كيفية التعامل مع الملفات النصية في بايثون 3

تمهيد

بايثون هي أداةٌ رائعةٌ لمعالجة البيانات. ومن المحتمل أنَّ البرامج التي تكتبها ستتضمن قراءة البيانات أو كتابتها أو تعديلها، ولهذا السبب ستستفيد جدًا من قدرة بايثون على التعامل مع مختلف صيغ الملفات التي تُخزِّن أصنافًا متنوعةً من البيانات.

ليكن لديك -على سبيل المثال- برنامج بايثون الذي يتحقق من امتيازات الوصول لقائمة من المستخدمين؛ فيكون من المرجح في هذه الحالة أن تُخزَّن قائمة المستخدمين في ملفٍ نصيٍ بسيط. أو ربما لم تكن تتعامل مع النصوص، وإنما مهمة برنامجك هي التحليل الاقتصادي؛ ومن المرجح أنَّك ستأخذ الأرقام التي ستجري عملياتك عليها من ورقة عمل في أحد البرامج مثل Excel أو Calc. وأرى أنَّه من المرجح أن يتطلب تطبيقك إدخال أو إخراج البيانات بغض النظر عن الهدف منه.
سيشرح هذا الدرس باختصار بعض الصيغ التي تستطيع بايثون التعامل معها. سنستعرض أولًا لمحة عن بعض أنواع الملفات، ثم سنكمل الدرس بكيفية فتح وقراءة الملفات والكتابة إليها في بايثون 3.
يجب أن تُصبح قادرًا بعد نهاية هذا الدرس على التعامل مع أيّة ملفات نصية في بايثون.

المتطلبات المسبقة

ستحتاج في هذا الدرس إلى توافر بايثون 3 على حاسوبك بالإضافة إلى بيئة برمجية محلية مضبوطة عليه.
لغة بايثون هي لغة متكاملة وتستطيع التعامل بسهولة (نسبيًا) مع مختلف صيغ الملفات، بما فيها الصيغ الآتية:

• txt: ملف نصي بسيط يُخزِّن البيانات التي تُمثِّل المحارف (أو السلاسل النصية) ولا تضم أيّة بيانات وصفية.
• CSV: ملف يحتوي قيمًا مفصولٌ بينها بفاصلة (أو غيرها من المحارف التي تستعمل لفصل الحقول) لتنظيم بُنية هيكلية للبيانات، مما يسمح بحفظ المعلومات بصيغةٍ مجدولة.
• HTML: لغة توصيفية تُخزِّن البيانات الهيكلية وتستعمل عادةً لبناء صفحات الويب.
• JSON: صيغة بسيطة وعملية، مما يجعلها أشهر الصيغ المستعملة لتخزين ونقل البيانات.

سنُركِّز في هذا الدرس على صيغة txt.

الخطوة الأولى: إنشاء ملف نصي

قبل أن نبدأ بإنشاء برامج بايثون، سنحتاج إلى ملفٍ نصيٍ لنعمل عليه؛ لذا افتح محررك النصي المُفضَّل وأنشِئ ملف txt جديد واجعل اسمه days.txt.
أدخِل في الملف الجديد بضعة أسطر، ولتكن مثلًا أيام الأسبوع:

Monday
Tuesday
Wednesday
Thursday
Friday
Saturday
Sunday

احفظ الآن الملف وانتبه إلى مكان تخزينه. فمثلًا، كان اسم المستخدم في نظامي هو sammy وحفظتُ الملف في المسار ‎/users/sammy/days.txt. هذا المسار مهمٌ جدًا في الخطوات القادمة، لأننا سنحاول فتحه باستخدام بايثون.
بعد أن حصلنا على ملفٍ نصيٍ لنعمل عليه، فلنبدأ عملية كتابة البرنامج.

الخطوة الثانية: فتح الملف

قبل أن نبدأ بكتابة البرنامج علينا إنشاء ملف لحفظه، لذا سنُنشِئ الملف files.py في المحرر النصي. وللتبسيط سنضعه في نفس المجلد الذي يحتوي الملف days.txt: أي ‎/users/sammy/‎.
علينا لنفتح ملف في بايثون أن نعثر على طريقةٍ لربط الملف الموجود على القرص الصلب بأحد المتغيرات. تدعى هذه العملية «بفتح» الملف. سنبدأ بإخبار بايثون أين يوجد الملف، ويُشار عادةً إلى مكان تخزين الملف بالمصطلح «المسار» (path). ولكي تستطيع لغة بايثون أن تفتح لك الملف، فستحتاج إلى مساره. ومسار الملف days.txt كما ذكرنا في القسم السابق هو ‎/users/sammy/days.txt، وسنُنشِئ متغيرًا لتخزين هذا المسار باسم path في ملف files.py وضبط قيمته إلى مسار الملف days.txt:

path = '/users/sammy/days.txt'

سنستخدم بعد ذلك الدالة open()‎ الموجودة في بايثون لفتح الملف days.txt. تتطلب الدالة open()‎ تمرير مسار الملف كأوّل وسيط (argument) لها، لكنها تقبل عددًا كبيرًا من المعاملات (parameters)؛ لكن أهم معامل منها هو المعامل الاختياري الذي يُحدِّد «نمط» فتح الملف (opening mode)، فالنمط هو سلسلةٌ نصيةٌ تُحدِّد ماذا تستطيع أن تفعله مع الملف. هذه قائمة ببعض الأنماط المتوافرة:

• 'r': فتح الملف للقراءة
• 'w': فتح الملف للكتابة
• 'x': إنشاء الملف وفتحه للكتابة
• 'a': الإضافة إلى نهاية الملف
• 'r+‎': فتح الملف للقراءة والكتابة معًا

أريد أن أقرأ من الملف فقط في المثال الآتي، لذا سأستخدم النمط r. سنستعمل الدالة open()‎ لفتح الملف days.txt وإسناده إلى المتغير days_file.

days_file = open(path,'r')

نستطيع الآن بعد فتح الملف أن نقرأ منه، وهذا ما سنناقشه في القسم التالي.

الخطوة الثالثة: قراءة الملف

نستطيع الآن بعد فتح الملف أن نُجري عمليات عليه (مثلًا: أن نقرأ منه) عبر المتغير الذي أسندناه إليه. توفِّر بايثون ثلاثة عمليات متعلقة بقراءة المعلومات من ملف، وسأريك إياها كلها في أمثلةٍ لتفهم كيف تعمل.
أوّل عملية هي ‎<file>.read()‎ التي تُعيد كامل محتويات الملف كسلسلةٍ نصيةٍ وحيدة.

days_file.read()

الناتج:

'Monday\nTuesday\nWednesday\nThursday\nFriday\nSaturday\nSunday\n'

العملية الثانية ‎<file>.readline()‎ تُعيد السطر التالي من الملف، حيث تُعيد السطر بأكمله بالإضافة إلى محرف السطر الجديد. ببساطة: هذه العملية ستؤدي إلى قراءة الملف سطرًا بسطر.

days_file.readline()

الناتج:

'Monday\n'

وبعد أن تقرأ سطرًا عبر readline()‎ فسيتم الانتقال إلى السطر الذي يليه، فلو استدعيتَ هذه العملية مرةً أخرى، فستُعيد السطر الذي يلي السطر السابق في الملف كما في الناتج الآتي:

'Tuesday\n'

آخر عملية هي ‎<file>.readlines()‎ التي تُعيد قائمةً (list) بجميع الأسطر الموجودة في الملف، حيث يُمثَّل كل سطر في الملف بعنصرٍ في القائمة.

days_file.readlines()

الناتج:

['Monday\n', 'Tuesday\n', 'Wednesday\n', 'Thursday\n', 'Friday\n', 'Saturday\n', 'Sunday\n']

أحد الأمور التي يجب عليك أن تبقيها في ذهنك عند القراءة من الملفات هو عدم قدرتك على إعادة قراءة الملف بعد استخدام إحدى عمليات القراءة السابقة. فمثلًا لو استدعيتَ days_file.read()‎ متبوعةً بالدالة days_file.readlines()‎ فستُعيد العملية الثانية سلسلةً نصيةً فارغةً، وبالتالي ستحتاج إلى إنشاء متغير جديد مرتبط بالملف في كل مرة ترغب فيها بقراءته.
بعد أن تعلمنا طرائق القراءة من ملف فحان الوقت الآن إلى تعلم كيفية الكتابة إلى ملفٍ جديد.

الخطوة الرابعة: الكتابة إلى ملف

سنكتب الآن السلسلة النصية «Days of the Week» إلى ملفٍ جديد متبوعةً بأيام الأسبوع. سنُنشِئ بادئ الأمر المتغير title:

title = 'Days of the Week\n'

سنحتاج أيضًا إلى تخزين أيام الأسبوع في متغيرٍ الذي سنسميه days. ولتبسيط ذلك سنضع نفس الشيفرة التي استخدمناها في القسم أعلاه؛ حيث سنفتح الملف بنمط القراءة ثم نقرأه ونُخزِّن ناتج عملية القراءة في المتغير الجديد days:

path = '/users/sammy/days.txt'
days_file = open(path,'r')
days = days_file.read()

أصبح لدينا الآن متغيران أولهما للعنوان والآخر لأيام الأسبوع، لذا نستطيع البدء بالكتابة إلى الملف الجديد. لكننا سنحتاج أولًا إلى تحديد مسار الملف، وسنستخدم المجلد ‎/users/sammy مجددًا، ثم سنُحدِّد اسم الملف الجديد الذي نود إنشاءه؛ لذا سيكون المسار النهائي هو ‎/users/sammy/new_days.txt، وسنضع هذا المسار في المتغير new_path، ثم سنفتح الملف الجديد بنمط الكتابة، وذلك باستخدام الدالة open()‎ مع النمط w:

new_path = '/users/sammy/new_days.txt'
new_days = open(new_path,'w')

من المهم أن تعلم أنَّه لو كان الملف new_days.txt موجودًا من قبل «فتح» الملف، فستُحذف جميع محتوياته السابق، لذا توخى الحذر عند استخدام النمط w.
بعد أن فتحنا الملف للقراءة، سنستطيع الآن أن نكتب البيانات فيه وذلك باستخدام الدالة ‎<file>.write()‎. تأخذ دالة الكتابة معاملًا وحيدًا الذي يجب أن يكون سلسلةً نصية وتكتبه إلى الملف. إذا أردتَ أن تبدأ سطرًا جديدًا في الملف، فعليك توفير محرف بداية السطر (newline) يدويًا.
سنكتب أولًا العنوان إلى الملف متبوعًا بأيام الأسبوع. ولنضف أيضًا بعض تعبيرات print لنعرف ما الذي سيُكتَب إلى الملف، وهذا أمرٌ مستحسنٌ لكي تتتبع مسار تنفيذ برنامجك.

new_days.write(title)
print(title)

new_days.write(days)
print(days)

بعد أن تنتهي من التعامل مع ملفٍ ما، فاحرص على أن تغلقه، وهذا ما سنفعله في الخطوة الأخيرة.

الخطوة الخامسة: إغلاق الملف

عملية إغلاق الملف تعني إغلاق قناة التواصل بين الملف على القرص وبين المتغير الموجود في برنامجك. إغلاق الملفات يعني أنَّ البرامج الأخرى ستتمكن من الوصول إلى الملف وستُبقي بياناتك بأمان؛ لذا احرص دومًا على إغلاق الملفات التي تفتحها؛ وهذا ما سنفعله في الأسطر الآتية عبر استعمال الدالة ‎<file>.close()‎:

days_file.close()
new_days.close()

أنهينا عملية معالجة الملفات في بايثون، ولننظر الآن إلى الشيفرة النهائية.

الخطوة السادسة: التحقق من سلامة الشيفرة

قبل أن تجرِّب الشيفرة تأكَّد أنَّ كل شيء يبدو سليمًا. يجب أن تكون الشيفرة النهائية شبيهةً بما يلي:

path = '/users/sammy/days.txt'
days_file = open(path,'r')
days = days_file.read()


new_path = '/users/sammy/new_days.txt'
new_days = open(new_path,'w')

title = 'Days of the Week\n'
new_days.write(title)
print(title)

new_days.write(days)
print(days)

days_file.close()
new_days.close()

بعد أن تحفظ الشيفرة في ملفها، فافتح الطرفية (terminal) وشغِّل سكربت بايثون:

python files.py

يجب أن يبدو الناتج كما يلي:

Days of the Week

Monday
Tuesday
Wednesday
Thursday
Friday
Saturday
Sunday

لنتحقق الآن من أنَّ الشيفرة تعمل كما ينبغي لها وذلك بفتح الملف الجديد المُنشَأ new_days.txt فلو نُفِّذ البرنامج تنفيذًا صحيحًا فيجب أن تكون مخرجاته كالآتي:

Days of the Week
Monday
Tuesday
Wednesday
Thursday
Friday
Saturday
Sunday

إذا ظهر معك نفس الناتج السابق فأود أن أهنِّئك على إتمامك لهذا الدرس بنجاح.

الخلاصة

تعلمنا في هذا الدرس كيفية التعامل مع الملفات النصية البسيطة في بايثون 3 ومعالجتها. يمكنك الآن أن تفتح الملفات وتقرأها وتكتب إليها ثم تغلقها. جرِّب ما تعلمته في هذا الدرس على ملفات التي تريد معالجتها واسأل إن واجهتَ صعوبةً في ذلك.
ترجمة -وبتصرّف- للمقال How To Handle Plain Text Files in Python 3 لصاحبته Michelle Morales