كتابة برنامج أولي بلغة جافا

يُعرَّف البرنامج بأنّه سلسلة من التعليمات التي يستطيع الحاسب تنفيذها لأداء مهمّةٍ ما. تبدو فكرةٍ بسيطةٍ للغاية، لكن حتى يتمكن الحاسب من الاستفادة من التعليمات، يجب أن تكون هذه التعليمات مكتوبةً بصيغةٍ يستطيع الحاسب استخدامها. هذا يحتّم استخدام لغات البرمجة لكتابة هذه البرامج. تختلف لغات البرمجة عن اللغات البشرية العادية بكونها واضحةً كليًّا، وهي حازمةٌ للغاية فيما هو مسموح أو غير مسموح في البرنامج. تدعى القواعد التي تُحدد ما هو مسموح بصياغة اللغة (Syntax). تُوصّف قواعد الصياغة المفردات الأساسية للغة وكيفيّة بناء البرامج باستخدام أشياء كالحلقات والأفرع والبرامج الفرعية.

يُعرّف البرنامج صحيح الصياغة بأنّه البرنامج الذي يمكن تصريفه أو ترجمته بنجاحٍ؛ تُرفض البرامج التي تحتوي على أخطاء صياغة (ولعلّ هذا يترافق مع رسالة خطأ مفيدة تساعدك في حل المشكلة).

لذا، لكي تكون مُبرمجًا ناجحًا، عليك أن تكتسب معرفة مُفصّلة بصياغة لغة البرمجة التي ستستخدمها. بيد أنّ الصياغة هي مجرّد جانب من الأمر. ليس كافيًا أن تكتب برنامجًا يعمل، أنت تريد برنامجًا يعمل، ويقدّم نتيجة صحيحة. بكلمات أخرى، يجب أن يكون "معنى" البرنامج سليمًا.

يُشار إلى معنى البرنامج بمصطلح "الدلالة اللفظيّة" (Semantics). بكلمات أدق، تُحدّد الدلالةُ اللفظية للغة البرمجة مجموعة القواعد التي تحدد معنى البرنامج المكتوب بتلك اللغة. يُعرّف البرنامج صحيح الدلالة بأنه البرنامج الذي يقوم بما تريد له أن يقوم به.

أبعد من ذلك، يمكن للبرنامج أن يكون صحيح الصياغة والدّلالة إلا أنّ هذا لا ينفي كونه برنامجًا سيئًا. إذ أنّ استخدام اللغة على نحو صحيح لا يكافئ استخدامها على نحو مفيد. على سبيل المثال، يمتاز البرنامج الجيد بأسلوب كتابةٍ، أي أنّه يُكتب بطريقةٍ تجعل من السهل قراءته وفهمه عبر اتباع أعرافٍ معروفةٍ لدى المبرمجين الآخرين. كما أنّ البرنامج الجيّد يمتاز بتصميم شامل مفهوم للقرّاء البشريين. لا يكترث الحاسب لأمور كهذه البتة، إلّا أنها بالغة الأهمية لقارئ بشري. يُشار عادةً إلى الجوانب هذه من البرمجة بمصطلح التأويل أو التداوليات (pragmatics). (سنستخدم التعبير الأكثر شيوعًا "أسلوب" [style].)

عندما نتطرّق لميزة جديدة في اللغة، سنشرح الصياغة والدلالة وبعضًا من تداوليات تلك الميزة. عليك أوّلًا أن تحفظ الصياغة، وهذا الجانب السهل من الموضوع. ثمّ عليك فهم الدلالة عبر متابعة الأمثلة المطروحة، والتأكد من أنك تدرك كيفيّة عملها، والأفضل من ذلك أن تكتب برامج قصيرةً بنفسك لاختبارك فهمك. وعليك أن تحاول إدراك واستيعاب التداوليات، ونعني تعلّم كيفية استخدام ميزة اللغة على نحوٍ سليمٍ وذلك بأسلوبٍ يُكسبك احترام باقي المبرمجين.

لا شكّ أنّ كونك معتادًا على جميع الميزات الفردية للغة لا يعني أنّك أصبحت مُبرمجًا. لا زال عليك تعلّم كيفية بناء برامج معقدة لحل مسائل بعينها. وستحتاج في هذا الأمر إلى الخبرة والذوق. ستجد في هذا الكتاب تلميحات حول تطوير البرمجيات.

نبدأ رحلتنا في اكتشاف جافا بمسألة أضحت عُرفًا في بدايات كهذه: كتابةُ برنامج يعرض الرسالة "مرحبًا أيها العالم!". قد تبدو مسألة هامشيّة، لكن قدرتك على جعل الحاسب يقوم بذلك هي خطوةٌ أولى كبيرة في تعلم لغة برمجة جديدة (خاصةً إذا ما كانت لغتك الأولى)، وهي تعنى فهمك للعملية الأساسيّة التالية:

جلب نص البرنامج إلى الحاسب.
تصريف البرنامج، ومن ثمّ
تنفيذ البرنامج المُصرّف.

سيتطلب الأمر في الغالب عدّة محاولات لتتمكن من القيام بذلك في المرة الأولى. لن نتعمّق في تفاصيل كيفية القيام بكلّ من تلك الخطوات هنا، الأمر يتعلق بجهاز حاسبك وبيئة برمجة جافا التي تستخدمها. انظر القسم 2.6 لمعلومات حول إنشاء وتنفيذ برامج جافا في بيئات برمجة معينة.

لكن بشكلٍ عام، ستكتب البرنامج باستخدام محرر نصوص ما وتحفظ البرنامج في ملف. ثم ستستخدم أمرًا في محاولةٍ لتصريف الملف، فإمّا أن تحصل على رسالة مفادها أنّ البرنامج يحتوي على أخطاء صياغة، أو تحصل على نسخةٍ مُصرّفة إلى شيفرة جافا الثّمانيّة، وليس إلى لغة الآلة.

أخيرًا، يمكنك تنفيذ البرنامج المصرف عبر استخدام الأمر المناسب. في الواقع، ستستخدم من أجل لغة جافا مُفسرًا لتنفيذ شيفرة جافا الثمانية. قد تؤتمت بيئة البرمجة التي اخترتها بعضًا من الخطوات عوضًا عنك. على سبيل المثال، عادةً ما تتمّ خطوة التصريف أوتوماتيكيًا لكن كن متأكدًا أن الخطوات الثلاث نفسها تجري دومًا وراء الكواليس.

إليك برنامج جافا يعرض الرسالة "مرحبًا أيها العالم!". لا عليك إن لم تفهم كل ما يجري هنا الآن، حيث لن نتطرق لبعض مفاهيمه حتى بضع فصول من الآن.

/** برنامج لعرض الرسالة
 * ‫ التالية "مرحبًا أيها العالم!"
 */

public class HelloWorld {

   public static void main(String[] args) {
      System.out.println("!‏مرحبًا أيها العالم");
   }

}   // HelloWorld نهاية الصنف

الأمر الذي يعرض الرسالة في الحقيقة هو:

System.out.println("!مرحبًا أيها العالم");

الأمر السّابق مثالٌ عن تعليمة استدعاء برنامج فرعيّ إذ تستخدم "برنامجًا فرعيًّا مُدمجًا" (built-in subroutine) يُدعى System.out.println لأداء العمل الحقيقيّ. تذكّر أنّ البرنامج الفرعيّ يتألّف من تعليمات لأداء مهمةٍ ما وقد جُمّعت معًا ومُنحت اسمًا. يمكن استخدام هذا الاسم لاستدعاء البرنامج الفرعيّ متى ما احتجنا أداء تلك المهمة. البرنامج الفرعي المدمج هو برنامجٌ فرعيّ مُعرّف مسبقًا كجزء من اللغة وبذلك يكون متاحًا للاستخدام افتراضيًّا في أي برنامج.

عندما تُنفّذ هذا البرنامج، تُعرض الرسالة "مرحبًا أيها العالم" (بدون علامتي الاقتباس اللاتينية) على الخرج القياسي. مع الأسف لا أستطيع شرح معنى الخرج القياسي بالضبط. يُفترض أن تعمل جافا على العديد من المنصات المختلفة، ويعني الخرج القياسي أمرًا مختلفًا على كلّ منها. على أيّة حال، يمكنك أن تتوقع ظهور الرسالة في مكان ملائم أو غير ملائم. (إن كنت تستخدم واجهة أوامر سطرية، كتلك الموجودة في أدوات تطوير جافا التي تقدّمها شركة أوراكل، فعندما تكتب الأمر لإخبار الحاسب بتنفيذ البرنامج سيطبع الحاسب خرج البرنامج – الرسالة "مرحبًا أيها العالم!"- على السطر التالي. بيد أنّه في بيئة تطوير متكاملة مثل Eclipse، قد يظهر الخرج في واحدةٍ من نوافذ البيئة.)

لا بدّ أنك تشعر بالفضول حيال ما تبقى من أشياء في البرنامج أعلاه. يتألف جزء منه من تعليقاتٍ (comments). يتجاهل الحاسب كليًّا جميع التعليقات في البرنامج، وتقتصر أهميّة وجودها على القراء البشريين فقط. هذا لا يعني أنّها غير مهمّة. يُفترض أن يستطيع الناس كما الحواسيب قراءة البرامج، وقد يكون البرنامج بدون التعليقات صعب الفهم عليهم. يوجد نوعان من التعليقات في جافا. يبدأ النوع الأول بالشريطتين // ويمتد حتى نهاية السطر. يوجد تعليق من هذا الشكل في السطر الأخير من البرنامج أعلاه. يتجاهل الحاسب الشريطتين // وكل ما يليهما على السطر نفسه. من جهة أخرى، يبدأ النوع الثاني من التعليقات بشريطة ونجمة /* وينتهي بشريطة ونجمة */ ويمكن أن يمتد ليشمل عدة أسطر. تُمثل الأسطر الثلاث الأولى من البرنامج مثالًا عن هذا النوع من التعليقات. (للتعليق الذي يبدأ بشريطة ونجمتين /**، كالمذكور أعلاه، معنى خاص؛ حيث أنه تعليق خاص بتوثيق جافا Javadoc ويمكن استخدامه لتوليد توثيق للبرنامج. انظر القسم الفرعي 4.6.5).

كل ما عدا ذلك في البرنامج تفرضه قواعد صياغة جافا. تتمُّ البرمجة كاملةً في جافا ضمن "أصناف". ينصّ السطر الأول في البرنامج أعلاه (دون التعليق) أنّ هذا الصنف يدعى HelloWorld.

إضافةً لكونه اسم الصنف، يُمثّل الاسم "HelloWorld" اسم البرنامج أيضًا. ليس كل برنامجٍ صنفًا. لتحديد البرنامج، يجب أن يتضمن الصنف برنامجًا فرعيًّا يدعى main وذلك بتعريفٍ يأخذ الشكل الآتي:

public static void main(String[] args) {

   **تعليمات**

}

عندما تطلب من مُفسّر جافا أن ينفّذ البرنامج، يستدعي المُفسّر البرنامج الفرعيّ main()‎، وبذلك تُنفّذ التعليمات التي يحتويها.

تُؤلّف هذه التعليمات النص البرمجيّ الذي يخبر الحاسب بالضبط بما سيقوم به عند تنفيذ البرنامج. يستطيع البرنامج main()‎ استدعاء برامج فرعيّة أخرى مُعرّفة في الصنف نفسه أو حتى في أصنافٍ أخرى، لكن البرنامج main()‎ هو من يحدّد كيفية وترتيب استخدام البرامج الفرعيّة الأخرى.

تعني الكلمة public في السطر الأول من التابع ‎main‎‎()‎ أنّ هذا البرنامج (routine) يمكن استدعاؤه من خارج البرنامج. هذا الأمر بالغُ الأهميّة إذ أنّ البرنامج main()‎ يُستدعى من قبل مُفسّر جافا الذي هو أحيانًا خارجيّ بالنسبة للبرنامج نفسه. ما تبقى من السطر الأول من البرنامج أصعب من أن يُفسّر في الوقت الحالي، فكر بالأمر الآن على أنّه مجرّد صياغة ضرورية.

البرنامج الفرعيّ هو مجموعةٌ من الأوامر التي تملي ما يجب القيام به، ويتألف في جافا من سلسلة من التعليمات المحاطة بقوسين من الشكل { }.

استخدمنا هنا الكلمة «تعليمات» (statements) نيابةً عن التعليمات الفعلية في الحيز المخصص لها ضمن البرنامج. سنستخدم الترجمة العربية في الشيفرات باستمرار في هذا الكتاب للإشارة إلى حيّز ينوب عنه وصفه وتحتاج لكتابته فعلًا عندما تقوم بالبرمجة.

كما أشرنا أعلاه، لا يتواجد البرنامج الفرعي بمفرده بل يكون جزءًا من "صنف". يُعرف البرنامج من خلال صنفٍ عام يأخذ الشكل التالي:

تصريحات حزم اختيارية
استيراد حزم اختيارية


public class اسم البرنامج {

    تصريحات اختيارية لمتغيرات وبرامج فرعية

    public static void main(String[] args) {
       تعليمات برمجية
    }

    تصريحات اختيارية لمتغيرات وبرامج فرعية

}

يتعلق أول سطرَين باستخدام الحزم (packages). تُعرّف الحزمة بأنها مجموعة من الأصناف وستتعلم المزيد عنها في القسم 2.4 إلّا أنّ أمثلتنا في بادئ الأمر لن تستخدمها.

يُمثل اسم البرنامج في السطر الذي يبدأ بالكلمات المفتاحية public class اسم البرنامج واسم الصنف في آنٍ معًا. تذكر أن استخدامنا لكلمة اسم البرنامج هو نيابةً عن الاسم الفعلي. إن كان اسم الصنف HelloWorld، عند ذلك يجب حفظ الصنف في ملفٍّ يحمل الاسم HelloWorld.java. عند تصريف هذا الملف، يتولد ملف جديد يحمل الاسم HelloWorld.class. يحتوي ملف الصنف هذا على ترجمة البرنامج إلى شيفرة جافا الثمانيّة والتي يمكن تنفيذها باستخدام مفسر جافا.

يُدعى الملف HelloWorld.java بالشيفرة المصدرية (source code) للبرنامج. تحتاج لتنفيذ البرنامج إلى ملف class المُصرّف فقط وليس الشيفرة المصدرية.

لا أهمية لتنسيق هيئة البرنامج على الصفحة كاستخدام الأسطر الفارغة والمسافات البادئة فهي ليست جزءًا من صياغة أو دلالة اللغة. لا يأبه الحاسب لهيئة البرنامج ولن يتغيّر شيءٌ حتى لو كتبت برنامجك على سطرٍ واحد. بيد أنّ هيئة البرنامج وتنسيق كتابته مهمّ للقراء البشريين، وهنالك ضوابط تنسيق محددة يتبعها معظم المبرمجين.

لاحظ أيضًا أنه وفقًا لتوصيف الصياغة أعلاه، يمكن أن يحتوي البرنامج على برامج فرعية أخرى إلى جانب البرنامج الفرعيّ main()‎ إضافةٍ إلى ما يدعى بتصريح المتغيرات. ستتعلم المزيد عن كل هذا لاحقًا في الفصل 4.

ترجمة -بتصرّف- للقسم Section 2.1 The Basic Java Application من فصل Chapter 2: Programming in the Small I: Names and Things من كتاب Introduction to Programming Using Java.