أساسيات لغة جافا التعامل مع المدخلات وإظهار المخرجات في لغة جافا

كانت البرامج التي اطلعنا عليها لحد الآن تعرض رسائل على الشاشة فقط، الذي لا يشتمل على حسابات حقيقية كثيرة. سيبين لك هذا الفصل طريقة قراءة الدخل من لوحة المفاتيح، واستخدام ذلك الدخل لحساب نتائج معينة، ثم تنسيق تلك النتائج وعرضها على الخرج.

صنف System

لقد استخدمنا System.out.println كثيرًا، لكن ربما لم تنتبه لمعناها. System هو صنف يوفر توابع متعلقة "بالنظام" (system) أو البيئة التي تعمل فيها البرامج. كما أنه يوفر أيضًا System.out، وهي قيمة خاصة توفر توابع لعرض الخرج، ومنها تابع println.

في الواقع، يمكنك استخدام System.out.println لعرض قيمة System.out:

System.out.println(System.out);

النتيجة هي:

java.io.PrintStream@685d72cd

يدل هذا الخرج على أن System.out هو PrintStream، معرف ضمن حزمة تدعى java.io. الحزمة (package) هي مجموعة من الأصناف المتعلقة ببعضها؛ تحوي حزمة java.io الأصناف المتعلقة بالدخل والخرج اللذان يرمز لهما بالحرفين I/O والتي تعني Input and Output.

أما الأرقام والأحرف بعد علامة @ فهي تمثل عنوان (address) الكائن System.out بشكل رقم ست عشري (في الأساس 16). عنوان القيمة هو موقعها في ذاكرة الحاسوب، وهذا الموقع قد يختلف بين الحواسيب المختلفة (أو عند تشغيل البرنامج في المرات التالية). كان العنوان في هذا المثال 685d72cd، لكن إذا شغلت البرنامج نفسه ثانية فقد تحصل على عنوان مختلف.

كما يبين الشكل التالي، الصنف System معرفٌ في ملف اسمه System.java، وهناك ملف آخر يعرف فيه الصنف PrintStream اسمه PrintStream.java. هذه الملفات تابعة لمكتبة (library) لغة Java، وهي عبارة عن مجموعة ضخمة من الأصناف التي تستطيع استخدامها في برامجك.

تشير تعليمة System.out.println إلى المتغير out ضمن الصنف System، وهو كائن من النوع PrintStream يوفر تابعًا يدعى println.

صنف Scanner

يحوي الصنف System أيضًا القيمة الخاصة System.in، وهي InputStream يوفر توابع لقراءة الدخل من لوحة المفاتيح. استخدام هذه التوابع ليس سهلًا؛ لكن لحسن الحظ أن Java توفر أصنافًا أخرى تسهل مهام الإدخال الشائعة.

مثلًا، يوفر الصنف Scanner توابع لإدخال الكلمات، والأرقام، وغيرها من البيانات. يتوفر Scanner في الحزمة java.util، التي تحوي أصنافًا مفيدة جدًا تدعى "utility classes" (أصناف المرافق). قبل أن تتمكن من استخدام Scanner، عليك استيراده كالتالي:

import java.util.Scanner;

توضح تعليمة الاستيراد (import statement) للمترجم أنك عندما تقول Scanner فأنت تقصد أحد الأصناف المعرفة في java.util. هذه التعليمة ضرورية لأنه يحتمل وجود أصناف أخرى اسمها Scanner في حزم أخرى. استخدام تعليمة الاستيراد يجعل الكود واضحًا.

لا يمكن استخدام تعليمات الاستيراد داخل تعريف صنف. تقليديًا، توضع تعليمات الاستيراد في بداية الملف.

بعد ذلك عليك إنشاء Scanner:

Scanner in = new Scanner(System.in);

يصرح هذا السطر عن متغير من نوع Scanner ويسميه in وينشئ كائنًا جديدًا من نوع Scanner الذي يستقبل المدخلات من System.in.

يوفر Scanner تابعًا يدعى nextLine الذي يقرأ الدخل من لوحة المفاتيح وترجع String. في المثال التالي نقرأ سطرين ونعيد إخراجهما للمستخدم:

import java.util.Scanner; 

public class Echo { 
  
  public static void main(String[] args) { 
    String line; 
    Scanner in = new Scanner(System.in); 
    
    System.out.print("Type something: "); 
    line = in.nextLine(); 
    System.out.println("You said: " + line); 
    
    System.out.print("Type something else: "); 
    line = in.nextLine(); 
    System.out.println("You also said: " + line); 
  } 
}

إذا أغفلت تعليمة الاستيراد ثم استخدمت Scanner سوف يعطي المترجم خطأ يشبه "Cannot find symbol" (لا يمكن العثور على الرمز). هذا يعني أن المترجم لا يعرف ماذا تعني عندما تقول Scanner.

لعلك تتساءل لم يمكننا استخدام الصنف System دون استيراده؟ السبب هو أن الصنف System ينتمي لحزمة java.lang، التي تستورد آليًا في جميع البرامج. حسب وثائق اللغة فإن java.lang "توفر أصنافًا جوهرية في تصميم لغة البرمجة Java". صنف String ينتمي أيضًا لحزمة java.lang.

بنية البرنامج

لقد تعرفنا الآن على كافة العناصر التي تتكون منها برامج Java. يوضح الشكل التالي هذه العناصر التنظيمية.

عناصر لغة Java، من الأكبر إلى الأصغر

كمراجعة سريعة، الحزمة هي مجموعة أصناف، والأصناف تعرف فيها توابع. التوابع تحوي تعليمات، والتعليمات قد تحوي تعابير. تتكون التعابير من علامات (tokens)، وهي العناصر الأساسية للبرنامج، وتشمل الأرقام، وأسماء المتغيرات، والعوامل الحسابية، والكلمات المفتاحية، والرموز مثل الأقواس والفواصل المنقوطة.

تأتي النسخة القياسية من Java مزودة بعدة آلاف من الأصناف التي يمكنك استيرادها، وهذا مثير جدًا ومخيف في نفس الوقت. يمكنك تصفح مكتبة جافا حيث أنها نفسها مكتوبة بلغة Java.

لاحظ أن هناك فرق كبير بين لغة Java، التي تُعرّف التراكيب النحوية ومعاني العناصر المبينة في الشكل السابق، وبين مكتبة Java، التي توفر الأصناف المرفقة مع اللغة.

التحويل من إنش إلى سنتيمتر

دعنا نلق نظرة على مثال مفيد قليلًا. رغم أن معظم دول العالم اعتمدت النظام المتري للأوزان والمقاييس، إلا أن بعض الدول لا تزال عالقة مع الواحدات الإنكليزية. مثلًا، عندما يتحدث الأمريكان مع أصدقائهم من أوربا عن الطقس، قد يحتاجون للتحويل بين الدرجات المئوية والفهرنهايت. أو قد يرغبون بتحويل الأطوال من واحدة الإنش إلى السنتيمتر.

يمكننا كتابة برنامج يساعد في ذلك. سنستخدم Scanner لإدخال القياسات بالإنش، ثم نحولها إلى سنتيمتر، ثم نعرض النتائج. تصرح السطور التالية عن المتغيرات وتنشئ Scanner:

int inch; 
double cm; 

Scanner in = new Scanner(System.in);

الخطوة التالية هي طلب المدخلات من المستخدم. سنستخدم تعليمة print بدلًا من println حتى يتمكن من كتابة المدخلات على نفس السطر. وسنستخدم تابع nextInt من الصنف Scanner، التي تقرأ الدخل من لوحة المفاتيح وتحوله إلى عدد صحيح:

System.out.print("How many inches? "); 
inch = in.nextInt();

بعد ذلك، سوف نضرب الرقم المدخل بالقيمة 2.54، بما أننا نعرف أن كل إنش هو 2.54 سنتيمتر، ثم نعرض النتيجة:

cm = inch * 2.54; 
System.out.print(inch + " in = "); 
System.out.println(cm + " cm");

هذه الأكواد تعمل بشكل صحيح، لكن هناك مشكلة صغيرة. إذا قرأ مبرمج آخر هذا الكود، فقد يتساءل من أين أتت القيمة 2.54. من أجل مصلحة الآخرين (ومصلحتك المستقبلية) يفضل إسناد هذه القيمة إلى متغير له اسم واضح. سنوضح ذلك في القسم التالي.

القيم الحرفية والثوابت

تدعى القيم التي تكتب في البرنامج، مثل 2.54، بالقيم الحرفية (literals). بشكل عام، ليس هناك مشكلة باستخدام القيم الحرفية. لكن عندما تظهر أرقام مثل 2.54 في التعابير دون أي تفسير، سوف تجعل الكود أصعب على القراءة. وإذا ظهرت القيمة نفسها مرات عديدة، وكانت هناك احتمال أن تتغير هذه القيمة في المستقبل، فهذا يجعل الكود أصعب على الصيانة والتجديد.

هذه القيم تدعى أحيانًا الأرقام السحرية (magic numbers) (مع العلم أن الأشياء "السحرية" ليست جيدة هنا). من الممارسات الجيدة إسناد هذه القيم السحرية إلى متغيرات لها أسماء معبرة، كما يلي:

double cmPerInch = 2.54; 
cm = inch * cmPerInch;

هذه النسخة أسهل للقراءة وأقل عرضة للخطأ، لكن لا يزال هناك مشكلة. المتغيرات تتغير، لكن عدد السنتيمترات في الإنش الواحد لا يتغير. يجب ألا تتغير قيمة cmPerInch بعد إسناد قيمته أول مرة. توفر Java الكلمة المفتاحية final لفرض هذا الشرط.

final double CM_PER_INCH = 2.54;

التصريح عن متغير بكلمة final يعني أنه لا يمكن إسناد قيم جديدة له بعد نهيئته أول مرة. إذا حاولت تغيير قيمته، سوف يعطيك المترجم خطأ. تدعى المتغيرات التي يصرح عنها بكلمة final بالثوابت (constants). حسب التقاليد، تكتب أسماء الثوابت بحروف كبيرة، وتستخدم الشرطة المنخفضة (_) للفصل بين الكلمات.

ترجمة -وبتصرف- للفصل Input and output من كتاب Think Java: How to Think Like a Computer Scientist لكاتبيه Allen B. Downey و Chris Mayfield.