مدخل إلى جافا الكتل (Blocks) والحلقات (Loops) والتفرعات (Branches) في جافا

تعتمد قدرة الحاسب على أداء مهامٍ معقدة على دمج التعليمات البسيطة ضمن بنى تحكمٍ. هناك 6 بنى تحكم كهذه في جافا، تستخدم لتحديد تدفق التحكم الطبيعي في البرنامج وتكفي ثلاث منها لكتابة برامج قادرة على أداء أيّة مهمة.بنى التحكم الستّ هي: الكتلة (block) وحلقة while وحلقة do..while وحلقة for وتعليمة if وتعليمة switch.

تُعدّ كلّ واحدة من البنى السابقة "تعليمةً" مفردة، لكنها في الواقع تعليمة بنيوية قد تحتوي بداخلها تعليمة أو أكثر.

الكتل

الكتلة (Blocks) هي الشكل الأبسط للتعليمات البنيوية، وتهدف إلى تجميع سلسلة من التعليمات في تعليمة واحدة. تأخذ الكتلة الشكل التالي:

{     
        // ضع التعليمات هنا
}

بكلمات أخرى، تتألف الكتلة من سلسلة من التعليمات المُغلّفة بين قوسين من الشكل "{ }". يمكن ألّا تحتوي الكتلة أيّة تعليمة، وتدعى عندئذٍ بالكتلة الفارغة (empty block) ومن الوارد أن تلزمك أحيانًا. تتألف الكتلة الفارغة من زوج فارغ من الأقواس فقط.

عادةً ما ترد كتل التعليمات ضمن تعليمات أخرى وتهدف إلى تجميع عدة تعليمات معًا في وحدةٍ واحدة. يمكنك في الحقيقة استخدام كتل التعليمات أينما وردت تعليمةٌ. بيد أنّ من الواجب استخدامها في حالة البرامج الفرعية -لاحظ استخدامنا لها سابقًا في حالة البرنامج الفرعي main . البرنامج الفرعيّ هو كتلةٌ بالتعريف، نظرًا لكونه سلسلةً من التعليمات المغلّفة ضمن زوج من الأقواس.

من الجدير بالذكر هنا أنّ لغة البرمجة جافا هي لغةٌ حرة التنسيق وهذا يعني عدم وجود قواعد صياغة تحدد كيفيّة ترتيب اللغة على الصفحة. يمكنك إن أردت، على سبيل المثال، كتابة كتلةٍ كاملة على سطر واحد. مع ذلك، ينبغي عليك، اتباعًا لممارسات البرمجة الفضلى، تنظيم برنامجك على نحوٍ يجعل قراءته وفهمه أسهل ما يمكن. يقتضي هذا في الحالة العامة كتابةً تعليمةٍ واحدة فقط في السطر واستخدام المسافات البادئة للإشارة إلى التعليمات المُحتواة ضمن بنى التحكم. سيُستخدم التنسيق هذا في جميع أمثلة الكتاب.إليك مثالين عن الكتل:

{
    System.out.print("الجواب هو: ");  
        System.out.println(ans);

}

{  // ‫تستبدل هذه الكتلة بين قيمتي المتغيرين x و y
   int temp;      // مُتغير مؤقت لاستخدامه ضمن هذه الكتلة
   temp = x;      // ‫احفظ نسخةً عن x صمن temp.
   x = y;         // انسخ قيمة‫ y إلى x.
   y = temp;      // ‫انسخ قيمة temp إلى y.
} 

قمنا في المثال الثاني بالتصريح عن المتغيّر temp ضمن الكتلة. التصريح عن متغيّرٍ ضمن كتلةٍ أمرٌ جائزٌ لا بل ومستحسنٌ أيضًا لا سيما إن كان استخدام المتغير مقتصرًا على تلك الكتلة. لا يمكن الوصول للمتغير المُصرّح عنه ضمن كتلة خارجها ولا يكون مرئيًّا إلا فيها. عندما ينفّذ الحاسوب تعليمة التصريح عن متغيّر، يخصص موضعًا في الذاكرة لتخزين قيمة هذا المتغيّر (نظريًّا على الأقل). عندما تنتهي الكتلة، يتم التخلّص من موضع الذاكرة ذاك ليصبح مُتاحًا للاستخدام مجددًا. يقال أنّ هذا المتغير "محلّي" ضمن الكتلة.

هناك مفهوم أكثر شمولًا يُصطلح على تسميته مجال المُعرّف (scope of an identifier). مجال المُعرّف هو جزء من البرنامج يكون فيه المعرّف صالحًا. يقتصر مجال المتغيّر المُعرّف ضمن كتلة على الكتلة نفسها، وعلى نحوٍ أدق، يقتصر مجال المتغيّر المعرّف ضمن كتلة على الجزء من الكتلة الذي يلي التصريح عنه.

حلقة while الأساسيّة

لا تؤثر تعليمة الكتلة بحدّ ذاتها على تدفق التحكم في البرنامج على عكس بنى التحكم الخمس المتبقية. تُصنّف هذه البنى إلى نوعين: تعليمات الحلقات وتعليمات التفريع. في الواقع، لا تحتاج لغة البرمجة عامّة الغرض سوى إلى بنية تحكم واحدة من كل نوعٍ وكل ما سواهما هو بغرض التسهيل والتبسيط ليس إلّا. سنتطرق في هذا القسم إلى حلقة while وتعليمة if ونؤجل الحديث عن بنى التحكم الثلاث المتبقية إلى أقسام لاحقة.

تُستخدم حلقة while لتكرار تعليمة معيّنة مرة بعد مرة. من غير المرجّح أنّك ستحتاج تكرار العملية إلى الأبد، لكنّه أمرٌ ممكن ويدعى الحلقة اللانهائية وهو غير محبّذ في الحالة العامة. هناك قصة قديمة عن رائدة علوم الحاسوب غريس موراي هوبر التي قرأت التعليمات على علبة الشامبو وكانت تنصّ على: " ارغي، اشطفي، كرري العمليّة." اتبعت غريس التعليمات حسب قولها وانتهى بها الأمر بعلبة شامبو فارغة. روت غريس القصة كمزحة حول اتباع الحواسيب للتعليمات بدون تفكير.

توخيًّا للدقة، نقول أنّ حلقة while تُكرر التعليمة مرةً بعد مرة طالما أنّ قيمة شرطٍ محدّدٍ هي true. تأخذ حلقة while الشكل الآتي:

while (تعبير منطقي)
   //ضع تعليماتك هنا

نظرًا لأنّه من الممكن والمرّجح أن التعليمة هي كتلة تعليمات، تأخذ معظم حلقات while الشكل الآتي:

while (تعبير منطقي) {
//ضع تعليماتك هنا
}

يظّن بعض المبرمجين أنّ من الواجب تضمين الأقواس دائمًا لضرورات تنسيقية حتى لو كانت ستُغلّف تعليمةً واحدة فحسب، لكننا لن نتبع هذه النصيحة في الكتاب.

أمّا دلالة تعليمة while فهي كما يلي: عندما يصادف الحاسوب تعليمة while، يقوم بتقييم التعبير المنطقي لينتج عن ذلك قيمة إما ture أو false. إذا كانت القيمة false، يتجاوز الحاسوب بقيّة حلقة while ويتابع تنفيذ الأمر الذي يليها في البرنامج. أمّا إذا كانت قيمة التعبير ture، ينفّذ الحاسوب التعليمة أو كتلة التعليمات الواردة ضمن الحلقة. بعدئذٍ، يعود الحاسوب إلى بداية حلقة while ويكرر العملية (أي يعاود تقييم التعبير المنطقي، يُنهي التنفيذ إذا كانت قيمته false، ويستمر إذا ما كانت ture). تتكرر العملية مرةً بعد مرةٍ بعد مرة حتى تصبح قيمة التعبير false عند قيام الحاسوب بتقييمه. إن لم نصل لهذه النتيجة، فستستمر الحلقة إلى الأبد.إليك مثالًا عن حلقة while بسيطة تطبع الأرقام 1، 2، 3، 4، 5:

int number;  // ‫العدد المراد طباعته.
number = 1;  // ‫ابدأ من الرقم 1.
while ( number < 6 ) { // ‫تابع طالما أن العدد أصغر من 6.
  System.out.println(number);
  number = number + 1; // ‫انتقل للعدد التالي.
}
System.out.println("انتهى التنفيذ");

ترجمة -بتصرّف- للقسم Section 2: Algorithm Development من فصل Chapter 3: Programming in the Small II: Control من كتاب Introduction to Programming Using Java.