python 101 البرمجة كائنية التوجه (Object Oriented Programming) في بايثون - الجزء الأول

تعرّفنا فيما سبق من دروس هذه السلسلة على أساسيات لغة بايثون، من مُتغيّرات وحلقات تكرار إلى الدوال، وقد حان الوقتُ للدخول إلى أساسيات البرمجة كائنية التوجّه Object Oriented Programming وهي ببساطة طريقة أخرى للبرمجة بحيث تكون أجزاء الشّيفرة مجموعة داخل دوال تُسمّى التوابع methods والدوال تكون داخل صنف معيّن Class. عند إنشاء كائن object من هذا الصنف فإنّنا نستطيع أن نُنفّذ عليه مُختلف العمليات الموجودة داخل التوابع والتي بدورها توجد داخل الصنف.

هناك تسميّات عربية أخرى لهذا النّوع من البرمجة، لذا لا تقلق إذا صادَفتَ أحد هذه التّسميات في أماكن أخرى، فكلّها تُشير إلى نفس المعنى: 

• برمجة غرضيّة التوجه 
• برمجة شيئية المنحى 
• برمجة كائنيّة المنحى

بنية الصنف Class

الصنف ببساطة يحتوي على أجزاء مُختلفة من الشيفرة تماما مثل الدالة، الفرق هنا هو أنّ الصنف يحتوي على دوال كذلك، وهذه الدوال تُسمى التّوابع، ويحتوي كذلك على مُتغيّرات وتنقسم هذه الأخيرة إلى نوعين، مُتغيّر الصنف، والمُتغيّر العادي، الفرق بينهما هو أنّك تستطيع الوصول إلى مُتغيّر الصنف في أي مكان داخل الصنف (سواء داخل التوابع أو خارجها).

إنشاء صنف

لإنشاء صنف في لغة بايثون كلّ ما عليك فعله هو كتابة كلمة class وبعدها اسم الصنف ثمّ إلحاق نقطتين، بعدها اكتب الشيفرة بإزاحة أربع مسافات:

>>> class My_class:
...     pass

أنشأنا أعلاه صنفًا بسيطا باسم My_class وهو لا يفعل أي شيء يُذكر (كلمة pass تُخبر بايثون بالمرور دون تنفيذ أي شيء). 

إذا كتبت اسم الصنف على مفسّر بايثون فستجد مُخرجا كالتّالي:

>>> My_class
<class __main__.My_class at 0x7fd0efc41460>

لاحظ بأنّ الكلمة الأولى من المُخرج هي class أي أنّنا أصبحنا نمتلك صنفًا جديدًا، ما يتبع at هو المكان في الذاكرة الذي وُضع فيه الصنف ويتغيّر بين الحين والآخر.

إنشاء كائن من صنف

بعد أن أنشأنا الصنف سنتمكّن الآن من إنشاء كائن من هذا الصنف، والكائن مُجرّد اسم تماما كالمُتغيّر:

my_object = My_class()

الآن الكائن my_object هو من صنف My_class.

تعريف المتغيرات داخل صنف

يُمكننا أن نُعرّف مُتغيّرات في الصنف تماما كما نُعرّف المُتغيّرات بشكل عادي.

class My_class:
    my_variable = 'This is my variable'

للوصول إلى المُتغيّر ننشئ أولا كائنا من الصنف وبعدها نكتب اسم الكائن ثمّ نقطة ثمّ اسم المُتغيّر:

my_object = My_class()
print my_object.my_variable

المُخرج:

This is my variable

يُمكن كذلك الحصول على النّتيجة ذاتها في سطر واحد:

print My_class().my_variable

إنشاء التوابع

التوابع هي دوال خاصّة بالصنف، ويُمكننا إنشاء التابع بنفس الطّريقة التي نُنشئ بها الدالة، الإختلاف هنا هو أنّ جميع التوابع يجب أن تُعرّف مع مُعامل باسم self وذلك للإشارة إلى أنّ الدالة/التابع تابع للصنف، لننشئ تابعا داخل صنف الآن.

class My_class:
    my_variable = 'This is my variable'
    def my_method(self):
        print 'This is my method'

الآن إذا أنشأنا كائنا فإنّنا سنتمكّن من الوصول إلى التابع، وتذكّر بأنّ التابع تلحقه الأقواس:

my_object = My_class()

my_object.my_method()

المُخرج:

This is my method

يُمكن كذلك الحصول على النّتيجة ذاتها في سطر واحد:

My_class().my_method()

كما تُلاحظ فقد نُفّذت الشيفرة الموجودة داخل التّابع my_method ويُمكننا كذلك أن نجعل التّابع يقبل المُعاملات، لكن تذكّر الحفاظ على الكلمة self كمُتغيّر أول.

class My_class:
    my_variable = 'This is my variable'
    def my_method(self, my_parameter):
        print 'This is my method ; {} is my parameter'.format(my_parameter)

يُمكنك استدعاء التّابع كالتّالي:

my_object = My_class()

my_object.my_method('Parameter1')

my_object.my_method('Parameter2')

المُخرج:

This is my method ; Parameter1 is my parameter

This is my method ; Parameter2 is my parameter

في البرنامج السّابق، أنشأنا أولا صنفًا باسم My_class وقُمنا بتعريف مُتغيّر، ثمّ بتعريف تابع باسم my_method يقبل مُعاملين self و my_parameter، بالنّسبة لاستدعاء التّابع، فنحتاج فقط إلى تمرير المُعاملات الموجودة بعد المُعامل selfولا نحتاج إلى تعيين قيمة لهذا المُعامل.

مُلاحظة: يُمكنك إعادة تسميّة المُعامل الأول كما تشاء، أي أنّ البرنامج التّالي سيعمل دون مشاكل.

class My_class:
    def my_method(this, my_parameter):
        print '{} is my parameter'.format(my_parameter)

ولكن رغم ذلك فالمُتعارف عليه بين مُبرمجي لغة بايثون هو استعمال self، وفي كثير من اللغات الأخرى تُستعمل this عوضا عن self، أما في برامِجك فمن المُفضّل الإبقاء على هذه التّسميّة المُتعارف عنها، وذلك لتكون شيفراته سهلة القراءة.

الوصول إلى متغيرات الصنف داخل التوابع

تأمّل الصنف التّالي:

class Person:
    lastname = 'Dyouri'
    job = 'Writer, Developer'
    def say_hello(self):
        name = 'Abdelhadi'
        print 'Hello, My name is {}'.format(name)

البرنامج أعلاه بسيط جدا، أولا نعرّف صنف باسم Person وبعدها نقوم بتعيين قيمتين للمُتغيّرين name و lastname، وبعدها عرّفنا تابعا باسم say_hello يطبع جملة Hello, My name is Abdelhadi. 
كلّ شيء جيد، لكن ماذا لو أردنا أن نصل إلى المُتغيّرات الأخرى الموجودة خارج التّابع، فلا يُمكننا مثلا أن نقوم بالأمر كالتّالي:

class Person:
    lastname = 'Dyouri'
    job = 'Writer, Developer'
    def say_hello(self):
        name = 'Abdelhadi'
        print 'Hello, My name is {}'.format(name)
        print lastname
        print job

ستحصل على الخطأ التّالي:

global name 'lastname' is not defined

لتفادي هذا الخطأ سنستعمل كلمة self قبل المُتغيّر.

class Person:
    lastname = 'Dyouri'
    job = 'Writer, Developer'
    def say_hello(self):
        name = 'Abdelhadi'
        print 'Hello, My name is {}'.format(name)
        print 'My Last name is {} '.format(self.lastname)
        print 'I am a {}'.format(self.job)

استدعاء التّابع:

me = Person()

me.say_hello()

المُخرج:

Hello, My name is Abdelhadi
My Last name is Dyouri 
I am a Writer, Developer

لاحظ بأنّنا قُمنا بالوصول إلى مُتغيّر lastname عن طريق استدعائه بـ self.lastname وكذا الحال مع المُتغيّر job، وهذه الطّريقة مُشابهة لاستخدام كلمة global الفرق هنا أنّ هذه الأخيرة تُمكن من الوصول إلى المُتغيّر في كامل البرنامج، أمّا كلمة self فتُشير إلى المُتغيّر المُعرّف في الصنف الحاليّة فقط.

لتفهم أكثر كيفيّة عمل الكلمة self فقط تخيّل بأنّها تحمل نفس اسم الصنف، مثلا:

class Person:
    lastname = 'Dyouri'
    job = 'Writer, Developer'
    def say_hello(self):
        name = 'Abdelhadi'
        print 'Hello, My name is {}'.format(name)
        print 'My Last name is {} '.format(Abd.lastname)
        print 'I am a {}'.format(Abd.job)

لاحظ بأنّنا غيّرنا كلمة self إلى اسم الصنف واستمرّ عمل البرنامج دون مشاكل.

وبنفس الطّريقة يُمكنك أن تستدعي تابعا داخل تابع آخر في نفس الصنف:

class Person:
    def say_name(self):
        print 'Abdelhadi'
    def say_hello(self):
        print 'Hello My name is:'
        self.say_name()

المُخرج:

Hello My name is:
Abdelhadi

ما حدث هو أنّ التّابع say_hello قام بطباعة جملة :Hello My name is ثمّ قام باستدعاء التّابع say_name الذي قام بدوره بطباعة الاسم Abdelhadi.

لماذا تستعمل البرمجة الكائنية، ومتى يجب علي استخدامها

قد تُلاحظ بأنّ ما يُمكنك فعله بالبرمجة الكائنيّة يُمكن القيام به بالدوال والمُتغيّرات فقط. هذا صحيح، وهو أمر واضح، البرمجة الكائنيّة تُستعمل أساسا إذا كان البرنامج الذي تبنيه مُعقّدا مع العديد من الوظائف المُتعلّقة ببعضها (كمكتبة برمجيّة)، مثلا لنقل بأنّك تُطوّر برنامجا مسؤولا عن جلب بيانات من موقع مُعيّن، وبعدها التّعديل عليها، ثمّ إخراج مستند PDF يحتوي على هذه البيانات بشكل يُسهّل قراءتها، هنا ستحتاج إلى صنف لجلب البيانات والتّعديل عليها، وصنف أخرى لتحويل البيانات إلى نصّ مقروء واضح ثمّ إلى ملفّ PDF. 

إذا نشرت برنامجك مع صديقك وأراد أن يعمل على الجزء الثاني لإضافة وظيفة تُمكن المُستخدم من طباعة المُستند فلا يُعقل أن يضطر للمرور على كل ما يتعلّق بجلب البيانات فقط لأنّه يريد أن يضيف خاصيّة لا علاقة لها بجلب البيانات. استعمال البرمجة الكائنيّة في هذا المشروع سيسمح لك بالتّركيز على الجزء الأول، وسيسمح لصديقك بالتّركيز على تطوير الجزء الثاني.

خلاصة الأمر هي أنّك لست مضطرا لاستعمال البرمجة الكائنيّة إلا إذا كان برنامجك طويلا يحتوي على وظائف تتعلّق ببعضها البعض (وظائف من نفس الصنف)، ونسبة استخدام الآخرين لشيفرتك عالية.

تمارين

التمرين 1

أنشئ صنفًا باسمك، وقم بتعريف مُتغيّرين lastname (الاسم العائلي) و age (العمر)، ثم أنشئ كائنا باسم me (أنا) وقم بطباعة اسمك العائلي وعمرك.

التمرين 2

أنشئ صنفًا باسم Car (سيارة) وقم بتعريف مُتغيّرات لصفات السّيارة، مثلا brand لاسم الشّركة، release_date لتاريخ الإعلان عن السّيارة.

التمرين 3

أضف توابع إلى الصنف Car التي أنشأتها في التّمرين الثّاني، يُمكن أن تكون التوابع عبارة عن عمليّات تقوم بها السّيارة مثلا move للحركة، stop للتوقّف، slow_down لتخفيض السّرعة، وقم بطباعة جمل تفيد بأنّ العمليّة قد نجحت. المفروض أن يتمكّن الآخرون من إنشاء كائنات خاصّة بهم بحيث تُستخدم بهذه الطّريقة:

bmw = Car()
bmw.move()

bmw.slow_down()

bmw.stop()

خاتمة

تعرّفنا في هذا الدّرس على بعض من أهم أساسيات البرمجة الكائنيّة التوجه في لغة بايثون وهذا الموضوع أطول من أن أشرحه في درس واحد لذلك سيكون الدّرس التّالي تكملة لما تعلّمناه في هذا الدّرس حول تعلم بايثون وسيغطي مفاهيم أخرى حول البرمجة كائنية التوجّه.