تعرف على أهم الدوال المدمجة في لغة بايثون

تعرفنا في المقال السابق على مفهوم الدوال وكيف يمكن للمبرمج تعريف دوال مخصصة ولكن لا يحتاج المبرمج إلى تعريف كل الدوال بنفسه من الصفر بل توجد الكثير من الدوال المدمجة بالفعل في اللغة افتراضيًا تسمى Built-in Functions أي دوال مدمَجة، وأفضل الأمثلة عليها هي دالة الطباعة print الموجودة افتراضيًا في بايثون، وسنذكر في هذا الفصل أهم هذه الدوال وأمثلة على استخدامها.

دوال التعامل مع الأوقات والأزمنة في بايثون

يُتعامَل مع الأوقات والتواريخ في كثير من برامج الحاسوب بصورة ضرورية، فلا غنى عن التعامل مع التواريخ والأوقات في برمجة الكثير من التطبيقات، إذ تعتمد الكثير من التطبيقات عليها، فهاتفك مثلًا يحتوي على تطبيقات تستخدِمها يوميًا مثل تطبيق المنبه، والذي يعتمد بصورة أساسية على التعامل مع التواريخ والأوقات، كما توجد الكثير من المهام التي من الممكن استخدام دوال التعامل مع الأوقات فيها، فمثلًا قد نودّ متابعة وتسجيل عدد الثواني التي يستخدِمها الحاسوب في تنفيذ كتلة شيفرة معيّنة لقياس سرعة تنفيذ البرنامج.

توجد في بايثون بعض الوحدات Modules التي تُستخدَم عند التعامل مع الأوقات والتواريخ، سنبدأ أولًا بوحدة الوقت التي تُدعى time وهي تحتوي على الكثير من الدوال المفيدة للتعامل مع الوقت وسنذكر بعضًا منها.

ملاحظة: يُحسَب في بايثون وفي كثير من لغات البرمجة وقت الثانية الحالية حسب فترة بُعدها بالثواني عن الساعة 12 صباحًا يوم 1 من شهر 1 عام 1970م، وهو نظام متعارف عليه، إذ يُعَدّ ذلك التاريخ نقطة انطلاق ما يُدعى بوقت يونكس Unix أو Unix Epoch.

دالة time

يمكننا تحديد رقم الثانية الحالية باستخدام الدالة time الموجودة في الوحدة time، إذ سنطبع في المثال التالي الوقت الحالي كما يلي:

import time

print (time.time())
>> 1592952455.39395

ستلاحظ في كل مرة يُنفَّذ المثال أعلاه أن العدد يزيد بفرق عدد الثواني بين التنفيذ الثاني والتنفيذ الأول، والجدير بالذكر أنّ الثانية في تلك القاعدة يُطلق عليها بالإنجليزية لقب Tick، وحسب تلك القاعدة فإنه يعبَّر عن التاريخ حسب عدد الثواني، إذ يمثِّل العدد الموجب عدد ثواني المارة على تاريخ 1/1/1970؛ أما العدد السالب، فيُمثِّل عدد الثواني المطلوبة للوصول إلى وقت يونكس أي تاريخ 1 شهر 1 عام 1970م في حال تعاملنا مع تاريخ قديم، ولفهم ما نعنيه يمكن تخيُّل تاريخ وقت يونكس هو نقطة الصفر بحيث تمثِّل القيمة الموجبة ما بعد ذلك التاريخ؛ أما القيمة السالبة، فتمثِّل ما قبل ذلك التاريخ كما في الصورة التالية:

إضافة: ستكون أيّ قيمة في وقتنا الحاضر وفي المستقبل قيمةً موجبةً، لكن مع ذلك فإنّ الأرقام الصحيحة التي تعبِّر عن عدد الثواني محدودةً في أنظمة التشغيل، وبالتالي توجد مشكلة تدعى مشكلة عام 2038، إذ أنه في تمام يوم الثلاثاء الموافق للتاسع عشر من شهر 1 من ذلك العام ستتوقف الأنظمة عن العمل بذلك النظام لأنه لن تستوعب العدد الكبير من الثواني آنذاك.

دالة localtime

يمكننا في بايثون معرفة التاريخ الحالي عبر دالة localtime وفي المثال الآتي نوضِّح كيفية استخدامها.

import time
print (time.localtime());
>> time.struct_time(tm_year=2020, tm_mon=6, tm_mday=24, tm_hour=23, tm_min=23, tm_sec=55, tm_wday=2, tm_yday=176, tm_isdst=0)

نلاحظ أنّ الدالة تُنتج صنف time.struct_time، ويمكننا استخراج بيانات التاريخ وطباعتها من الدالة السابقة عبر معاملة الكائن الناتج عن الدالة كونه صنفًا، إذ يكون العنصر الأول هو العام، والعنصر الثاني هو رقم الشهر، والعنصر الثالث هو رقم اليوم، والعنصر الرابع هو الساعة، والعنصر الخامس هو الدقيقة، والعنصر السادس هو الثواني، والعنصر السابع هو رقم اليوم في الأسبوع، والعنصر الثامن هو رقم اليوم في السنة، ولطباعة العام يجب طباعة العنصر الأول كما يلي:

print (time.localtime()[0]);
>> 2020

ولطباعة الشهر مثلًا يجب طباعة العنصر الثاني كما يلي:

print (time.localtime()[1]);
>> 6

وهكذا.

دالة asctime

تكوّن هذه الدالة التاريخ بصورة مقروءة وتتطلب معاملًا واحدًا ومن الممكن أن يكون من نوع time.struct_time، لذلك نستطيع ببساطة تمرير ناتج دالة localtime على أساس معامِل في هذه الدالة، ففي المثال الآتي نطبع التاريخ والوقت الحاليين بصورة مقروءة باستخدام الدالتين السابقتين:

import time
print (time.asctime(time.localtime()));
>> Wed Jun 24 23:41:30 2020

دالة sleep

توقف الدالة sleep عمل البرنامج لبرهة من الزمن تُحدَّد بعدد من الثواني تُمرَّر على أساس معامِل وحيد في الدالة، ففي المثال التالي سيُطبَع الاسم Adam في بداية تشغيل البرنامج ثم سيتوقف البرنامج عشرة ثوانٍ ثم يطبع الاسم Noah:

import time
print ('Adam')
time.sleep(10)
print ('Noah')
>> Adam
>> Noah

دوال التعامل مع التواريخ في بايثون

سنتعرف على بعض الدوال البسيطة والمفيدة في التعامل مع التواريخ.

دالة month

تطبع التقويم الميلادي لشهر محدد في سنة محددة عبر المعامِلات التي تستقبلها الدالة، فالمعامل الأول المطلوب في الدالة هو العام؛ أما المعامل الثاني فهو رقم الشهر، إذ يمكننا عبر المثال التالي طباعة تقويم شهر 1 من عام 2019م:

import calendar
print (calendar.month(2019, 1))
>>     January 2019
Mo Tu We Th Fr Sa Su
    1  2  3  4  5  6
 7  8  9 10 11 12 13
14 15 16 17 18 19 20
21 22 23 24 25 26 27
28 29 30 31

دالة today

توجد في بايثون وحدة datetime والتي تحتوي على الكثير من الخصائص والدوال منها الدالة today.

نستطيع استخدام الدالة today لطباعة تاريخ اليوم، ففي المثال الآتي نستورد الصنف date من الوحدة datetime ثم نستخدِم دالة today الموجودة بداخلها.

from datetime import date

print (date.today())
>> 2020-06-25

دالة isleap

تتحقق هذه الدالة من كون السنة المحدَّدة في معاملها سنةً كبيسةً أم لا، إذ نتحقق في المثال التالي من سنة 2019:

import calendar
print (calendar.isleap(2019))
>> False

الإجابة كما نرى في المثال هي خطأ False وبالتالي هي ليست سنةً كبيسةً، ومن المُمكن استخدام تلك الدالة في الجمل الشرطية، إذ تستطيع في تلك الحالة تنفيذ كتلة شيفرة معينة في السنة الكبيسة دونًا عن السنوات الأخرى أو العكس.

دالة leapdays

تحسب هذه الدالة عدد الأيام الكبيسة في نطاق عدد سنوات يُحدَّد عبر تمرير معاملين فيها بحيث يحتوي المعامِل الأول على عام بداية النطاق؛ أما المعامل الثاني فيحتوي على عام نهاية النطاق، فإذا أردنا مثلًا معرفة عدد الأيام الكبيسة منذ عام 1990م حتى عام 2019م، فسيكون كما في المثال التالي:

import calendar

print (calendar.leapdays(1990, 2019))
>> 7

توجد في كل من الوحدات time و calendar و datetime السالف ذكرها الكثير من الدوال والخصائص الأخرى التي لا يتسع الفصل لذكرها، ويمكنك الرجوع إلى توثيقها في موسوعة حسوب لمزيد من التفاصيل.

دوال التعامل مع الملفات في بايثون

تُعَدّ معرفة الدوال والأمور الخاصة بالتعامل مع الملفات في بايثون من الموضوعات الضرورية أيضًا، إذ يصبح من الضروري قراءة محتويات الملفات التي تحتوي على بيانات المشروع أثناء برمجة الكثير من المشاريع وأهمها مشاريع تعلم الآلة.

ملاحظة: لا تُستخدَم دوال التعامل مع الملفات المدمجة غالبًا بصورة افتراضية في بايثون في مشاريع تعلُّم الآلة، وذلك لأن معظم ملفات تلك المشروعات هي ملفات بصيغة CSV أو ما شابه، وهي ملفات من الأفضل قراءة محتواها عبر مكتبات متخصصة لذلك النوع، ولكن مع ذلك فإنه من المُستحسن معرفة بعض تلك الدوال المدمجة وإمكاناتها، إذ أنها قد تكون مفيدةً في بعض البرامج.

الدالة read

قبل القراءة من ملف أو الكتابة فيه، يجب استخدام الدالة open الأساسية المستخدَمة في فتح الملفات، وهي دالة تطلب معاملَين اثنين، الأول هو مسار الملف، والثاني هو ما يُدعى بوضع الوصول Access Mode، وهو قيمة مكونة من رمز مأخوذ من مجموعة رموز محددة كل منها يعبِّر عن وضع وصول معيّن، إذ تحدِّد أوضاع الوصول ما يمكن فعله وما لا يمكن فعله عند فتحك ملفًا ما، فقد تتيح بعض لك أوضاع الوصول قراءة المحتويات فقط، وأخرى تتيح لك القراءة من والكتابة في الملف وأخرى تتيح لك كتابة محتوى فقط دون قراءة للمحتوى، إذ تختلف أوضاع الكتابة، فتكتب بعض الأوضاع المحتوى من أول الملف، في حين تكتب أوضاع أخرى المحتوى في نهاية الملف، بالإضافة إلى الكثير من التفاصيل الأخرى التي يعبِّر عنها كل رمز من الرموز.

لنبدأ بمثال بسيط، يمكننا إنشاء ملف نصي بسيط بجوار الملف الرئيسي للبرنامج باسم file.txt، ولنكتب شيفرة مهمتها قراءة محتوى الملف وطباعته، ولتحقيق ذلك لا نحتاج إلى استيراد أية مكتبات لأن الدالة مدمجة بالفعل.

file = open ('file.txt')
print (file.read())
>> The file content

استخدمنا في المثال السابق الدالة open لقراءة الملف دون تمرير معامل ثان لها وهو معامل الوصول بوضع القراءة افتراضيًا، وقد أنشأت بذلك كائنًا يحتوي على الكثير من الدوال، منها الدالة التي تتيح قراء المحتوى النصي وهي الدالة read.

الدالة write

كما يمكننا أيضًا كتابة محتوًى في الملف بتغيير رمز وضع الوصول إلى w، ثم استخدام الدالة write لإدخال نص وحفظه في الملف كما يلي:

file = open ('file.txt', 'w')
file.write('New file content')

ستُحذَف جميع محتويات الملف النصي بعد تنفيذ ذلك البرنامج، ويُغيَّر بالمعامل الأول في دالة write، والجدير بالذكر أنّ الرمز w يتيح الكتابة في الملفات فقط ولا يتيح قراءة المحتويات.

الدالة close

من الأفضل إغلاق المتغير الذي يحتوي على الملف بعد إنهاء المهمات المُراد تنفيذها على الملفات لكي تُلغى أيّة تعديلات غير منتهية ومن ثم إغلاق الملف، إذ لن يكون التعديل على الملف متاحًا بعد إغلاقه إلا إذا استُخدِمت الدالة open مرةً أخرى لفتح الملف، ويمكن إغلاق الملف باستخدام الدالة close الموجودة في متغير الملف كما في المثال التالي:

file.close()

الدالتان remove و rename

توجد دالتان مهمتان هما دالة حذف الملفات remove ودالة إعادة تسمية الملفات rename، لكنهما متاحتان فقط بوجود مكتبة مستقلة للتعامل مع أنظمة التشغيل، وهي مكتبة os المُسماة بذلك اختصارا لكلمة Operating System، إذ يكون المعامل الوحيد للدالة الأولى التي تتيح حذف الملفات هو اسم الملف أو مساره بداخل المجلد الموجود فيه البرنامج؛ أما الدالة الثانية التي تتيح إعادة تسمية الملفات، فستطلب معاملين هما اسم الملف الحالي المُراد تعديله واسم الملف الجديد، إذ سنعيد في المثال التالي تسمية ملف موجود بجوار البرنامج.

import os
os.rename ('file.txt', 'file_renamed.txt')

سيتغير بذلك اسم الملف بجوار البرنامج من file.txt إلى file_renamed.txt بدون طباعة أيّ كلمة عند تشغيل البرنامج.

ملاحظة: من الضروري دائمًا معاملة صيغة الملف على أساس جزء من الاسم عند التعامل مع الملفات في بايثون وفي معظم لغات البرمجة.

يوضِّح المثال التالي حذف الملف من الحاسوب تمامًا:

import os
os.remove ('file_renamed.txt')

دوال التعامل مع النصوص في بايثون

النص أو السلسلة النصية string في لغة بايثون عبارة عن سلسلة متتالية من الأحرف الموضوعة ضمن علامتي اقتباس مفردتين أو مزدوجتين

ومن أهم الدوال المستخدمة للتعامل مع السلاسل النصية في بايثون نذكر:

دالة str

السلسلة النصية كما ذكرنا ما هي إلا سلسلة من الأحرف المتتالية ويمكنك الوصول إلى كل حرف منها باستخدام الدالة str [n] حيث يعبر n هنا عن موضع أو فهرس الحرف الذي تريد الوصول له، علمًا بأن فهرسة السلاسل النصية في بايثون تبدأ بالصفر أي أن فهرس الحرف الأول في السلسلة النصية يساوي صفر.

لنأخذ مثالًا لتوضيح الأمر، سننشئ متغير يعبر عن السلسلة Python String وسنصل للحرفين الأول والثاني من السلسلة من خلال كتابة str[0] و str[1] كما يلي

str = "Python String"
print(str[0]) # P
print(str[1]) # y

ملاحظة: إذا كنت مررت قيمة سالبة للفهرس فإن بايثون تبدأ العد من نهاية السلسلة وتعيد لك الحرف الموافق وتبدأ الفهرسة في هذه الحالة بالقيمة 1- كما هو موضح في المثال التالي:

str = "Python String"
print(str[-1]) # g
print(str[-4]) # r

ويمكن الحصول على سلسلة فرعية من سلسلة نصية ما من خلال تمرير مجال من القيم للدالة على سبيل المثال للحصول على أول 6 أحرف من السلسلة النصية "Python String" نكتب الكود التالي:

str = "Python String"
print (str[0:6]) #Python

كما تلاحظ من المثال أعلاه ستتضمن السلسلة الفرعية الناتج عن الأحرف من الدليل رقم 0 لغاية الدليل 5 وتستبعد الحرف ذو الدليل 6.

ويمكنك حذف قيمة فهرس البداية ليتم تعيينها افتراضيًا على الصفر أو حذف قيمة فهرس النهاية ليتم تعيينها افتراضيًا على طول السلسلة الكامل.

str = "Python String"
print (str[:6]) # Python
print (str[7:]) # String

دالة len

تستعمل الدالة len للحصول على طول السلسلة النصية أي عدد حروفها، على سبيل المثال الشيفرة التالية تعيد القيمة 13

str = "Python String"
str_len = len(str)
print(str_len)

دوال التعامل مع القوائم والمصفوفات في بايثون

تعد كل من القوائم lists والمصفوفات arrays بنى بيانات في بايثون قادرة على تخزين عناصر متعددة في متغير واحد. والفرق الأساسي بين القوائم والمصفوفات هو أن القائمة تتكون من عناصر تنتمي إلى أنواع بيانات مختلفة في حين تتكون المصفوفة من عناصر تنتمي إلى نفس نوع البيانات.

توفر بايثون الكثير من الدوال التي تتعامل مع القوائم والدوال وفيما يلي نتعرف على أهم هذه الدوال:

دالة append

تضيف الدالة append عنصرًا واحدًا إلى نهاية القائمة، يمكن أن يكون العنصر نفسه قائمة، لاحظ الأمثلة التالية

fruits = ['apple', 'banana', 'cherry']
vegetables = ["cabbage", "tomato", "cucumber"]
fruits.append("orange")
print(fruits) #['apple', 'banana', 'cherry', 'orange']
fruits.append(vegetables)
print(fruits) #['apple', 'banana', 'cherry', 'orange', ['cabbage', 'tomato', 'cucumber']]

دالة clear

الدالة clear دالة بسيطة لا تحتاج لأي وسطاء وتقوم بحذف كل العناصر من القائمة وتعيد قائمة فارغة.

fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
fruits.clear()
print(fruits) #[]

دالة count

تعيد الدالة count عدد المرات التي ورد فيها عنصر ما في القائمة، على سبيل المثال لإعادة عدد مرات ورود اسم معين في قائمة من الأسماء أو رقم محدد في سلسلة أرقام نكتب الكود التالي

names = ['Ali','OLA','Ahmad','Ali','Mohammed','Ali',]
num=names.count("Ali")
print(num) #3
points = [1, 3, 2, 9, 7, 8, 9, 3, 1]
x = points.count(3) 
print(x)#2

دالة extend

تلحق الدالة extend قائمة جديدة أو أي بنية معطيات أخرى مكونة من عدة عناصر إلى نهاية القائمة الحالية

fruits = ['apple', 'banana', 'cherry']
vegetables = ["cabbage", "tomato", "cucumber"]
points = (1, 4, 5, 9)
fruits.extend(vegetables)
print(fruits) #['apple', 'banana', 'cherry', 'cabbage', 'tomato', 'cucumber']

دالة index

تعيد الدالة index فهرس العنصر في القائمة كل ما عليك هو تمرير قيمة العنصر الذي تريد البحث عنه في السلسلة وستعيد لك الدالة دليل أو ظهور له ضمن القائمة، وتذكر أن فهرس أول عنصر في القائمة هو 0.

لاحظ المثال التالي:

names = ['Myriam ', 'Ali', 'Mohammed', 'Ahmad','Salah']
i=names.index('Ahmad')
print(i) #3

دالة insert

تقوم الدالة insert بإضافة عنصر إلى موضع محدد في القائمة على سبيل المثال إذا كان لدينا قائمة بأسماء وعلامات الطلاب ونسينا إضافة علامة الطالب الثاني في القائمة يمكن استخدام الدالة لإضافتها ببساطة كما يلي

students = ['Ali', 90, 'Ahmad', 'Salah', 80]
students.insert(3, 76)
print(students) #['Ali', 90, 'Ahmad', 76, 'Salah', 80]

دالة pop

تحذف الدالة pop عنصر له فهرس محدد من القائمة ويمكن أن تعيد لنا العنصر المحذوف كما في المثال التالي

fruits = ['apple', 'banana', 'cherry']
x = fruits.pop(1)
print(fruits) #['apple', 'cherry']
print(x) #banana

دالة remove

تحذف الدالة عنصر له فيمة محددة من القائمة وفي حال تكررت القيمة أكثر من مرة في القائمة ستحذف الدالة أول ورود للقيمة وتترك القيم الباقية.

names = ['Ali','OLA','Ahmad','Ali','Mohammed','Ali',]
names.remove("Ali")
print(names) #['OLA', 'Ahmad', 'Ali', 'Mohammed', 'Ali']

دالة reverse

تعكس الدالة ترتيب عناصر القائمة

numbers = [1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 ]
numbers.reverse()
print(numbers)
#[10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1]

دالة sort

ترتب الدالة sort عناصر القائمة وفق التسلسل الأبجدي وهي تفرز العناصر تصاعديًا بشكل افتراضي كما يمكن تمرير وسيط اختياري reverse وإعطاؤه القيمة True لجعل الدالة تغير طريقة عملها وتفرز عناصر القائمة تنازليًا

على سبيل المثال لترتيب مجموعة من الأسماء أبجديًا نكتب الشيفرة التالية

names = ['OLA', 'Ahmad', 'Mohammed']
names.sort()
print(names) # ['Ahmad', 'Mohammed', 'OLA']
names.sort(reverse=True)
print(names) # ['OLA', 'Mohammed', 'Ahmad']

ويمكن كذلك تغيير طريقة الترتيب من خلال تمرير قيمة مفتاح key يحدد المعيار الذي تود فرز العناصر وفقه، على سبيل المثال لترتيب الأسماء حسب طولها أو عدد أحرفها من الأقل للأكثر سنعرف دالة تحسب طول السلسلة النصية ثم سنمررها كقيمة مفتاحية لدالة الترتيب كما يلي:

def myFunc(e):
  return len(e)

names = ['Ahmad', 'Ali', 'Mohammed']

names.sort(key=myFunc)

print(names) #['Ali', 'Ahmad', 'Mohammed']

هذه كانت نبذة سريعة عن أهم الدوال الأساسية في الدوال المدمجة في لغة بايثون، ويمكنك التعرف على مزيد من التفاصيل حول الدوال المدمجة في لغة بايثون بالاطلاع على توثيق لغة بايثون باللغة العربية الذي وفرته لك موسوعة حسوب.