثلاث، هي: مشتقة مخصصة custom derive، أو مشابهة للسمة attribute-like، أو مشابهة للدالة function-like وتعمل كلها بطريقة مشابهة. عند إنشاء ماكرو إجرائي، يجب أن يبقى التعريف داخل الوحدة المصرّفة الخاصة به بنوع وحدة مصرّفة خاص، وذلك لأسباب تقنية معقدة نأمل أن نتخلص من وجودها مستقبلًا، تبين الشيفرة 29 كيفية تعريف الماكرو الإجرائي، إذ أن some_attribute هو عنصر مؤقت لاستخدام نوع ماكرو معين. اسم الملف: src/lib.rs use proc_macro; #[some_attribute] pub fn some_name(input: TokenStream) -> TokenStream { } [الشيفرة 29: مثال لتعريف ماكرو إجرائي] تأخذ الدالة التي تعرّف الماكرو الإجرائي TokenStream مثل دخل وتنتج TokenStream في الخرج. يُعرّف نوع TokenStream بالوحدة المصرّفة proc_macro المتضمنة في رست وتمثّل سلسلة من المفاتيح. هذا هو صلب الماكرو: تكون الشيفرة المصدرية التي يعمل فيها الماكرو هي الدخل TokenStream والشيفرة التي ينتجها الماكرو هي الخرج TokenStream. لدى الدالة سمة مرتبطة بها تحدد أي نوع من الماكرو الإجرائي يجب أن نُنشئ، ويمكن أيضًا الحصول على العديد من الماكرو الإجرائي في الوحدة المصرّفة ذاتها. لنتحدث عن الأشكال المختلفة من الماكرو الإجرائي. سنبدأ بالماكرو المشتق الخاص ونفسر الاختلافات البسيطة التي تجعل باقي الأشكال مختلفة. كيفية كتابة ماكرو derive مخصص لننشئ وحدة مصرّفة اسمها hello_macro التي تعرف سمةً اسمها HelloMacro مع دالة مرتبطة associated اسمها hello_macro، وبدلًا من إجبار المستخدمين على تنفيذ السمة HelloMacro لكل من أنواعهم، سنؤمن ماكرو إجرائي لكي يتمكن المستخدمين من توصيف نوعهم باستخدام ‏‏‏[derive(HelloMacro)‎]‏‏# للحصول على تنفيذ افتراضي للدالة hello_macro. سيطبع النفيذ الافتراضي: Hello, Macro! My name is TypeName!‎ إذ أن TypeName هو اسم النوع المُعرّفة عليه السمة، بمعنى آخر سنكتب وحدة مصرّفة تسمح لمبرمج آخر بكتابة الشيفرة باستخدام حزمتنا المصرفة كما في الشيفرة 30. اسم الملف:src/main.rs use hello_macro::HelloMacro; use hello_macro_derive::HelloMacro; #[derive(HelloMacro)] struct Pancakes; fn main() { Pancakes::hello_macro(); } [الشيفرة 30: الشيفرة التي يستطيع مستخدم الوحدة المصرفة فيها الكتابة عند استخدام الماكرو الإجرائي الخاص بنا] ستطبع الشيفرة عندما تنتهي ما يلي: Hello, Macro! My name is Pancakes!‎ الخطوة الأولى هي إنشاء وحدة مكتبة مصرّفة على النحو التالي: $ cargo new hello_macro --lib بعدها نعرّف سمة HelloMacro والدّالة التابعة لها. اسم الملف: src/lib.rs pub trait HelloMacro { fn hello_macro(); } لدينا السمة ودوالها، ويستطيع هنا مستخدم الوحدة المصرّفة تنفيذ السمة للحصول على الوظيفة المرغوبة على النحو التالي: use hello_macro::HelloMacro; struct Pancakes; impl HelloMacro for Pancakes { fn hello_macro() { println!("Hello, Macro! My name is Pancakes!"); } } fn main() { Pancakes::hello_macro(); } ولكن سيحتاج المستخدم لكتابة كتلة التنفيذ لكل نوع يرغب باستخدامه مع hello_macro، ونريد إعفائهم من ذلك. إضافةً إلى ذلك، لا نستطيع أن نؤمّن للتابع hello_macro التنفيذ الافتراضي الذي سيطبع اسم نوع السمة المُطبقة عليه، إذ ليس لدى رست قدرة على الفهم لذا لا تستطيع البحث عن اسم النوع وقت التنفيذ، وفي هذه الحالة نحن بحاجة لماكرو لإنشاء شيفرة وقت التنفيذ. الخطوة التالية هي تعريف الماكرو الإجرائي. يحتاج الماكرو الإجرائي حتى الآن إلى وحدة مصرّفة خاصة به، ربما سيُرفع هذا التقييد بالنهاية. يأتي اصطلاح الوحدات المصرّفة الهيكلية والوحدات المصرّفة للماكرو على النحو التالي: يسمى الماكرو الإجرائي الخاص المشتق foo_derive لاسم موحدة مصرفة foo. لنبدأ بإنشاء وحدة مصرّفة جديدة اسمها hello_macro_derive داخل المشروع hello_macro. $ cargo new hello_macro_derive --lib الوحدتان المصرّفتان مرتبطتان جدًا، لذلك سننشئ وحدةً مصرّفةً للماكرو الإجرائي داخل مجلد الوحدة المصرّفة hello_macro. يجب علينا تغيير تنفيذ الماكرو الإجرائي في hello_macro_derive إذا غيرنا تعريف السمة في hello_macro أيضًا. تحتاج الوحدتان المصرّفتان أن تُنشَرا بصورةٍ منفصلة ويجب أن يضيف مستخدمو هاتين الوحدتين المصرّفتين مثل اعتماديتين dependencies وجلبهما إلى النطاق. يمكن -بدلًا من ذلك- جعل الحزمة المصرّفة hello_macro تستخدم hello_macro_derive مثل اعتمادية وتعيد تصدير شيفرة الماكرو الإجرائي ولكن الطريقة التي بنينا فيها المشروع تسمح للمبرمجين استخدام hello_macro حتى لو كانوا لا يرغبون باستخدام وظيفة derive. يجب علينا التصريح عن الوحدة المصرفة hello_macro_derive مثل وحدة مصرفة لماكرو إجرائي ونحتاج أيضًا إلى وظائف من الوحدات المصرّفة syn و quote كما سنرى بعد قليل لذا سنحتاج لإضافتهم كاعتماديات. أضِف التالي إلى ملف Cargo.toml من أجل hello_macro_derive: اسم الملف: hello_macro_derive/Cargo.toml [lib] proc-macro = true [dependencies] syn = "1.0" quote = "1.0" لنبدأ بتعريف الماكرو الإجرائي. ضع الشيفرة 31 في ملف src/lib.rs من أجل الوحدة المصرّفة hello_macro-derive. لاحظ أن الشيفرة لن تصرّف حتى نضيف التعريف لدالة impl_hello_macro. اسم الملف: hello_macro_derive/src/lib.rs use proc_macro::TokenStream; use quote::quote; use syn; #[proc_macro_derive(HelloMacro)] pub fn hello_macro_derive(input: TokenStream) -> TokenStream { // إنشاء تمثيل لشيفرة رست مثل شجرة صيغة يمكننا التلاعب بها let ast = syn::parse(input).unwrap(); // بناء تنفيذ السمة impl_hello_macro(&ast) } [الشيفرة 31: الشيفرة التي تتطلبها معظم الوحدات المصرّفة للماكرو الإجرائي لكي تعالج شيفرة رست] لاحظ أننا قسّمنا الشيفرة إلى دالة hello_macro_derive المسؤولة عن تحليل TokenStream، ودالة Impl_hello_macro المسؤولة عن تحويل شجرة الصيغة syntax tree التي تجعل كاتبة الماكرو الإجرائي لتكون أكثر ملائمة. ستكون الشيفرة في الدالة الخارجية (في هذه الحالة hello_macro_derive) هي نفسها لمعظم الوحدات المصرّفة للماكرو الإجرائي الذي تراه أو تنشئه، وستكون الشيفرة التي تحددها في محتوى الدالة الداخلية (في هذه الحالة impl_hello_macro) مختلفة اعتمادًا على غرض الماكرو الإجرائي. أضفنا ثلاث وحدات مصرّفة هي proc_macro و syn و quote. لا نحتاج لإضافة الوحدة المصرفة proc_macro إلى الاعتماديات في Cargo.toml لأنها تأتي مع رست، وهذه الوحدة المصرفة هي واجهة برمجة التطبيق للمصرف التي تسمح بقراءة وتعديل شيفرة رست من شيفرتنا. تحلّل الوحدة المصرّفة syn شيفرة رست من سلسلة نصية إلى هيكل بيانات يمكننا إجراء عمليات عليه. تحوّل الوحدة المصرّفة quote هيكل بيانات syn إلى شيفرة رست. تسهّل هذه الوحدات المصرّفة تحليل أي نوع من شيفرة رست يمكن أن نعمل عليه. تُعد كتابة محلل parser كامل لرست أمرًا صعبًا. تُستدعى دالة hello_macro_derive عندما يحدد مستخدم مكتبتنا [derive(HelloMacro)‎]# على نوع، وهذا ممكن لأننا وصفّنا دالة hello_macro_dervie باستخدام proc_macro_dervie وحددنا اسم HelloMacro الذي يطابق اسم سِمتنا، وهذا هو الاصطلاح الذي يتبعه معظم الماكرو الإجرائي. تحوّل دالة hello_macro_derive أولًا input من TokenStream إلى هيكل بيانات يمكن أن نفسره ونجري عمليات عليه. هنا يأتي دور syn. تأخذ دالة parse في syn القيمة TokenStream وتُعيد هيكل DeriveInput يمثّل شيفرة رست المحلّلة. تظهر الشيفرة 32 الأجزاء المهمة من هيكل DeriveInput التي نحصل عليها من تحليل السلسلة النصية struct Pancakes;‎. DeriveInput { // --snip-- ident: Ident { ident: "Pancakes", span: #0 bytes(95..103) }, data: Struct( DataStruct { struct_token: Struct, fields: Unit, semi_token: Some( Semi ) } ) } [الشيفرة 32: نسخة DeriveInput التي نحصل عليها من تحليل الشيفرة التي فيها سمة الماكرو في الشيفرة 30] تظهر حقول هذا الهيكل بأن شيفرة رست التي حللناها هي هيكل وحدة مع ident (اختصارًا للمعرّف، أي الاسم) الخاصة بالاسم Pancakes. هناك حقول أخرى في هذا الهيكل لوصف كل أنواع شيفرة رست. راجع وثائق syn من أجل DeriveInput لمعلومات أكثر. سنعرِّف قريبًا دالة impl_hello_macro، التي سنبني فيها شيفرة رست الجديدة التي نريد ضمها، لكن قبل ذلك لاحظ أن الخرج من الماكرو المشتق الخاص بنا هو أيضًا TokenStream، إذ تُضاف TokenStream المُعادة إلى الشيفرة التي كتبها مستخدمو حزمتنا المصرّفة، لذلك سيحصلون عند تصريف الوحدة المصرّفة على وظائف إضافية قدمناها في TokenStream المعدلة. ربما لاحظت أننا استدعينا unwrap لتجعل الدالة hello_macro_derive تهلع إذا فشل استدعاء الدالة syn::parse. يجب أن يهلع الماكرو الإجرائي على الأخطاء، لأنه يجب أن تعيد الدالة proc_macro_derive الـقيمة TokenStream بدلًا من Result لتتوافق مع واجهة برمجة التطبيقات للماكرو الإجرائي. بسّطنا هذا المثال باستخدام unwrap، إلا أنه يجب تأمين رسالة خطأ محددة أكثر في شيفرة الإنتاج باستخدام panic!‎ أو expect. الآن لدينا الشيفرة لتحويل شيفرة رست الموصّفة من TokenStream إلى نسخة DeriveInput لننشئ الشيفرة التي تطبّق سمة HelloMacro على النوع الموصّف كما تظهر الشيفرة 33. اسم الملف: hello_macro_derive/src/lib.rs fn impl_hello_macro(ast: &syn::DeriveInput) -> TokenStream { let name = &ast.ident; let gen = quote! { impl HelloMacro for #name { fn hello_macro() { println!("Hello, Macro! My name is {}!", stringify!(#name)); } } }; gen.into() } [الشيفرة 33: تنفيذ سمة HelloMacro باستخدام شيفرة رست المحلّلة] نحصل على نسخة هيكل Indent يحتوي على الاسم (المُعرّف) على النوع الموصّف باستخدام ast.ident. يظهر الهيكل في الشيفرة 32 أنه عندما نفّذنا دالة impl_hello_macro على الشيفرة 30 سيكون لدى ident التي نحصل عليها حقل ident مع القيمة "Pancakes"، لذلك سيحتوي المتغير name في الشيفرة 33 نسخة هيكل Ident، الذي سيكون سلسلة نصية "Pancakes" عندما يُطبع، وهو اسم الهيكل في الشيفرة 30. يسمح لنا ماكرو quote!‎ بتعريف شيفرة رست التي نريد إعادتها. يتوقع المصرف شيئًا مختلفًا عن النتيجة المباشرة لتنفيذ ماكرو quote!‎، لذا نحتاج لتحويله إلى TokenStream، وذلك عن طريق استدعاء تابع into الذي يستهلك التعبير الوسطي ويعيد القيمة من النوع TokenStream المطلوب. يؤمن ماكرو quote!‎ تقنيات قولبة templating جيدة، إذ يمكننا إدخال ‎#‎‎name ويبدّلها quote!‎ بالقيمة الموجودة في المتغير name، ويمكنك أيضًا إجراء بعض التكرارات بطريقة مشابهة لكيفية عمل الماكرو العادي. راجع توثيق الوحدة المصرّفة quote لتعريف وافي عنها. نريد أن يُنشئ الماكرو الإجرائي تنفيذًا لسمة HelloMacro للنوع الذي يريد توصيفه المستخدم، والذي نحصل عليه باستخدام ‎#‎‎name. يحتوي تنفيذ السمة دالةً واحدةً hello_macro تحتوي على الوظيفة المراد تقديمها ألا وهي طباعة Hello, ‎Macro! My name is وبعدها اسم النوع الموصَّف. الماكرو stringify!‎ المُستخدم هنا موجود داخل رست، إذ يأخذ تعبير رست مثل 1‎ + 2‎ ويحول التعبير إلى سلسلة نصية مجرّدة مثل "‎1 +2". هذا مختلف عن format!‎ و println!‎، الماكرو الذي يقيّم التعبير ويحول القيمة إلى String. هناك احتمال أن يكون الدخل ‎#‎name تعبيرًا للطباعة حرفيًا literally، لذا نستخدم stringify!‎، الذي يوفر مساحةً محجوزةً عن طريق تحويل ‎‎#‎name إلى سلسلة نصية مجرّدة وقت التصريف. الآن، يجب أن ينتهي cargo build بنجاح في كل من hello_macro و hello_macro_derive. لنربط هذه الوحدات المصرّفة مع الشيفرة في الشيفرة 30 لنرى كيفية عمل الماكرو الإجرائي. أنشئ مشروعًا ثنائيًا جديدًا في مجلد المشاريع باستخدام cargo new pancakes. نحتاج لإضافة hello_macro و hello_macro_derive مثل اعتماديات في ملف Cargo.toml الخاص بالوحدة المصرّفة pancakes. إذا نشرت النسخ الخاصة بك من hello_macro و hello_macro_derive إلى crates.io فستكون اعتماديات عادية، وإذا لم يكونوا كذلك فبإمكانك تحديدها مثل اعتماديات path على النحو التالي: hello_macro = { path = "../hello_macro" } hello_macro_derive = { path = "../hello_macro/hello_macro_derive" } ضع الشيفرة 30 في الملف src/main.rs ونفذ cargo run يجب أن تطبع Hello, Macro! My name is Pancakes!‎. كان تنفيذ سمة HelloMacro من الماكرو الإجرائي متضمنًا دون أن تحتاج الوحدة المصرفة pancakes أن تنفّذه. أضاف [‎‎derive(HelloMac‎ro)‎]# تنفيذ السمة. سنتحدث تاليًا عن الاختلافات بين الأنواع الأُخرى من الماكرو الإجرائي من الماكرو المشتق الخاص. الماكرو الشبيه بالسمة يشابه الماكرو الشبيه بالسمة الماكرو المشتق الخاص لكن بدلًا من إنشاء شيفرة لسمة derive يسمح لك بإنشاء سمات جديدة وهي أيضًا أكثر مرونة، تعمل derive فقط مع الهياكل والـتعدادات enums، يمكن أن تطبق السمات attributes على عناصر أُخرى أيضًا مثل الدوال. فيما يلي مثال عن استخدام الماكرو الشبيه بالسمة: لنقل أن لديك سمة اسمها route توصّف الدوال عند استخدام إطار عمل تطبيق ويب: #[route(GET, "/")] fn index() { تُعرَّف سمة ‏‏[route]# بإطار العمل مثل ماكرو إجرائي. ستكون بصمة دالة تعريف الماكرو على النحو التالي: #[proc_macro_attribute] pub fn route(attr: TokenStream, item: TokenStream) -> TokenStream { لدينا هنا معاملان من النوع TokenStream، الأول هو من أجل محتوى السمة (جزء GET, "/"‎)، والثاني هو لمتن العنصر الذي ترتبط به السمة والذي هو fn index‎() {}‎ في هذه الحالة والباقي هو متن الدالة. عدا عن ذلك، تعمل الماكرو الشبيهة بالسمة بنفس طريقة الماكرو المشتق الخاص عن طريق إنشاء وحدة مصرفة مع نوع الوحدة المصرّفة proc-macro وتنفذ الدالة التي تنشئ الشيفرة المرغوبة. الماكرو الشبيه بالدالة يعرّف الماكرو الشبيه بالدالة الماكرو ليشبه استدعاءات الدوال، وعلى نحوٍ مشابه لماكرو macro_rules!‎، فهي أكثر مرونة من الدوال؛ إذ يستطيع الماكرو أخذ عدد غير معروف من الوسطاء، ولكن يمكن أن يعرّف ماكرو macro_rules!‎ فقط باستخدام صيغة تشبه المطابقة التي تحدثنا عنها سابقًا في قسم "الماكرو التصريحي مع macro_rules!‎ للبرمجة الوصفية العامة". يأخذ الماكرو الشبيه بالدالة معامل TokenStream ويعدل تعريفها القيمة TokenStream باستخدام شيفرة رست كما يفعل الماكرو الإجرائي السابق. إليك مثالًا عن ماكرو شبيه بالدالة هو ماكرو sql!‎ التي يمكن استدعاؤه على النحو التالي: #[proc_macro_attribute] pub fn route(attr: TokenStream, item: TokenStream) -> TokenStream { يحلل هذا الماكرو تعليمة SQL داخله ويتحقق إذا كانت صياغتها صحيحة، وهذه المعالجة أعقد مما يستطيع macro_rules!‎ معالجته ويكون تعريف ماكرو sql!‎ على النحو التالي: #[proc_macro] pub fn sql(input: TokenStream) -> TokenStream { يشابه التعريف بصمة الماكرو المشتق الخاص، إذ أخذنا المفاتيح التي داخل القوسين وأعدنا الشيفرة التي نريد إنشاءها. ترجمة -وبتصرف- لقسم من الفصل Advanced Features من كتاب The Rust Programming Language. اقرأ أيضًا المقال السابق: الأنواع والدوال المتقدمة في لغة رست الأنماط Patterns واستخداماتها وقابليتها للدحض Refutability في لغة رست الماكرو Macro والمعالج المسبق Preprocessor في لغة سي
×
×
  • أضف...