الزلات البرمجية والأخطاء في جافاسكريبت

اقتباس

بات إصلاح الأخطاء وتنقيحها في الشيفرة البرمجية أصعب بمرتين من كتابة الشيفرة نفسها، ولا أرى المرء أهلًا لتنقيح الشيفرة إن كان يتذاكى في كتابتها.

ـــ برايان كِرنيجان Brian Kernighan، وفيلِب جيمس بلوجر Phillip James Plauger، كتاب عناصر أسلوب البرمجة.

تُسمى الأخطاء في برامج الحاسوب عادةً بالزلات bugs، ونحن من نضع هذه الزلات في برامجنا بأيدينا حين نخطئ في شيء ما، أو ننسى رمزًا، أو محرفًا، أو نضع واحدًا في غير محله، وإن كان يحلو للكثير منا أن يظن بأنها تزحف من تلقاء نفسها إلى داخل الشيفرة، ولو قلنا أن البرنامج هو فكرة متبلورة في ذهن المبرمج، فاحتمالية حدوث ثغرة أو خطأ برمجي في هذا البرنامج لن تخرج من أحد شيئين:

الفكرة نفسها معيبة أو مشوهة.
حدوث خطأ أثناء ترجمة البرنامج من فكرة إلى شيفرة برمجية.

والحالة الثانية أيسر في اكتشافها وحلها من الأولى، إذ يكون البرنامج سليمًا عدا هذه الثغرة أو الخطأ؛ أما إن كان البرنامج كله مشوهًا نتيجة عيب في كل من الفكرة والمبدأ اللذَين بُني عليهما، فسيكون ذلك أصعب بكثير، ويُطلق على عملية اكتشاف الأخطاء وتصحيحها في الاصطلاح الأجنبي debugging.

اللغة

سبب أغلب الأخطاء التي تحدث في البرامج التي نكتبها كما ذكرنا هو نحن المبرمجين، ولو كان الحاسوب يَعقل لقذف تلك المشاكل في وجوهنا، وإذا علمت مرونة جافاسكربت العالية لأدركت مدى صعوبة تنقيح الأخطاء الموجودة في شيفراتك التي تكتبها.

تُعَدّ بنية الرابطات bindings، والخصائص properties مبهمةً إلى الحد الذي يندر معه اكتشاف الأخطاء الكتابية قبل تشغيل البرنامج، وحتى عند التشغيل، إذ تسمح لك بالقيام بأمور غير منطقية دون تنبيهك إليها مثل حساب `true * "monkey"‎.

لكن رغم تلك المرونة الكبيرة في جافاسكربت، إلا أن لها حدودًا لا تتسامح معها، فمثلًا، ستجعل الحاسوب ينبهك فورًا إذا كتبت برنامجًا لا يتبع قواعدها وبنيتها اللغوية؛ كما سيُحدث استدعاء شيء ما غير الدوال أو البحث عن خاصية في قيمة غير معرفة خطأً يُرسَل في تقرير حين يحاول البرنامج تنفيذ هذا الإجراء -أي عند الاستدعاء أو البحث في هاتين الحالتين-.

لكن الغالب أنه لن تُنتج حساباتك الغير منطقية سوى NaN -أي ليس عددًا Not A Number-، أو قيمة غير معرفة undefined value، وسيتابع البرنامج تنفيذه ظانًا أنه يقوم بشيء مفيد، إذ لن تظهر المشكلة إلا لاحقًا بعد مرور تلك القيمة الزائفة على عدة دوال، وقد لا تُطلق إنذار الخطأ على الإطلاق، لكنها تتسبب في خطأ الخرج الناتج من البرنامج في نفس الوقت! وبناءً على ذلك فمن الصعب العثور على مصدر مثل تلك المشاكل.

الوضع الصارم

يمكن تقييد جافاسكربت للحد من مرونتها العالية، وذلك من خلال تفعيل الوضع الصارم strict mode فيها، ويكون هذا بوضع السلسلة النصية "use strict" في رأس الملف أو متن الدالة، انظر مثالًا لذلك كما يلي:

function canYouSpotTheProblem() {
  "use strict";
  for (counter = 0; counter < 10; counter++) {
    console.log("Happy happy");
  }
}

canYouSpotTheProblem();
// → ReferenceError: counter is not defined

إذا نسيت وضع let قبل الرابطة، كما في حالة counter التي في المثال أعلاه، فستُنشِئ جافاسكربت رابطةً عامةً global binding وستستخدِمها؛ أما في الوضع الصارم فلا يحدث ذلك، بل تبلغك اللغة بالخطأ، وذلك أكثر فائدةً لك في البرمجة؛ لكن يجب الانتباه إلى أن هذا لا يحدث حين تكون الرابطة موجودة أصلًا على أساس رابطة عامة، ففي تلك الحالة ستظل الحلقة التكرارية تستبدل قيمة الرابطة.

كما تحمل رابطة this في الوضع الصارم قيمةً غير معرفة undefined في الدوال التي لا تُستدعى على أساس توابع methods؛ أما في الاستدعاء العادي، فستشير this إلى كائن النطاق العام global scope object الذي تكون خصائصه هي الرابطات العامة، فإن استدعيت تابعًا أو بانيًا بالخطأ في الوضع الصارم، فستعطيك جافاسكربت الخطأ بمجرد محاولة قراءة شيء من this بدلًا من الكتابة في النطاق العام، فمثلًا، انظر الشيفرة التالية التي تستدعي دالة باني دون كلمة new المفتاحية كي لا تشير this فيها إلى كائن باني جديد:

function Person(name) { this.name = name; }
let osama = Person("Osama"); // oops
console.log(name);
// → Osama

ينجح هنا هذا الاستدعاء الزائف إلى person، لكنه يعيد قيمةً غير معرَّفة، وينشئ رابطة name العامة؛ أما في الوضع الصارم فستكون النتيجة مختلفةً، انظر كما يلي:

"use strict";
function Person(name) { this.name = name; }
let osama = Person("Osama"); // forgot new
// → TypeError: Cannot set property 'name' of undefined

كما ترى فقد أخبرتنا اللغة مباشرةً بوجود خطأ ما، وهذا أكثر فائدةً لنا لا ريب.

لحسن حظنا فستشتكي البواني constructors التي أُنشئت باستخدام صيغة class إذا استُدعيت من غير new، مما يجعل هذه المشكلة أقل إزعاجًا حتى في الوضع العادي أو خارج الوضع الصارم، وإضافةً إلى ما سبق، فيملك الوضع الصارم بعض الخصائص الأخرى، إذ يرفض إعطاء دالة ما عوامل متعددة بالاسم نفسه، كما يزيل بعض مزايا اللغة المسببة لمشاكل مثل تعليمة with التي لن نذكرها مرةً أخرى في هذه السلسلة لكثرة مشاكلها.

لن يؤذيك ولن يضرك استخدام الوضع الصارم عن طريق كتابة `"use strict" في المجمل، وإنما ينفعك ويفيدك في اكتشاف المشاكل.

الأنواع Types

تريد بعض اللغات معرفة أنواع الرابطات والتعبيرات قبل تشغيل البرنامج، حيث ستخبرك مباشرةً إذا استُخدِم أحد الأنواع بصورة متناقضة؛ أما جافاسكربت فلا تنظر إلى الأنواع إلا عند تشغيل البرنامج، كما تحاول ضمنيًا تحويل القيم إلى الأنواع التي تتوقعها هي عادةً.

لكن مع هذا، تقدم الأنواع إطار عمل framework مفيدًا عند الحديث عن البرامج، فتَنتج أكثر الأخطاء من الجهل بنوع القيمة الداخلة إلى دالة أو الخارجة منها، فإذا كانت عندك هذه المعلومات مكتوبةً، فسيقل احتمال حدوث تلك الأخطاء لا ريب، حيث تستطيع إضافة تعليق مثل الذي في الشيفرة التالية قبل دالة goalOrientedRobot التي أنشأناها في المقال السابق لتصف نوعها:

// (VillageState, Array) → {direction: string, memory: Array}
function goalOrientedRobot(state, memory) {
  // ...
}

هناك العديد من الاصطلاحات المتّبَعة لإدخال الأنواع في برامج جافاسكربت، وتحتاج الأنواع إلى تحديد مدى تعقيدها لتستطيع وصف ما يكفي من الشيفرة بحيث يكون مفيدًا، فماذا يكون النوع الخاص بدالة randomPick مثلًا التي تعيد عنصرًا عشوائيًا من مصفوفة ما؟

سنحتاج إلى تحديد متغير نوع type variable، وليكن T مثلًا الذي سيمثل أي نوع، وبذلك نستطيع إعطاء randomPick نوعًا مثل ‎([T]) → T، وهي دالة من مصفوفة مكونة من Ts إلى T.

إذا كانت الأنواع الموجودة في البرنامج معروفةً، فسيتمكن الحاسوب من التحقق منها بدلًا عنك، وذلك ليُخرج لك الأخطاء قبل تشغيل البرنامج.

هناك العديد من أشكال جافاسكربت التي تضيف الأنواع إلى اللغة وتتحقق منهم، لعل أشهرها لغة TypeScript، وننصحك بتجربتها إن كنت تريد إضافة بعض الصرامة إلى برامجك؛ أما في هذه السلسلة فسنعمل بجافاسكربت العادية.

الاختبار

إذا لم تعيننا اللغة على إيجاد الأخطاء، فيجب البحث عنهم بالطريقة الصعبة من خلال تشغيل البرنامج، وعندها سنرى إن كان سيعمل كما خططنا له أم لا، لكن تنفيذ هذا يدويًا مرةً بعد مرة ليس الطريقة المثلى للبرمجة، حيث تُعَدّ مزعجةً وغير عملية بما أنها تستغرق وقتًا طويلًا وجهدًا مضنيًا لاختبار كل شيء في كل مرة تغير فيها شيئًا واحدًا.

كما سنستغل قدرة الحواسيب الهائلة في العمليات التكرارية، بما أن الاختبار في حد ذاته عملية تكرارية، فلمَ لا نجعل هذه العملية مؤتمتةً؟ وسيكون ذلك بكتابة برنامج اختبار يتحقق من البرنامج الخاص بنا.

وقد تقف هنا لحظة لتقول ألم نرد وسيلةً لنقلل بها الجهد الواقع علينا؟ ونجيبك أن بلى، لكن الجهد الذي ستبذله مرةً واحدةً فقط في كتابة هذا الاختبار، سيغنيك طيلة العمل على البرنامج محل المشروع نفسه الذي بين يديك، وستشعر أن بيديك قوةً خارقةً لا تأخذ سوى بضع ثواني، حيث سيتحقق من عمل برنامجك بكفاءة في كل المواقف التي كتبت اختبارات لها، وستلاحظ مباشرةً فور تعطيلك لشيء ما بالخطأ، بدلًا من مرور الخطأ وعدم الشعور به إلا حين تقابله صدفةً مرةً أخرى أثناء العمل على شيء جديد.

تأخذ الاختبارات عادةً صورة برامج صغيرة معنونة لتتحقق من أجزاء بعينها في شيفرتك، فمثلًا، ستكون بعض الاختبارات القياسية لتابع toUpperCase -والتي لعل أحدًا غيرنا اختبرها من قبل- على الصورة التالية:

function test(label, body) {
  if (!body()) console.log(`Failed: ${label}`);
}

test("convert Latin text to uppercase", () => {
  return "hello".toUpperCase() == "HELLO";
});
test("convert Greek text to uppercase", () => {
  return "Χαίρετε".toUpperCase() == "ΧΑΊΡΕΤΕ";
});
test("don't convert case-less characters", () => {
  return "مرحبا".toUpperCase() == "مرحبا";
});

تُنتِج كتابة الاختبارات التي تحاكي المثال أعلاه شيفرات متكررةً وغريبةً، ولحل هذه المشكلة فلدينا برامج ستساعدك على بناء وتشغيل تجميعات مختلفة من الاختبارات (حِزم اختبارات)، وذلك من خلال توفير لغة مناسبة في شكل دوال وتوابع تناسب كتابة الاختبارات، وكذلك بإخراج معلومات مفيدة حينما يفشل أحد تلك الاختبارات، ويطلق على ذلك عادةً اسم منفِّذات الاختبارات test runners.

كلما زاد عدد الكائنات الخارجية التي تتعامل الشيفرة معها، صعُب إعداد سياق لاختبارها فيه، وقد كان أسلوب البرمجة الذي عرضناه في المقال السابع أسهل في الاختبار، حيث استخدَم قيمًا ثابتةً persistent values عوضًا عن كائنات متغيرة.

التنقيح Debugging

إذا عرفت أن ثمة شيء في برنامجك يجعله يتصرف على نحو لم تتوقعه أو ينتج أخطاءً، فالخطوة التالية منطقيًا هي معرفة ما هو ذلك الشي أو هذه المشكلة، وقد تكون تلك المشكلة واضحةً أحيانًا، إذ تشير رسالة الخطأ إلى سطر بعينه في برنامجك، حيث سترى المشكلة إذا نظرت إلى وصف الخطأ وذلك السطر بنفسك.

لكن أحيانًا يكون السطر المسبب للمشكلة ضحيةً لاستخدام قيمة متذبذبة وغير مستقرة عليه، بحيث تكون تلك القيمة منتَجةً في مكان آخر، وتُستخدم في هذا السطر بصورة خاطئة، ومن المحتمل رؤيتك لهذا إن جربت حل التمارين التي في الفصول السابقة من هذه السلسلة.

يحول البرنامج في المثال التالي العدد الصحيح إلى سلسلة نصية في نظام ما سواءً كان ثنائيًا، أو عشريًا، أو غيرهما، وذلك بأخذ آخر رقم، ثم تقسيم العدد للتخلص من ذلك الرقم، وهكذا دواليك، لكن يشير الخرج الذي ينتجه البرنامج الآن إلى وجود خطأ ما.

function numberToString(n, base = 10) {
  let result = "", sign = "";
  if (n < 0) {
    sign = "-";
    n = -n;
  }
  do {
    result = String(n % base) + result;
    n /= base;
  } while (n > 0);
  return sign + result;
}
console.log(numberToString(13, 10));
// → 1.5e-3231.3e-3221.3e-3211.3e-3201.3e-3191.3e-3181.3…

لعلك انتبهت إلى المشكلة إذا نظرت إلى الشيفرة أعلاه، لكن نريدك التخيل للحظة أنك لا تعرفها ولم تلاحظها.

لنبحث في سياق الحل والتنقيح الذي يجب عمله، إذ نعلم بعدم تصرف برنامجنا على النحو الذي نريده ونريد معرفة السبب، فهنا يجب مقاومة الرغبة في إجراء تغييرات عشوائية في الشيفرة من دون تفكير مسبق، وتحليل للقرار والتغييرات التي تجريها.

نريدك الآن الوقوف للحظة، والتفكير، وتحليل الموقف وما يحدث مع البرنامج، وجمع الملاحظات حول ذلك، للخروج بنظرية حول سبب الخطأ، ثم اختبار تلك النظرية، وستكون إحدى طرق ذلك بوضع بعض استدعاءات console.log في البرنامج لتحصل على معلومات إضافية عما يفعله، كما نريد هنا في حالتنا لـ n أخذ القيم 13، و1، ثم 0.

لنكتب قيمتها في بداية الحلقة التكرارية:

13
1.3
0.13
0.013
…
1.5e-323

لا تعطي قسمة 13 على 10 عددًا صحيحًا، لذلك نريد n = Math.floor(n / base)‎ بدلًا من n /= base كي يتحرك العدد إلى اليمين كما نريد.

المزايا التي توفرها أداة المنقِّح debugger والتي تأتي مدمجةً في المتصفحات هي إحدى الوسائل التي نستطيع استخدامها كي ننظر في سلوك البرنامج ونختبره، إذ تكون في هذه المتصفحات مزية إنشاء نقطة توقف breakpoint عند سطر بعينه داخل البرنامج، حيث سيتوقف تنفيذ البرنامج عند وصوله إلى ذلك السطر كي تنظر أنت في قيم الرابطات عند هذه النقطة وتفحصها، ولأن المنقِّحات تختلف من متصفح لآخر، فلن نخوض بك في تفاصيل هذه المزايا أكثر من ذلك، إذ سنترك لك حرية النظر في أدوات المطور في متصفحك، أو البحث في شبكة الويب عن مزيد من المعلومات عن هذا الأمر.

بالعودة إلى فحص سلوك البرنامج، فمن الممكن إنشاء نقطة توقف بوضع تعليمة debugger في برنامجك، وهي تتكون من تلك الكلمة المفتاحية فقط، فإن كانت أدوات المطور مفعَّلة في متصفحك، فسيتوقف البرنامج عند وصوله إلى هذه التعليمة.

توليد الخطأ

لا يمكن للمبرمج منع كل الأخطاء الوارد حدوثها في البرنامج، خاصةً إذا كان البرنامج يتواصل مع العالم الخارجي بأيّ طريقة كانت، إذ من الممكن تلقيه مدخلات خاطئة، أو تحميله بأحمال ومهام زائدة عن طاقته، أو تفشل الشبكة التي يتواصل من خلالها، وذلك على سبيل المثال لا الحصر.

لا تشغل بالك بشأن تلك المشاكل إذا كنت تبرمج لنفسك فقط، حيث تستطيع تجاهلها إلى حين حدوثها، ثم تتعامل معها حينها، لكن إن كنت تبني برنامجًا أو أداةً لعميل لك، أو برنامجًا سيستخدمه غيرك، فيجب أن تضع في حساباتك احتمالات التصرفات غير السليمة وغير المتوقعة، فقد يكون الحل الأمثل أحيانًا بتجاهل المدخل ليتابع البرنامج العمل، أو تبليغ المستخدم برسالة تفيد ما حدث، لكن يتوجب على البرنامج فعل شيء ما على أساس استجابة للمشكلة الواقعة في أي حالة كانت.

لنقل مثلًا أن لديك دالةً اسمها promptNumber، حيث تطلب من المستخدِم إدخال عدد ثم تعيده هي، فلو أدخل المستخدم كلمةً مثل "orange" مثلًا، فما الذي ستعيده هذه الدالة؟

أحد الخيارات المتاحة هي جعل الدالة تعيد قيمةً خاصةً، مثل null، أو undefined، أو ‎-1 كما يلي:

function promptNumber(question) {
  let result = Number(prompt(question));
  if (Number.isNaN(result)) return null;
  else return result;
}

console.log(promptNumber("How many trees do you see?"));

يجب على أيّ شيفرة تستدعي promptNumber الآن التحقق من قراءة العدد الفعلي، وإذا فشلت فيجب إصلاح ذلك بطريقة ما، ربما بإعادة السؤال، أو بكتابة قيمة افتراضية، أو بإعادة قيمة خاصة إلى مستدعيها للإشارة إلى فشلها في فعل ما طُلب منها.

وسترى أن مواقف عديدة يصلحها إعادة قيمة خاصة للإشارة إلى خطأ ما، خاصةً في حالة شيوع الخطأ ووجوب وضعه في الحسبان صراحةً؛ لكن هذا له سيئاته، فماذا لو كانت الدالة تستطيع إعادة جميع القيم الممكنة؟ فسيكون عليك فعل شيء ما عند التعامل مع تلك الدالة مثل تغليف النتيجة بكائن لتتمكن من تمييز حالة النجاح من الفشل.

function lastElement(array) {
  if (array.length == 0) {
    return {failed: true};
  } else {
    return {element: array[array.length - 1]};
  }
}

والمشكلة الثانية عند إعادة قيم خاصة هي أن هذه الإعادة تؤدي إلى شيفرات غريبة، فإن استدعى جزء من الشيفرة الدالة promptNumber عشرة مرات، فعليه التحقق من إعادة null عشرة مرات أيضًا ، وإن كانت إجابته في التحقق من null هي إعادة null نفسها، فعلى من يستدعي الدالة التحقق منها بدورها، وهكذا.

الاعتراضات Exceptions

إذا لم تستطع دالة ما تنفيذ وظيفتها على النحو الذي صممت من أجله، فسيكون الحل هو إيقاف ما نفعله وننتقل فورًا إلى المكان الذي يعرف كيف يعالج هذه المشكلة وذلك العجز، وهذا هو دور معالجة الاعتراضات exception handling.

الاعتراضات ما هي إلا آليات تمكّن الشيفرة التي تواجه مشاكل من رفع اعتراض أو تبلغ به، وقد يكون الاعتراض أي قيمة، ويمكن تشبيه هذا البلاغ أو الرفع بإعادة مشحونة نوعًا ما من الدالة، حيث تقفز من الدالة الحالية وممن استدعاها أيضًا لتصل إلى الاستدعاء الأول الذي بدأ التنفيذ الحالي، ويسمى هذا فك المكدس unwinding the stack، ولعلك تذكر مكدس استدعاءات الدالة الذي ذكرناه في المقال الثالث من هذه السلسلة، إذ يصغِّر الاعتراض هذا المكدس، ملقيًا لكل سياقات الاستدعاء التي يقابلها.

لن تكون الاعتراضات ذات فائدة إن ذهبت مباشرةً إلى قاع المكدس، وما زادت على أن أتت بطريقة جديدة لبعثرة البرنامج، وإنما تظهر قوتها حين تضع عقبات obstacles لالتقاط هذه الاعتراضات وهي ماضية في المكدس، فبمجرد التقاطك لاعتراض ما، فستستطيع التعامل معه ومعالجته لرؤية أصل المشكلة، ثم تتابع تشغيل البرنامج، انظر مثلًا كما يلي:

function promptDirection(question) {
  let result = prompt(question);
  if (result.toLowerCase() == "left") return "L";
  if (result.toLowerCase() == "right") return "R";
  throw new Error("Invalid direction: " + result);
}

function look() {
  if (promptDirection("Which way?") == "L") {
    return "a house";
  } else {
    return "two angry bears";
  }
}

try {
  console.log("You see", look());
} catch (error) {
  console.log("Something went wrong: " + error);
}

تُستخدم كلمة throw المفتاحية لرفع الاعتراضات، وتُلتقط بتغليف جزء من الشيفرة في كتلة try، متبوعةً بكلمة catch المفتاحية، وحين تتسبب الشيفرة التي في كتلة try في رفع اعتراض، فستُقيَّم كتلة catch مع ربط الاسم الموجود بين أقواس بقيمة الاعتراض، وإذا انتهت كتلة catch، أو try دون مشاكل، فسيتابع البرنامج سيره أسفل تعليمة try/catch بكاملها.

استخدمنا في هذه الحالة بانيError لإنشاء قيمة الاعتراض الخاصة بنا، وهو باني جافاسكربت قياسي ينشئ كائنًا مع خاصية message، كما تَجمع نُسَخ هذا الباني في أغلب بيئات جافاسكربت معلومات عن مكدس الاستدعاء الذي كان موجودًا عند إنشاء الاعتراض فيما يسمى بتعقب المكدس stack trace، وتخزن هذه المعلومات في خاصية stack، كما يمكن الاستفادة منها حين محاولة تصحيح مشكلة ما، إذ تخبرنا بالدالة التي حدثت فيها المشكلة وأي الدوال نفّذت هذه الاستدعاء الفاشل.

تتجاهل دالة look احتمال أن promptDirection قد تخطئ، وهذه مزية كبيرة للاعتراضات، إذ لا تكون شيفرة معالجة الخطأ ضروريةً إلا عند النقطة التي يحدث فيها الخطأ وعند النقطة التي يعالَج فيها؛ أما الدوال التي بين ذلك فلا تكاد تكون مهمةً.

التنظيف وراء الاعتراضات

يُعَدّ تأثير الاعتراض نوعًا آخرًا من تدفق التحكم، فكل حدث يسبب اعتراض -وهو كل استدعاء دالة تقريبًا وكل وصول لخاصية- قد يجعل التحكم يترك شيفرتك فجأة.

فإن كانت الشيفرة بها عدة آثار جانبية، فقد يمنع اعتراض ما بعض تلك الآثار من الحدوث، حتى لو كان تدفق التحكم المنتظم لها يشير إلى احتمال حدوثها كلها، فمثلًا، انظر إلى المثال التالي لشيفرة مصرفية سيئة.

const accounts = {
  a: 100,
  b: 0,
  c: 20
};

function getAccount() {
  let accountName = prompt("Enter an account name");
  if (!accounts.hasOwnProperty(accountName)) {
    throw new Error(`No such account: ${accountName}`);
  }
  return accountName;
}

function transfer(from, amount) {
  if (accounts[from] < amount) return;
  accounts[from] -= amount;
  accounts[getAccount()] += amount;
}

تحوِّل دالة transfer مبلغًا من المال من حساب ما إلى حساب آخر، مع طلب اسم الحساب الآخر أثناء التحويل، وإذا أُدخل اسم حساب غير صالح، فسترفع getAccount اعتراضًا.

تنقل transfer المال أولًا من الحساب الأول، ثم تستدعي getAccount قبل إضافة المال إلى حساب جديد، فإن توقف سير عملها بسبب رفع اعتراض، فسسيختفي المال ويضيع بين الحسابين!

يمكن كتابة تلك الشيفرة بأسلوب أذكى من ذلك من خلال استدعاء getAccount قبل البدء بنقل المال مثلًا، لكن للأسف فقد تحدث المشاكل المشابهة لهذه المشكلة بطريقة غير واضحة، كما تكون أقل أثرًا من أن تُلاحظ بمجرد النظر، فحتى الدوال التي لا يُتوقع منها رفع اعتراضات، قد ترفعها في ظروف استثنائية أو حين تحتوي على خطأ المبرمج.

إحدى الطرق التي يمكن معالجة ذلك بها، هي التقليل من استخدام الآثار الجانبية، باستخدام أسلوب برمجة يحسب القيم الجديدة بدلًا من تغيير البيانات الموجودة فعليًا، على سبيل المثال لا الحصر، فإذا توقف جزء من الشيفرة عن العمل أثناء إنشاء قيمة جديدة، فلن يرى أحد هذه القيمة غير الجاهزة، ولن نرى مشكلةً من الأساس.

لكن هذا قد لا يكون عمليًا في كل مرة، لذا سننظر في ميزة أخرى في تعليمة try، إذ يمكن أن تُتبَع بكتلة finally بدلًا من كتلة catch أو بالإضافة إليها، وتقول كتلة finally "شغِّل هذه الشيفرة مهما حدث، وذلك بعد محاولة تشغيل الشيفرة في كتلة try". انظر كما يلي:

function transfer(from, amount) {
  if (accounts[from] < amount) return;
  let progress = 0;
  try {
    accounts[from] -= amount;
    progress = 1;
    accounts[getAccount()] += amount;
    progress = 2;
  } finally {
    if (progress == 1) {
      accounts[from] += amount;
    }
  }
}

تتتبع هذه النسخة من الدالة مدى تقدمها وسيرها، وإذا تسبب في حالة غير مستقرة للبرنامج عند خروجها، فإنها تصلح أثر هذا الخلل الذي أحدثته.

لاحظ أن شيفرة finally رغم تشغيلها عند رفع اعتراض في كتلة try، إلا أنها لا تتدخل في الاعتراض نفسه، وعليه فإن المكدس سيستمر في تفكيك نفسه بعد تشغيل كتلة finally.

كتابة مثل هذه البرامج التي تعمل بكفاءة ويعتمد عليها حتى في حالات ظهور اعتراضات في أماكن غير متوقعة أمر صعب وليس سهلًا.

لا يبالي الكثير من الناس بهذا، فقد لا تحدث المشكلة إلا نادرًا جدًا بحيث لا يمكن ملاحظتها، وذلك بسبب عدم ظهور الاعتراضات إلا في الحالات الاستثنائية، وإذا أردنا القول بأن هذا شيء جيد أو سيء جدًا، فيجب النظر أولًا إلى الأثر والتخريب الذي يحدث عند فشل البرنامج أو تعطله.

الالتقاط الانتقائي

تعالج البيئة الاعتراض الذي يمر في المكدس كله دون التقاطه، ويختلف هنا ما يحدث باختلاف البيئة نفسها، ففي المتصفحات مثلًا، يُكتب وصف الخطأ إلى طرفية جافاسكربت والتي يمكن الوصول إليها من خلال أدوات المتصفح أو قائمة المطورين Developers Menu؛ أما في Node.js فستكون بيئة جافاسكربت الغير موجودة في متصفح والتي سنناقشها في مقال قادم، أكثر حذرًا بشأن تدمير البيانات، فتُخرِج العملية كلها عند حدوث اعتراض غير معالَج unhandled.

بالنسبة لأخطاء المبرمجين، فأفضل شيء يمكن فعله هو ترك الخطأ يمر بسلام دون لمسه، كما يمثل الاعتراض الغير معالَج طريقةً معقولةً ومنطقيةً للإشارة إلى وجود عطل في البرنامج، وستعطيك طرفية جافاسكربت في المتصفحات الحديثة بعض المعلومات عن استدعاءات الدالة التي كانت في المكدس حين حدوث المشكلة؛ أما بالنسبة للمشاكل المتوقع حدوثها أثناء الاستخدام العادي، فسيُنبِئ توقف البرنامج بسبب اعتراض غير معالَج استراتيجيةً سيئةً جدًا.

كما تتسبب الاستخدامات غير الصحيحة للغة مثل الإشارة المرجعية لرابطة غير موجودة، أو البحث عن خاصية في null، أو استدعاء شيء غير الدوال، في رفع اعتراضات، كما يمكن التقاط تلك الاعتراضات.

كل ما نستطيع معرفته عند دخول متن catch هو أن شيئًا ما داخل متن try قد تسبب في رفع اعتراض، لكن لا نستطيع معرفة ماهية الاعتراض نفسه أو ما فعله.

لا توفر جافاسكربت -في إغفال صارخ- دعمًا مباشرًا لاعتراضات الالتقاط الانتقائي، فإما تلتقطها كلها أو لا تدرك منها شيئًا، وقد يحلو للمرء افتراض أن الاعتراض الذي حصل عليه هو الذي كان يفكر فيه ويتوقعه حين كتب كتلة catch، بسبب هذا الخطأ في اللغة، لكن سيخبرك الواقع أنه قد لا يحدث هذا دومًا معك، فلعله تم اختراق افتراض آخر، أو لعلك تسببت في زلة أحدثت اعتراض؛ ويحاول المثال التالي استدعاء promptDirection إلى أن يحصل على إجابة صالحة:

for (;;) {
  try {
    let dir = promtDirection("Where?"); // ← typo!
    console.log("You chose ", dir);
    break;
  } catch (e) {
    console.log("Not a valid direction. Try again.");
  }
}

تُعَدّ بُنية (;;)for طريقةً متعمَّدة لإنشاء حلقة تكرارية لا تنهي نفسها، ولا نخرج منها إلا حين حصولنا على اتجاه صالح، لكننا أخطأنا في تهجئة promptDirection التي أعطتنا الخطأ "متغير غير معرَّف" undefined variable، وتتعامل كتلة catch تعاملًا خاطئًا مع خطأ الرابطة على أنه مؤشر إدخال غير صالح، وذلك بسبب تجاهلها قيمة اعتراضها (e) مفترضةً أنها تعرف المشكلة، كما لا يتسبب هذا في حلقة لا نهائية فحسب، بل يدفن رسالة الخطأ المفيدة التي نريدها عن الرابطة التي أُخطئ في هجائها.

تقول القاعدة العامة لا تَلتقط الاعتراضات التقاطًا كليًا إلا إذا كان بغرض توجيهها إلى مكان ما مثل توجيهها عبر الشبكة مثلًا لإخبار نظام آخر بتعطل برنامجنا، وعليك التفكير مليًا حتى حينئذ حول كيفية إخفاء المعلومات، وعلى ذلك فإننا نريد التقاط نوع محدد من الاعتراضات من خلال التحقق داخل كتلة catch مما إذا كان الاعتراض الذي حصلنا عليه هو الذي نريده أم لا، وإن لم يكن فنعيد رفعه، لكن كيف نعرف الاعتراض الذي نريده أصلًا؟

نستطيع موازنة خاصية message التابعة له برسالة الخطأ التي نتوقعها، لكن ليست هذه هي الطريقة المثلى للبرمجة، ففعلنا هذا ما هو إلا استخدام لمعلومات مخصصة لاطلاع العنصر البشري عليها أي الرسالة، وذلك لبناء قرار برمجي على هذه المعلومات، فإذا غير أحد هذه الرسالة أو ترجمها، فستتعطل الشيفرة مرةً أخرى، والحل البديل هو تعريف نوع جديد من الأخطاء واستخدام instanceof لتعريفه:

class InputError extends Error {}

function promptDirection(question) {
  let result = prompt(question);
  if (result.toLowerCase() == "left") return "L";
  if (result.toLowerCase() == "right") return "R";
  throw new InputError("Invalid direction: " + result);
}

يوسع صنف الخطأ الجديد Error، حيث لا يعرّف بانيًا خاصًا به، مما يعني أنه يرث باني Error الذي يتوقع رسالة نصية على أساس وسيط، كما لا يعرِّف أي شيء أصلًا، وهو -أي الصنف- فارغ.

تتصرف كائنات InputError مثل كائنات Error باستثناء امتلاكها لصنف مختلف يمكننا تمييزها به، وتستطيع الحلقة التكرارية الآن التقاط هؤلاء بطريقة أكثر حذرًا:

for (;;) {
  try {
    let dir = promptDirection("Where?");
    console.log("You chose ", dir);
    break;
  } catch (e) {
    if (e instanceof InputError) {
      console.log("Not a valid direction. Try again.");
    } else {
      throw e;
    }
  }
}

وهذا سيلتقط نُسخًا من InputError فقط ويترك الاعتراضات غير المرتبطة به تمر، فإذا أعدت إدخال خطأ الهجاء مرةً أخرى، فسيبَلَّغ عن خطأ رابطة غير معرَّفة هذه المرة.

التوكيدات Assertions

التوكيدات هي عمليات تحقق داخل البرنامج، حيث تنظر هل الشيء موجود على الصورة التي يفترض به أن يكون عليها أم لا، وتُستخدَم للبحث عن أخطاء المبرمجين، وليس لمعالجة مواقف يمكن حدوثها في التشغيل العادي، فمثلًا، إذا وُصف firstElement على أساس دالة لا يمكن استدعاؤها على مصفوفة فارغة، فربما نكتبها كما يلي:

function firstElement(array) {
  if (array.length == 0) {
    throw new Error("firstElement called with []");
  }
  return array[0];
}

ستبعثِر الشيفرة السابقة برنامجك بمجرد إساءة استخدامها، بدلًا من إعادة undefined بصمت مثل التي تحصل عليها حين تقرأ خاصية مصفوفة غير موجودة، ويجعل ذلك من الصعب لمثل تلك الأخطاء المرور دون ملاحظتها من أحد، وأسهل في معرفة سببها عند وقوعها.

لكن هذا لا يعني أننا ننصح بكتابة توكيدات لكل نوع من المدخلات الخاطئة، فهذا عمل كثير جدًا، كما سينشئ لنا شيفرة غير صافية وملأى بأكواد غير ضرورية، بل احفظ هذه التوكيدات من أجل أخطاء يسهل ارتكابها، أو أخطاء تقع فيها بنفسك.

خاتمة

المدخلات الخاطئة والأخطاء عمومًا هي أشياء لازمة لنا في الحياة، ومن المهم في البرمجة العثور عليها، وتشخيصها، وإصلاحها، حيث ستظهر هنا في البرمجة على صورة زلات برمجية bugs. وقد تصير المشاكل أسهل في ملاحظتها إذا كان لديك حزمة اختبار مؤتمتة، أو إذا أضفت توكيدات إلى برامجك.

مشكلة الأخطاء البرمجية موجودة بكل اللغات ومن المهم معرفتها والتعامل معها. يمكنك الاستعانة بالفيديو الآتي لمعرفة الأخطاء في مجال البرمجة عمومًا:

يجب معالجة المشاكل التي تحدث بسبب عوامل خارجة عن تحكم البرنامج بلطف وحكمة، فقد تكون القيم الخاصة المعادة هي الطريقة المثلى لتتبع هذه المشاكل ومعالجتها، وإلا فربما نود استخدام الاعتراضات.

سيتسبب رفع الاعتراضات في فك مكدس الاستدعاء حتى يصل إلى كتلة try/catch أو إلى نهاية المكدس، وستُعطَى قيمة الاعتراض إلى كتلة catch التي تلتقطها، مما يؤكد لنا أن هذا هو نوع الاعتراض الذي نريده قبل إجراء أي فعل عليه، كما يمكن استخدام كتل finally للمساعدة في تحديد تدفقات التحكم غير المتوقعة التي تحدث بسبب الاعتراضات، وذلك من أجل التأكد من تشغيل جزء من الشيفرة بعد انتهاء الكتلة.

تدريبات

Retry

لنقل أنه لديك دالة primitiveMultiply التي تضرب عددين معًا في 20 بالمائة من الحالات، وترفع اعتراضًا في الثمانين بالمائة الباقية من نوع MultiplicatorUnitFailure.

اكتب دالة تغلف هذه الدالة وتظل تحاول حتى نجاح أحد الاستدعاءات، كما تعيد النتيجة بعد ذلك، وتأكد من معالجة الاعتراضات التي تريد معالجتها فقط.

تستطيع تعديل شيفرة التدريب لكتابة الحل وتشغيلها في طرفية المتصفح إن كنت تقرأ من متصفح، أو بنسخها إلى codepen.

class MultiplicatorUnitFailure extends Error {}

function primitiveMultiply(a, b) {
  if (Math.random() < 0.2) {
    return a * b;
  } else {
    throw new MultiplicatorUnitFailure("Klunk");
  }
}

function reliableMultiply(a, b) {
  // شيفرتك هنا.
}

console.log(reliableMultiply(8, 8));
// → 64

إرشادات للحل

يجب حدوث استدعاء primitiveMultiply داخل كتلة try قطعًا، ويجب على كتلة catch الموافقة لهذا رفع اعتراض مرةً أخرى إذا لم تكن نسخةً من MultiplicatorUnitFailure، كما تتأكد من إعادة محاولة الاستدعاء مرةً أخرى حين تكون نسخةً منها.

استخدِم حلقةً تكراريةً لتكرار المحاولة، بحيث لا تتوقف إلا عند نجاح الاستدعاء، كما في مثال look الذي ذكرناه آنفًا في هذا المقال، أو استخدِم التعاودية recursion على أمل عدم الحصول على سلسلة نصية من الفشل لفترة طويلة بحيث تؤدي إلى طفحان المكدس، وهذا هو الخيار الآمن بالمناسبة.

الصندوق المغلق

انظر الكائن التالي:

const box = {
  locked: true,
  unlock() { this.locked = false; },
  lock() { this.locked = true;  },
  _content: [],
  get content() {
    if (this.locked) throw new Error("Locked!");
    return this._content;
  }
};

ما هذا إلا صندوق به قفل، وهناك مصفوفة داخل الصندوق، حيث لا تستطيع الوصول إليها إلا حين يُفتح الصندوق، وأنت ممنوع من الوصول إلى خاصية ‎_content الخاصة مباشرةً.

اكتب دالة اسمها withBoxUnlocked تأخذ قيمة دالة على أساس وسيط، وتفتح الصندوق، كما تشغِّل الدالة، ثم تتأكد أن الصندوق مقفل مرةً أخرى قبل الإعادة، بغض النظر عن إعادة الدالة الوسيطة بطريقة طبيعية أو رفع اعتراض.

تستطيع تعديل شيفرة التدريب لكتابة الحل وتشغيلها في طرفية المتصفح إن كنت تقرأ من متصفح، أو بنسخها إلى codepen.

const box = {
  locked: true,
  unlock() { this.locked = false; },
  lock() { this.locked = true;  },
  _content: [],
  get content() {
    if (this.locked) throw new Error("Locked!");
    return this._content;
  }
};

function withBoxUnlocked(body) {
  // شيفرتك هنا.
}

withBoxUnlocked(function() {
  box.content.push("gold piece");
});

try {
  withBoxUnlocked(function() {
    throw new Error("Pirates on the horizon! Abort!");
  });
} catch (e) {
  console.log("Error raised: " + e);
}
console.log(box.locked);
// → true

للمزيد من النقاط، حين يكون الصندوق مغلقًا، تأكد من بقائه مغلقًا إذا استدعيت withBoxUlocked.

إرشادات للحل

يستدعي هذا التدريب كتلة finally، ويجب على الدالة فتح الصندوق أولًا، ثم تستدعي الدالة الوسيطة من داخل متن كتلة try، وبعدها تقوم كتلة finally التي تليها بغلق الصندوق.

للتأكد من عدم إغلاق الصندوق إذا لم يكن مغلقًا من البداية، تحقق من إغلاقه عند بدء الدالة، ولا تفتحه وتغلقه إلا إذا كان مغلقًا في البداية.

ترجمة -بتصرف- للفصل الثامن من كتاب Elequent Javascript لصاحبه Marijn Haverbeke.