فهم متغيرات الأصناف والنسخ في بايثون 3

تسمح البرمجة الكائنية باستخدام متغيرات على مستوى الصنف، أو على مستوى النسخة (instance). المتغيرات هي رموز (symbols) تدل على قيمة تستخدمها في برنامجك.

يشار إلى المتغيرات على مستوى الصنف باسم متغيرات الصنف (class variables)، في حين تسمى المتغيرات الموجودة على مستوى النسخة متغيرات النسخة (instance variables).

إذا توقعت أن يكون المتغير متسقًا في جميع نسخ الصنف، أو عندما تود تهيئة المتغير، فالأفضل أن تُعرِّف ذلك المتغير على مستوى الصنف. أما إن كنت تعلم أن المتغير سيختلف من نسخة إلى أخرى، فالأفضل أن تعرفه على مستوى النسخة.

يسعى أحد مبادئ تطوير البرمجيات هو مبدأ DRY (اختصارًا للعبارة don’t repeat yourself، والذي يعني لا تكرر نفسك) إلى الحد من التكرار في الشيفرة. أي تلتزم البرمجة الكائنية بمبدأ DRY على تقليل التكرار في الشيفرة.

ستتعلم في هذا الدرس كيفية استخدام متغيرات الصنف والنسخة في البرمجة الكائنية في بايثون.

متغيرات الصنف

تٌعرَّف متغيرات الصنف داخل الصنف وخارج كل توابعه وعادةً ما توضع مباشرة أسفل ترويسة الصنف، وقبل الباني (constructor) والتوابع الأخرى. ولمَّا كانت مملوكة للصنف نفسه، فستُشارَك مع جميع نُسَخ ذلك الصنف. وبالتالي، سيكون لها نفس القيمة بغض النظر عن النسخة، إلا إن كنت ستستخدم متغير الصنف لتهيئة متغير معيَّن.

متغير الصنف يبدو كما يلي:

class Shark:
    animal_type = "fish"

في الشيفرة أعلاه أحلنا القيمة "fish" إلى المتغير animal_type.

يمكننا إنشاء نسخة من الصنف Shark (سنطلق عليها new_shark)، ونطبع المتغير باستخدام الصياغة النقطية (dot notation):

class Shark:
    animal_type = "fish"

new_shark = Shark()
print(new_shark.animal_type)

لننفذ البرنامج:

python shark.py

سيعيد البرنامج قيمة المتغير:

fish

دعنا نضيف مزيدًا من متغيرات الصنف، ونطبعها:

class Shark:
    animal_type = "fish"
    location = "ocean"
    followers = 5

new_shark = Shark()
print(new_shark.animal_type)
print(new_shark.location)
print(new_shark.followers)

يمكن أن تتألف متغيرات الصنف من أي نوع من البيانات المتاحة في بايثون تمامًا مثل أي متغير آخر. استخدمنا في هذا البرنامج السلاسل النصية والأعداد الصحيحة. لننفذ البرنامج مرة أخرى باستخدام الأمر python shark.py ونرى المخرجات:

fish
ocean
5

يمكن للنسخة new_shark الوصول إلى جميع متغيرات الصنف وطباعتها عند تنفيذ البرنامج.

تُنشَأ متغيرات الصنف عند إنشاء الصنف مباشرةً (وليس عند إنشاء نسخة منه) وتحتل موضعًا لها في الذاكرة ويمكن لأي كائن مُشتَق (نسخة) من الصنف نفسه أن يصل إليها ويقرأ قيمتها.

متغيرات النسخة

تختلف متغيرات النسخة عن متغيرات الصنف أن النسخة المشتقة من الصنف هي من تملكها وليس الصنف نفسه أي تكون على مستوى النسخة وسيُنشَأ متغير مستقل في الذاكرة عند إنشاء كل نسخة. هذا يعني أنّ متغيرات النسخة ستختلف من كائن إلى آخر.

تُعرَّف متغيرات النسخة ضمن التوابع على خلاف متغيرات الصنف. في مثال الصنف Shark أدناه، عّرفنا متغيري النسخة name و age:

class Shark:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

عندما ننشئ كائنًا من الصنف Shark، سيتعيّن علينا تعريف هذه المتغيرات، عبر تمريرها كمعاملات ضمن الباني (constructor)، أو أي تابع آخر.

class Shark:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

new_shark = Shark("Sammy", 5)

كما هو الحال مع متغيرات الأصناف، يمكننا بالمثل طباعة متغيرات النسخة:

class Shark:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

new_shark = Shark("Sammy", 5)
print(new_shark.name)
print(new_shark.age)

عند تنفيذ البرنامج أعلاه باستخدام python shark.py، سنحصل على المخرجات التالية:

Sammy
5

تتألف المخرجات التي حصلنا عليها من قيم المتغيرات التي هيّأناها لأجل الكائن new_shark.

لننشئ كائنًا آخر من الصنف Shark يسمى stevie:

class Shark:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

new_shark = Shark("Sammy", 5)
print(new_shark.name)
print(new_shark.age)

stevie = Shark("Stevie", 8)
print(stevie.name)
print(stevie.age)

يمرِّر الكائن stevie المعاملات إلى الباني لتعيين قيم متغيرات النسخة الخاصة به.

تسمح متغيرات النسخة، المملوكة لكائنات الصنف، لكل كائن أو نسخة أن تكون لها متغيرات خاصة بها ذات قيم مختلفة عن بعضها بعضًا.

العمل مع متغيرات الصنف والنسخة معًا

غالبًا ما تُستخدم متغيرات الصنف ومتغيرات النسخة في نفس الشيفرة، ويوضح المثال التالي يستخدم الصنف Shark الذي أنشأناه سابقًا هذا الأمر. تشرح التعليقات في البرنامج كل خطوة من خطوات العملية.

class Shark:

    # متغيرات الصنف
    animal_type = "fish"
    location = "ocean"

    # name و age باني مع متغيري النسخة 
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    # followers تابع مع متغير النسخة 
    def set_followers(self, followers):
        print("This user has " + str(followers) + " followers")

def main():
    # الكائن الأول، إعداد متغيرات النسخة في الباني
    sammy = Shark("Sammy", 5)

    # name طباعة متغير النسخة 
    print(sammy.name)

    # location طباعة متغير الصنف 
    print(sammy.location)

    # الكائن الثاني
    stevie = Shark("Stevie", 8)

    # name طباعة متغير النسخة 
    print(stevie.name)

    # followers لتمرير متغير النسخة set_followers استخدام التابع
    stevie.set_followers(77)

    # animal_type طباعة متغير الصنف 
    print(stevie.animal_type)

if __name__ == "__main__":
    main()

عند تنفيذ البرنامج باستخدام python shark.py، سنحصل على المخرجات التالية:

Sammy
ocean
Stevie
This user has 77 followers
fish

خلاصة

في البرمجة الكائنية، يشار إلى المتغيرات المُعرَّفة على مستوى الصنف بمتغيرات الصنف، في حين تسمى المتغيرات المُعرّفة على مستوى الكائن بمتغيرات النسخة.

يتيح لنا هذا التمييز استخدام متغيرات ذات قيم واحدة بينها عبر متغيرات الصنف، أو استخدام متغيرات مختلفة لكل كائن على حدة عبر متغيرات النسخة. كما يضمن استخدام المتغيرات الخاصة بالصنف أو النسخة أن تكون الشيفرة متوافقة مع مبدأ DRY.

هذه المقالة جزء من سلسة مقالات حول تعلم البرمجة في بايثون 3.

ترجمة -وبتصرّف- للمقال Understanding Class and Instance Variables in Python 3 لصاحبته Lisa Tagliaferri