بعد أساسيات بايثون التعامل مع رسائل الأخطاء في بايثون

تعد بايثون Python إحدى أشهر لغات البرمجة وأكثرها استخدامًا، وهي خيار ممتاز ليبدأ به المبرمجون المبتدئون، إذ يمكن استخدامها في معظم المجالات، بدءًا من ألعاب الفيديو، وحتى تحليل البيانات والتعلم الآلي.

بايثون هي لغة برمجة عالية المستوى، وتفاعلية وكائنية. وتتمتع بمقروئية عالية، إذ تستخدم كلمات إنجليزية بسيطة، على خلاف اللغات الأخرى التي تستخدم الرموز، كما أنّ قواعدها الإملائية والصياغية بسيطة، ما يجعل تعلمها سهلًا موازنةً بلغات برمجة أخرى.

وفي بدايات تعلّمك لغة بايثون ، وكما هو الحال في رحلة تعلّم أي لغة برمجة، قد تواجهك بعض العقبات ورسائل الأخطاء غير المفهومة، وفي هذه المرحلة من الشائع الشعور بالفشل لدى اضطرارك لاستشارة مواقع الإنترنت عدة مرات في اليوم. لكن حتى أمهر مطوري البرمجيات يبحثون في الإنترنت ويراجعون التوثيقات لإيجاد إجابات حول أسئلتهم البرمجية.

كن على يقين بأنه طالما أنك لا تمتلك الموارد الاجتماعية أو المادية اللازمة للحصول على مدرس خصوصي للإجابة على أسئلتك البرمجية، فما من سبل أمامك سوى حاسوبك والإبحار في محركات البحث وصبرك، والخبر الجيد أنه من شبه المؤكد كون جميع تساؤلاتك قد طُرحت من قبل. فحتى تكون مبرمجًا لا بد من امتلاكك مهارة إيجاد إجابات على أسئلتك بنفسك، الأمر الذي يفوق بأهميته معرفتك لأي خوارزمية برمجية أو بنية معطيات ما. سيعمل هذا المقال على إرشادك نحو تطوير هذه المهارة البالغة الأهمية.

كيفية فهم رسائل الأخطاء في بايثون

عندما يواجه العديد من المبرمجين رسائل الأخطاء المليئة بالثرثرة التقنية، فإن أول ما يفكرون بفعله هو تجاهلها تمامًا، إلا أن رسالة الخطأ هذه تتضمن الإجابة حول الخطأ الحاصل في البرنامج، فإيجاد هذه الإجابة عبارة عن عملية ذات خطوتين: الأولى هي فحص متتبع الأخطاء، والثانية هي البحث في الإنترنت حول رسالة الخطأ هذه.

فحص متتبع الأخطاء

تتوقف برامج بايثون عن العمل لدى مصادفتها استثناءً دون وجود عبارة استثناء except للتعامل معه، وفي حال حدوث ذلك، تُعرض رسالة بهذا الاستثناء مع تتبّع له وهو ما يدعى أيضًا مكدّس الاقتفاء Stack trace، والذي يُظهر مكان حدوث الاستثناء في برنامجك ومسارات استدعاءات الدوال المسببة له.

وبغية التدرب على كيفية قراءة تتبعات الأخطاء، سنكتب البرنامج البسيط التالي ونحفظه باسم abcTraceback.py، إذ تلعب أرقام الأسطر دور المرجع والدليل للسطر وليست جزءًا من الشيفرة.

1. def a():
2.     print('Start of a()')
1    3.     b()  # Call b().
4.
5. def b():
6.     print('Start of b()')
2    7.     c()  # Call c().
8.
9. def c():
10.     print('Start of c()')
3    11.     42 / 0  # This will cause a zero divide error.
12.
13. a()  # Call a().

في البرنامج السابق، تستدعي الدالة ()a الدالة ()b، التي تستدعي بدورها الدالة ()c المتضمنة للتعبير الرياضي 42/0 المسبب لخطأ القسمة على صفر، فعند تشغيل هذا البرنامج، سيبدو الخرج بالشكل:

Start of a()
Start of b()
Start of c()
Traceback (most recent call last):
  File "abcTraceback.py", line 13, in <module>
    a()  # Call a().
  File "abcTraceback.py", line 3, in a
    b()  # Call b().
  File "abcTraceback.py", line 7, in b
    c()  # Call c().
  File "abcTraceback.py", line 11, in c
    42 / 0  # This will cause a zero divide error.
ZeroDivisionError: division by zero

لنتفحص الآن تقرير متتبع الأخطاء سطرًا بسطر، والذي يبدأ من السطر:

Traceback (most recent call last):

وتهدف هذه الرسالة إلى إبلاغك بأن ما يتلوها هو تقرير متتبّع الأخطاء، وتشير العبارة most recent call last والتي تعني أن الاستدعاء الأخير سيظهر في نهاية التقرير إلى كون استدعاءات التوابع ستظهر في التقرير بنفس ترتيب ورودها في الشيفرة، بدءًا من استدعاء أول دالة وانتهاءً بآخرها.

أما السطر التالي فيظهر تقرير تتبّع استدعاء أول دالة:

 File "abcTraceback.py", line 13, in <module>
    a()  # Call a().

وندعو هذين السطرين بملخص كائن الإطار، كما أنهما يُظهران معلوماتهما ضمن كائن إطار. فعند استدعاء دالة ما فإن كل من بيانات المتغير المحلي والمكان المخصص في الشيفرة لإسناد القيمة المعادة من الدالة بعد استدعائها يُخزنان ضمن كائن إطار، إذ تتضمن كائنات الأطر كل من المتغيرات المحلية وغيرها من البيانات المتعلقة باستدعاء الدوال، إذ يتم إنشاء هذه الكائنات لحظة استدعاء الدوال وينتهي بإعادة الدالة لقيمتها.

ويُظهر متتبّع الأخطاء ملخصًا على هيئة إطار لكل إطار قد انتهى دوره بإعادة قيمة دالته، ونلاحظ من التقرير أعلاه أن استدعاء هذه الدالة قد تم في السطر ذو الرقم 13 من الملف abcTraceback.py، ويشير الوسم <module> إلى كون هذا السطر مصرح عنه ضمن المجال العام، ليظهر بعدها السطر 13 نفسه مسبوقًا بمسافتين بادئتين.

وتظهر الأسطر الأربعة التالية ملخصات الأطر التالية:

  File "abcTraceback.py", line 3, in a
    b()  # Call b().
  File "abcTraceback.py", line 7, in b
    c()  # Call c().

ومنه نستنج أنه قد تم استدعاء الدالة ()b في السطر الثالث ضمن الدالة ()a، ما أدى بدوره إلى استدعاء الدالة ()c في السطر 7 ضمن الدالة ()b. ومن الجدير بالملاحظة أن تقرير التتبع لا يُظهر استدعاء الدالة ()print الذي تم في كل من الأسطر 2 و 6 و 10 من الشيفرة رغم تشغيلها حتى قبل استدعاء الدوال آنفة الذكر، والسبب في ذلك هو أن التقرير يشمل فقط الأسطر الحاوية على استدعاءات التوابع المسببة للاستثناء.

وآخر إطار من ملخص تقرير تتبع الأخطاء يظهر رقم السطر المتضمن للاستثناء الذي لم يتم التعامل معه متبوعًا باسمه ورسالة الخطأ الخاصة به:

 File "abcTraceback.py", line 11, in c
    42 / 0  # This will cause a zero divide error.
ZeroDivisionError: division by zero

ومن الجدير بالملاحظة أن رقم السطر المعطى في متتبع الأخطاء هو مكان عثور بايثون على آخر خطأ، وبالتالي من الممكن كون مصدر الخطأ الرئيسي في سطر ما قبله.

وتُعرف رسائل الخطأ بكونها مختصرة ومبهمة، فالكلمات الثلاث "قسمة على صفر" لن تعني شيئًا ما لم تكن تعلم أنه من المستحيل قسمة أي عدد على الصفر رياضيًا وبأنه يمثل خطأً برمجيًا شائعًا، وفي برنامجنا السابق ليس من الصعب تحديد موطن الخطأ، فبمجرد النظر إلى رقم سطر الشيفرة في إطار ملخص تقرير متتبع الأخطاء يتضح أن خطأ القسمة على صفر يحدث عند التعبير 42/0 من الشيفرة.

والآن دعونا ننتقل إلى حالة أصعب قليلًا. لذا، اكتب الشيفرة التالية ضمن محرر النصوص واحفظ الملف باسم zeroDivideTraceback.py:

def spam(number1, number2):
    return number1 / (number2 - 42)

spam(101, 42)

ولدى تشغيل هذا البرنامج، سيبدو الخرج كالتالي:

Traceback (most recent call last):
  File "zeroDivideTraceback.py", line 4, in <module>
    spam(101, 42)
  File "zeroDivideTraceback.py", line 2, in spam
    return number1 / (number2 - 42)
ZeroDivisionError: division by zero

إن رسالة الخطأ هي نفسها كما في المثال السابق، إلا أن خطأ القسمة على صفر في السطر البرمجي return number1 / (number2 - 42) غير واضح تمامًا، ولكن من الممكن استنتاج وجود عملية قسمة من وجود المعامل /، وبأن التعبير (number2-42) يساوي الصفر، وهذا ما يمكننا من استنتاج أن الدالة spam() ستعطي خطأ في حال كان الوسيط الثاني number2 المُمرر لها مساويًا للعدد 42.

وقد يشير متتبّع الأخطاء أحيانًا إلى كون الخطأ في السطر التالي لمسبب الخطأ الحقيقي. فعلى سبيل المثال، في البرنامج التالي ينقص السطر الأول منه قوس إغلاق دالة الطباعة:

print('Hello.'
print('How are you?')

إلا أن رسالة الخطأ لهذا البرنامج تشير لكون المشكلة في السطر الثاني منه:

 File "example.py", line 2
    print('How are you?')
        ^
SyntaxError: invalid syntax

والسبب في ذلك هو أن مفسر بايثون لن يلاحظ هذا الخطأ إلا عند قراءته للسطر الثاني، فقد يشير متتبّع الأخطاء إلى مكان حدوث الخطأ والذي لن يكون بالضرورة هو نفس موضع مسبب حصول الخطأ الفعلي.

وفي حال فشل إطار الملخص في تقديم ما يكفي من معلومات لاكتشاف الخطأ، أو في حال كون المسبب الحقيقي للخطأ في سطرٍ سابق غير موضح في متتبّع الأخطاء، عندها عليك المرور على برنامجك مستخدمًا منقّح الأخطاء، كما يمكنك التحقق من رسائل السجل بحثًا عن السبب. الأمر الذي قد يستغرق وقتًا ليس بالقليل، لذا فإن البحث في الإنترنت حول المشكلة قد يعطيك دلائل مهمة حول كيفية حلها بسرعة أكبر.

البحث حول رسائل الخطأ

تكون رسائل الأخطاء في الغالب قصيرة جدًا ولا تمثل جملًا كاملة، والسبب في ذلك هو كونها رسائل تذكيرية وليست تفسيرية، إذ يصادفها المبرمجون بانتظام. وإذا كنت تواجه رسالة خطأ للمرة الأولى، فإن نسخها ولصقها في أحد محركات البحث على الإنترنت سيوصلك في الغالب إلى شرح تفصيلي حول الخطأ وأسباب حدوثه المحتملة.

ويبين الشكل التالي نتائج البحث عن الجملة python "ZeroDivisionError: division by zero" أي "خطأ القسمة الصفرية: قسمة على صفر" بايثون، إذ من المفيد تضمين رسالة الخطأ ما بين إشارتي تنصيص في إيجاد عبارة موافقة بدقة، كما أن إضافة كلمة Python يؤدي إلى تضييق نطاق البحث أكثر.

نسخ رسالة خطأ ولصقها في إحدى أدوات البحث على الإنترنت يمكن أن يؤمن تفسيراتٍ وحلولًا سريعة.

ولا يمكن عد البحث حول رسائل الخطأ شكلًا من أشكال الغش أو الاتكالية، فمن شبه المستحيل أن يحفظ الشخص كافة رسائل الخطأ المحتملة لأي لغة برمجة، إذ يبحث مطورو البرمجيات المحترفون عن إجابات لأسئلتهم البرمجية في الإنترنت يوميًا.

وفي حال كون أحد أجزاء رسالة الخطأ التي تواجهك هو خاص بشيفرتك أنت، فمن الأفضل استبعاده أثناء البحث، ولتوضيح هذه النقطة لنأخذ رسائل الخطأ التالية:

>>> print(employeRecord)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
1 NameError: name 'employeRecord' is not defined
>>> 42 - 'hello'
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
2 TypeError: unsupported operand type(s) for -: 'int' and 'str'

يوجد في هذا المثال خطأ كتابي في اسم المتغير employeRecord ما سبب حدوث الخطأ 1، وبما أن المعرف employeRecord خاص بشيفرتك، وذلك في رسالة الخطأ NameError: name 'employeRecord' is not defined والتي تعني حدوث خطأ في الاسم بسبب كون اسم المتغير employeRecord غير معرف.

أما في السطر الأخير فمن الواضح أن الأجزاء int و str من رسالة الخطأ 2 تعود للقيم 42 و hello على التوالي، ففي هذه الحالة من الأفضل اقتصار البحث على العبارة python "TypeError: unsupported operand type(s)" for والتي تعني خطأ في نمط البيانات ناتج عن كون أحد المعاملات ذو نمط غير مدعوم، وذلك بدلًا من تضمين البحث بأجزاء من الرسالة تخص شيفرتك على وجه التحديد، وإذا فشل هذا البحث المختصر في الوصول إلى نتائج مفيدة، فجرب كتابة رسالة الخطأ كاملةً.

تجنب حدوث الأخطاء باستخدام منقحات الصياغة

لعل الطريقة الأفضل في إصلاح الأخطاء هي عدم الوقوع بها من الأصل، وهنا يأتي دور منقّحات الأخطاء Linters، وهي عبارة عن تطبيقات تعمل على تحليل الشيفرة المصدرية لتنبهك حول أي خطأ محتمل فيها، أما اسمها "Linters" فقد أتى تيمنًا بأداة جمع الألياف الصغيرة والأوبار في مجفف الملابس.

ورغم كون منقّح الأخطاء لن يكتشف أخطاء الشيفرة بالكامل، إلا أن التحليل الساكن الذي يجريه (أي فحص الشيفرة المصدرية دون تشغيلها) قادر على تحديد العديد من الأخطاء الشائعة الناتجة عن الأخطاء الإملائية وسنستعرض في مقالات لاحقة كيفية استخدام تلميحات الكتابة التي يقدمها التحليل الساكن.

وتتضمن العديد من محررات النصوص وبيئات التطوير البرمجية المتكاملة IDEs على منقّحات صياغة تعمل في الخلفية، والقادرة على التنبيه إلى الأخطاء المكتشفة بالزمن الحقيقي كما هو موضح في الشكل التالي.

منقّح صياغة يشير إلى متغير غير مصرح عنه وذلك في محرر النصوص MU (الشكل الأعلى) وفي المحرر PyCharm (الشكل الأوسط) وفي المحرر Sublime (الشكل الأسفل).

وبذلك تعمل إشعارات الأخطاء شبه الفورية التي يوفرها منقّح الأخطاء على تحسين إنتاجية العمل البرمجي بشكل ملموس، فبدون وجوده ستضطر إلى تشغيل برنامجك لتكتشف وجود خطأ، منتقلًا إلى ملخص متتبّع الأخطاء بحثًا عن السطر في الشيفرة المصدرية المتسبب في الخطأ لإصلاح الخطأ الإملائي المسبب له، ولكن ماذا لو ارتكبت عدة أخطاء إملائية؟ عندها لن تجدها إلا بإعادة تنفيذ البرنامج عدة مرات فكل دورة تشغيل ستجد خطأ واحد تتوقف عنده، في حين أن منقّحات الصياغة قادرة على الإشارة لوجود عدة أخطاء معًا ويتم ذلك مباشرةً في محرر النصوص أثناء كتابة الشيفرة، ما يمكنك من تحديد السطر الذي حدثت فيه المشكلة مباشرةً.

وقد لا يأتي محرر النصوص أو البيئة البرمجية المتكاملة التي تستخدمها مع منقّح صياغة أصلًا، ولكن إن كانت تدعم الإضافات، فمن شبه المؤكد وجود منقّح صياغة كإضافة، وغالبًا ما تستخدم هذه الإضافات وحدة تنقيح صياغة تدعى Pyflakes أو وحدات أخرى تؤدي هذا الغرض. وبإمكانك تثبيت الوحدة Pyflakes من الرابط https://pypi.org/project/pyflakes/ أو باستخدام أمر تثبيت الحزم pip بكتابة الأمر pip install --user pyflakes، الأمر الذي يستحق العناء لإنجازه.

ملاحظة: يمكنك في نظام ويندوز تشغيل كل من الأمرين pip و python، ولكن في حال استخدامك لأنظمة ماك أو إس أو لينكس فتكون أسماء هذين الأمرين بهذا الشكل فقط من أجل الإصدار الثاني من بايثون، أما للإصدار الثالث فيصبحان بالشكل pip3 و python3، انتبه لهذا الموضوع كلما صادفت أحد الأمرين pip أو python في سياق المقال.

تأتي بيئة التطوير المتكاملة الخاصة ببايثون IDLE بدون منقّح صياغة وبدون القابلية لتثبيته فيها.

الخلاصة

لعل وصولك إلى إجابات عن أسئلتك الخاصة بنفسك هي واحدة من أهم المهارات التي عليك اكتسابها كمبرمج، وهنا يمثل الإنترنت ثروة من المصادر المتضمنة الإجابات التي تحتاج.

إلا أن الإجراء الأول الذي يجب اتخاذه هو محاولة تحليل رسالة الخطأ المبهمة المعروضة من قبل بايثون، ولا تقلق إن لم تفهم محتواها، فبإمكانك نسخ نص الرسالة إلى أحد محركات البحث وصولًا إلى تفسير حولها باللغة الإنجليزية العادية مع بيان سببها المحتمل، كما أن متتبع الأخطاء سيشير إلى مكان وقوع الخطأ في شيفرة برنامجك.

وهنا يلعب منقح الصياغة دورًا مهمًا في الإشارة إلى وقوع الأخطاء المطبعية والمشاكل المحتملة لحظة وقوعها، فهذه المنقحات مفيدة جدًا ولا غنى عنها في التطوير الفعال للبرمجيات، وفي حال كون محرر النصوص أو بيئة التطوير التي تستخدمها لا تملك منقحًا وغير قابلة لإضافته، فمن المفضل أن تنتقل إلى أحد المحررات التي تدعم وجود منقحات الصياغة.

وتذكر أن البرمجة مجال واسع جدًا، ولا يمكن لأحد أن يحيط بجميع تفاصيله، لذا لا تشعر بالإحباط إن اضطررت للبحث باستمرار عن إجابات لأسئلتك، فحتى مطورو البرمجيات المتمرسون يبحثون في الإنترنت عن التوثيقات والحلول يوميًا، وبدلًا من تضييع وقتك بالإحساس بالإحباط ركز على اكتساب مهارة إيجاد الحلول، وهي خطوة مهمة في طريقك لتصبح خبير بايثون.

ترجمة -وبتصرف- للفصل الأول "التعامل مع الأخطاء وطلب المساعدة" من كتاب Beyond the Basic Stuff with Python لصاحبه Al Sweigart.

اقرأ أيضًا

• كيفية التعامل مع الأخطاء البرمجية
• أساسيات البرمجة بلغة بايثون
• إعداد بيئة العمل للمشاريع مع بايثون
• النسخة العربية الكاملة لكتاب البرمجة بلغة بايثون