بعض التسلسلات النصية المهمة لتعلم البرمجة

إذا قرأت المقالات السابقة من هذه السلسلة فأنت على دراية بأننا تعلمنا فيها كيف نكتب أوامر بسيطةً وحيدة المدخلات في بايثون، وعرفنا أهمية البيانات وما نفعله بها، ثم كتبنا تسلسلات أطول قليلًا (5-10 أسطر). وها نحن نقترب من كتابة برامج مفيدة، لكن لا زالت لدينا عقبة هنا، وهي خسارة البيانات والبرامج كلما خرجنا من بايثون على الحاسوب، وإذا كنت تستخدم جافاسكربت أو VBScript فسترى أنك قد خزنت تلك الأمثلة في ملفات تستطيع تشغيلها وقتما أردت، ونريد أن نفعل ذلك مع بايثون أيضًا، وقد ذكرنا من قبل أن هذا ممكن باستخدام أي محرر نصي مثل notepad أو pico ، وذلك بحفظ ملف بامتداد ‎.py ثم تشغيل الملف من محث أوامر نظام التشغيل مع كتابة اسم السكربت مسبوقًا بكلمة python، يستخدم المثال التالي تسلسلًا من أوامر بايثون، فيه كل النقاط التي شرحناها من قبل:

#  File: firstprogram.py
print( "hello world" )
print( "Here are the ten numbers from 0 to 9\n0 1 2 3 4 5 6 7 8 9" )
print( "I'm done!" )
# نهاية الملف

لاحظ أن السطرين الأول والأخير ليسا ضروريين، وهما تعليقان سنشرحها في هذا المقال، وقد أضفناهما لنوضح ما يحدث في الملف.

يمكن استخدام notepad أو أي محرر نصي لإنشاء الملف طالما سنحفظه بصيغة نصية مجردة، ولا نستخدم معالج نصوص متقدمًا مثل MS Word، لأنه يحفظ الملفات بصيغة ثنائية خاصة لا تستطيع بايثون فهمها، ولا نستخدم صيغة html التي تحوي كثيرًا من النصوص المنسقة التي لا تعني شيئًا لبايثون كذلك.

لتشغيل هذا البرنامج افتح سطر أوامر نظام التشغيل الآن، يمكنك مراجعة مقال البداية في تعلم البرمجة لمعرفة سطر أوامر النظام، وانتقل إلى المجلد الذي حفظت فيه ملف بايثون لديك، ثم نفّذه بكتابة python قبله كما ذكرنا:

D:\PROJECTS\Python> python firstprogram.py
hello world
Here are the ten numbers from 0 to 9
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 
I'm done!

D:\PROJECTS\Python>

في السطر الأول محث أوامر ويندوز إضافةً إلى الأمر الذي كتبناه، ثم خرج البرنامج معروضًا قبل أن يظهر محث ويندوز مرةً أخرى، لكن توجد طريقة أسهل، فقد يكون لدينا أكثر من إصدار لبايثون على نفس الحاسوب إذا كان النظام نفسه يستخدم الإصدار الثاني منها لبعض المهام مثلًا، وإذا كتبنا python في تلك الحالة فقد نحصل على أخطاء لم نتوقعها، ولتجنب مثل تلك الحالة نلحق رقم إصدار بايثون الذي نريد استخدامه إلى الاسم، فإذا كنا نريد الإصدار الثالث نكتب:

    D:\PROJECTS\Python> python3 firstprogram.py

لاحظ أنها صارت الآن python3 بدلًا من python فقط، وبذلك سنتجنب كثيرًا من الأخطاء على أغلب نظم التشغيل.

مزايا استخدام البيئة المتكاملة

يثبَّت مع بايثون تلقائيًا عند تثبيتها على الحاسوب تطبيق مفيد، وهو برنامج مكتوب بلغة بايثون أيضًا، ويسمى IDLE اختصارًا لبيئة التطوير المتكاملة Integrated Development Environment، وهو يعني أن فيه أدوات عديدةً مدمجةً فيه لمساعدة المبرمجين، ولن نتعمق فيه هنا، لكن نريد تسليط الضوء على مزيتين فيه، أولاهما أنه يوفر نسخةً محسنةً من محث بايثون ‎>>>‎ فيها تظليل للكلمات، حيث تُعرَض خصائص اللغة بألوان مختلفة لإبرازها، إضافةً إلى محرر نصي خاص ببايثون، يسمح لك بتشغيل ملفات برنامجك مباشرةً من داخل IDLE، وننصحك بتجربة IDLE إذا لم تكن قد فعلت، وإذا أردت شرحًا للبرنامج فانظر دليل داني يو Danny Yoo عنه.

أما في حالة استخدام ويندوز فثمة خيار آخر هو PythonWin الذي يمكن تحميله ضمن حزمة PyWin32، والذي يسمح لنا بالوصول إلى جميع دوال البرمجة الدنيا لـمكتبة MFC الخاصة بويندوز، وهو بديل جيدًا جدًا لبيئة IDLE، لكنه لا يعمل إلا على ويندوز، وستحصل عليه تلقائيًا إذا حمّلت بايثون من ActiveState، فنسختهم فيها جميع مزايا PyWin32 بما فيها Pythonwin افتراضيًا.

لكن من الناحية الأخرى فإن IDLE يأتي افتراضيًا في حزمة بايثون القياسية، وهو يعمل على أغلب أنظمة التشغيل، لذا يُستخدم أكثر، ولا تهم الأداة التي تستخدمها بأي حال طالما ليست notepad من ويندوز إذ الخيارات المتقدمة أفضل من مجرد محرر نصي بسيط.

أخيرًا، إذا كنت تفضل الأسلوب البسيط في كتابة البرامج فستجد محررات عدةً تدعم البرمجة ببايثون، حيث يوفر محرر ViM مثلًا تظليلًا للكلمات المفتاحية، ويوفر emacs وضع تعديل كامل خاص ببايثون، كما يوفر محرر Scite الخفيف تظليل الكلمات المفتاحية لبايثون إضافةً إلى مزايا أخرى. وإذا اخترت طريق المحررات النصية فستجد نفسك مع الوقت تعمل أمام ثلاث نوافذ في نفس الوقت، هي نافذة المحرر التي تكتب فيها شيفرتك المصدرية وتحفظها، وجلسة بايثون التي تجرب فيها ما تكتب من خلال محث بايثون قبل إضافتها إلى برنامجك في المحرر، وسطر أوامر نظام التشغيل الذي تستخدمه لتشغيل البرنامج من أجل اختباره.

أما أغلب المبتدئين فيفضلون أسلوب بيئات التطوير المتكاملة التي تأتي كلها في نافذة واحدة مثل IDLE، والأمر كله اختياري فيه سعة ولهذا اختر ما يناسبك، وإذا كنت تستخدم جافاسكربت أو VBScript؛ فنقترح استخدام أحد المحررات النصية المذكورة أعلاه، ومتصفح ويب حديث لجافاسكربت مثل كروم أو فاير فوكس؛ أما بالنسبة للغة VBScript فهذا يعني إنترنت إكسبلورر حصرًا، وليس متصفح Edge حتى، ويكون المتصفح مفتوحًا على الملف الذي تعمل عليه، فإذا أردت تجربة تغيير أو تعديل ما، فاضغط زر إعادة تحميل الصفحة.

التعليقات السريعة

إحدى أهم الأدوات البرمجية التي لا يشعر المبتدئون بأهميتها هي التعليقات، وهي أسطر داخل البرنامج تصف ما يحدث فيه، وليس لها أي تأثير على أداء البرنامج أو سير عملياته، فهي أسطر وصفية لما يحدث فقط، إلا أن دورها في غاية الأهمية، إذ تخبر المبرمج ما يفعله البرنامج في كل كتلة برمجية أو كل سطر، ولماذا يتصرف على هذا النحو، وتظهر أهمية التعليقات هنا إذا كان البرنامج الذي يقرؤه المبرمج قد كتبه شخص غيره، أو قد كتبه هو بنفسه لكن منذ مدة طويلة فنسي سبب اختياره لخاصية أو دالة بعينها.

وسيشعر المبرمج بأهمية التعليقات حسنة الوصف مع الوقت، وقد أضفنا تعليقات إلى بعض الشيفرات التي استخدمناها في شرح هذه السلسلة إلى الآن، فهي تلك الأسطر المسبوقة بعلامة # في بايثون، أو بعلامة ' في VBScript، وسنبدأ تدريجيًا من الآن بكتابة شرح الشيفرة في التعليقات، إلى أن يقل ما نكتبه من الشرح خارج الشيفرة ثم يختفي.

لكل لغة طريقة في ترميز التعليقات، ففي VBScript مثلًا تكون REM مثل اختصار إلى كلمة Remark أو ملاحظة، لكن يشيع استخدام العلامة ' لتؤدي نفس الوظيفة بحيث يتجاهل البرنامج أي شيء مكتوب بعدها.

REM لن يُعرض هذا السطر
' ولا هذا
msgBox "أما هذا السطر فسيُعرض"

لاحظ أن استخدام علامة اقتباس مفردةً ' مثل محدد للتعليقات في VBScript هو سبب منع بدء السلسلة النصية بها، لئلا تظن اللغة أنها تعليق، أما بايثون فتستخدم رمز # مثل حدد للتعليقات فيها، وتتجاهل أي شيء يتبعه:

v = 12     # القيمة 12 v أعط 
x = v*v    # v تساوي مربع x

غير أن هذا الأسلوب في التعليقات سيء للغاية، إذ لا يجب أن تصف التعليقات ما تفعله الشيفرة فحسب، فنحن نستطيع رؤية ذلك بأنفسنا، لكنها يجب أن تصف سبب اختيار المبرمج لهذه الدالة أو تلك القيمة:

v = 3600    # 3600 عدد الثواني في الساعة الواحدة
s = t*3600  # تحتوي الوقت المار بالساعة t
            # لذا نحولها إلى ثوانٍ.

هذه النسخة من التعليقات أكثر فائدةً إذ تشرح سبب ضرب t في 3600.

تستخدم جافاسكربت شرطتين مائلتين // مثل محدد للتعليقات، ثم تتجاهل أي شيء بعدهما، كما تسمح بعض اللغات بتعليقات متعددة الأسطر بين زوجين من الرموز، لكن هذا قد يؤدي إلى بعض الأخطاء الخفية إذا لم يوضع رمز الإغلاق، وتسمح جافاسكربت بهذا النوع من التعليقات باستخدام الرمز ‎/*‎ متبوعًا برمز الإغلاق ‎*/‎ بعد نهاية التعليقات:

<script type="text/javascript">
document.write("هذا السطر يُطبع\n");

// تعليق من سطر واحد

/* هنا تعليق نقسمه على عدة أسطر
فيحتوي على هذا السطر
وهذا السطر
وذا أيضًا
ولن يظهر أي من هذا في خرج السكربت
فإذا أردنا إنهاء التعليق نعكس رمز البدء ليكون
كما يلي: */

document.write("وهذا أيضًا");
</script>

تبرز أهمية التعليقات كما ذكرنا في أنها تشرح الشيفرة لأي شخص يحاول قراءتها، حيث يجب الحرص على توضيح الأقسام الغامضة مثل القيم العشوائية المستخدمة، أو المعادلات الحسابية المعقدة. تذكر أن ذلك القارئ المحتار في فهم شيفرتك قد يكون أنت نفسك بعد بضعة أسابيع أو أشهر.

التسلسلات باستخدام المتغيرات

لقد شرحنا مفهوم المتغيرات في مقال مدخل إلى البيانات وأنواعها: أنواع البيانات الأساسية، وقلنا إنها عناوين نعلّم بها بياناتنا من أجل الإشارة إليها في المستقبل، ورأينا بعض الأمثلة عن استخدام المتغيرات في عدة أمثلة لقوائم ودفاتر عناوين، غير أن المتغيرات بالغة الأهمية في البرمجة إلى الحد الذي يجعلنا نعيد مراجعة كيفية استخدامها مرةً أخرى قبل أن ننتقل إلى جزء جديد.

اكتب ما يلي في محث بايثون، سواءً في صدفة IDLE أو في نافذة أوامر دوس أو يونكس:

>>> v = 7
>>> w = 18
>>> x = v + w    # استخدم متغيرنا في عملية حسابية
>>> print( x )

ما حدث في الشيفرة أعلاه هو أننا أنشأنا المتغيرات v وw وx وعدّلناها، وهذا أشبه بزرّ M على حاسبة الجيب القديمة التي تخزن نتيجةً لاستخدامها لاحقًا، يمكن تحسين تلك الشيفرة باستخدام سلسلة تنسيق لطباعة النتيجة:

>>> print( "The sum of %d and %d is: %d" % (v,w,x) )

إحدى مزايا سلاسل التنسيق هنا أننا نستطيع تخزينها في متغيرات أيضًا:

>>> s = "The sum of %d and %d is: %d"
>>> print( s % (v,w,x) )   # هذا مفيد عند طباعة نفس الخرج بقيم مختلفة

هذا يقصّر كثيرًا من طول تعليمة الطباعة، خاصةً حين تحتوي على قيم كثيرة، لكنه يجعلها أكثر غموضًا، وعندها تقرر بنفسك أيهما الأفضل من حيث القراءة: الأسطر الطويلة أم القصير؟ فإذا أبقينا سلسلة التنسيق هنا إلى جانب تعليمة الطباعة كما فعلنا فهذا حسن.

يفضل تسمية المتغير بطريقة تشرح الغرض من وجوده، فبدلًا من تسمية سلسلة التنسيق باسم s، يفضل تسميتها sumFormat فتبدو الشيفرة كما يلي:

>>> sumFormat = "The sum of %d and %d is: %d"
>>> print( sumFormat % (v,w,x) )   # هذا مفيد عند طباعة نفس الخرج بقيم مختلفة

يمكن معرفة أي تنسيق تمت طباعته بمجرد النظر إليه في هذا البرنامج لأنه لا يحتوي على سلاسل تنسيق كثيرة، لكن لا تزال فكرة التسمية المنطقية للمتغيرات ساريةً هنا، وسنحاول قدر الإمكان استخدام أسماء ذات معنى في ما يلي من الشرح؛ أما المتغيرات التي ذكرناها إلى الآن فلم يكن لها معنىً يستحق التسمية.

أهمية الترتيب

قد يظن المرء أن بنية التسلسل تلك مبالغ فيها لبداهتها، ولعل هذا صحيح بما أنها بديهية فعلًا، لكن الأمر ليس بتلك البساطة التي يبدو عليها، فقد تكون هناك مشاكل خفية كما في حالة الرغبة في ترقية جميع الترويسات في ملف HTML مثلًا، بمقدار رتبة واحدة، انظر المثال التالي، حيث تُميَّز الترويسات في HTML بإحاطة النص بوسم يشير إلى أنها ترويسة مع رتبتها:

<h1> نص </h1> لترويسة المستوى الأول
<h2> نص </h2> لترويسة المستوى الثاني
<h3> نص </h3> لترويسة المستوى الثالث

والمشكلة هنا أننا حين نصل إلى المستوى الخامس يصير نص الترويسة أصغر من نص المتن العادي نفسه، مما يبدو غريبًا على القارئ إذ يرى نص العنوان أصغر من متنه، وعلى ذلك نريد ترقية جميع الترويسات دفعةً واحدةً، يسهُل هذا بعملية بحث واستبدال في محرر نصي بسيط بأن نستبدل h2 بـ h1 مثلًا، لكن ماذا لو بدأنا بالأرقام الأكبر، مثل h4 إلى h3، ثم h3 إلى h2 وهكذا؛ سنجد في النهاية أن جميع الترويسات صارت من المستوى الأول h1، وهنا تبرز أهمية ترتيب الأحداث والإجراءات، وذلك ينطبق في حالة كتابتنا لبرنامج ينفذ عملية الاستبدال، وهو ما سنفعله على الأغلب بما أن ترقية الترويسات عملية واردة الحدوث، وقد رأينا أمثلةً أخرى نستخدم فيها المتغيرات والتسلسلات في مقالي مدخل إلى البيانات وأنواعها: أنواع البيانات الأساسية ومدخل إلى البيانات وأنواعها: التجميعات Collections، خاصةً أمثلة دفتر العناوين. جرب التفكير في أمثلة مشابهة لحلها، وإذا أتممت هذا فسننتقل إلى دراسة حالة جديدة نطورها بالتدريج كلما تقدمنا في هذه السلسلة، لنحسنها مع كل تقنية نتعلمها.

جدول الضرب

سنشرح الآن تدريبًا برمجيًا نطوره معنا أثناء دراسة المقالات التالية، وستتطور حلوله تدريجيًا مع تعلم تقنيات جديدة، ذكرنا أننا نستطيع كتابة سلاسل نصية طويلة بتغليفها بعلامات اقتباس ثلاثية، لنستخدم هذا الأسلوب لبناء جدول ضرب:

>>> s = """
1 x 12 = %d
2 x 12 = %d
3 x 12 = %d
4 x 12 = %d
"""   # احذر وضع تعليقات في السلاسل النصية 
>>>   # إذ ستكون جزءًا من السلسلة نفسها
>>> print( s % (12, 2*12, 3*12, 4*12) )

إذا وسعنا الشيفرة السابقة فسنتمكن من طباعة جدول ضرب العدد 12 كاملًا من 1 إلى 12، لكن هل من طريقة أفضل؟ بالتأكيد، وهي ما سنراها في الجزئية الموالية من هذه السلسلة.

خاتمة

عرفنا في هذا المقال أن IDLE هي بيئة تطوير خاصة بكتابة برامج بايثون وتطويرها، وأن التعليقات تسهل قراءة البرامج وفهمها، ولا تأثير لها على سير العمليات في البرنامج، وأن المتغيرات تستطيع تخزين نتائج بينية من أجل استخدامها لاحقًا.

ترجمة -بتصرف- للفصل السادس: More Sequences and Other Things من كتاب Learning To Program لصاحبه Alan Gauld.