استعرضنا في المقال السابق مفهوم الوراثة في البرامج كائنية التوجه، سنتابع في هذا المقال الموضوع ذاته إذ سنستعرض بعض التوابع المهمة بهذا الخصوص، إضافةً إلى مناقشة مفهوم الوراثة المتعددة الموجودة في لغة بايثون.

الدالتين isinstance()‎ و isssubclass()‎

يمكننا تمرير الكائن عندما نريد معرفة نوعه إلى الدالة type()‎ المضمنة كما تحدثنا سابقًا، ولكن إذا أردنا التحقق من نوع كائن فيُفضل استخدام الدالة المبنية مسبقًا isinstance()‎، التي تعيد الدالة قيمة True إذا كان الكائن في الصنف المعطى أو صنفها الفرعي.

اكتب ما يلي في الصدفة التفاعلية:

>>> class ParentClass:
...     pass
...
>>> class ChildClass(ParentClass):
...     pass
...
>>> parent = ParentClass() # إنشاء كائن ‫ParentClass
>>> child = ChildClass() # إنشاء كائن ‫ChildClass
>>> isinstance(parent, ParentClass)
True
>>> isinstance(parent, ChildClass)
False
1 >>> isinstance(child, ChildClass)
True
2 >>> isinstance(child, ParentClass)
True

لاحظ أن isinstance()‎ تشير إلى أن كائن ChildClass في child هو نسخةٌ من ‎ChildClass‎ (السطر ذو الرقم 1) ونسخةٌ من ‎ParentClass‎ (السطر ذو الرقم 2)، وهذا منطقي لأن كائن ChildClass له علاقة من نوع "is a" مع نوع كائن ParentClass، أي أنه نوع من هذا الكائن.

يمكن أيضًا تمرير صف tuple من كائنات الأصناف مثل وسيط ثانٍ لمعرفة إذا كان الوسيط الأول هو واحد من الأصناف الموجودة في الصف:

# ‫تُعيد True إذا كانت القيمة 42 عددًا صحيحًا أو سلسلة نصية أو قيمة بوليانية
>>> isinstance(42, (int, str, bool)) 
True if 42 is an int, str, or bool.
True

الدالة المضمنة الأخرى issubclass()‎ أقل شيوعًا من isinstance()‎ ويمكنها التعرُّف ما إذا كان كائن الصنف الممر إلى الوسيط الأول هو صنف فرعي (أو نفس الصنف) لكائن الصنف المرر إلى الوسيط الثاني:

>>> issubclass(ChildClass, ParentClass) # ‫ChildClass صنف فرعي من ParentClass
True
>>> issubclass(ChildClass, str) # ‫ChildClass ليس صنفًا فرعيًا من من str
False
>>> issubclass(ChildClass, ChildClass) # ChildClass هو ChildClass
True

يمكنك تمرير صف من كائنات الصنف بمثابة وسيط ثاني إلى issubclass()‎ كما هو الحال مع Isinstance()‎، وذلك لرؤية ما إذا كان الوسيط الأول هو صنف فرعي لأي من الأصناف في الصف. الفارق الأساسي بين isinstance()‎ و issubclass()‎ هو أن issubclass()‎ تمرر كائني صنف و isinstance()‎ تمرر كائن وكائن صنف.

توابع الصنف

ترتبط توابع الصنف مع صنف أكثر مقارنةً بالكائنات المفردة مثل التوابع العادية. يمكنك ملاحظة تابع الصنف في الشيفرة عندما ترى علامتين، هما: المزخرف ‎@‎classmethod قبل تعليمة التابع def، واستخدام cls معاملًا أولًا كما في المثال التالي:

class ExampleClass:
    def exampleRegularMethod(self):
        print('This is a regular method.')

    @classmethod
    def exampleClassMethod(cls):
        print('This is a class method.')

# استدعاء تابع الصنف دون إنشاء نسخة كائن 
ExampleClass.exampleClassMethod()

obj = ExampleClass()
# بالنظر إلى السطر السابق، السطرين التاليين متكافئين
obj.exampleClassMethod()
obj.__class__.exampleClassMethod()

يعمل المعامل cls مثل self ولكن self تشير إلى كائن بينما يشير المعامل cls إلى صنف الكائن، هذا يعني أن الشيفرة في تابع الصنف لا يمكنها الوصول إلى خاصيات الكائن المفردة أو استدعاء توابع الكائن العادية. تستدعي توابع الأصناف توابع أصناف أخرى وتستطيع الوصول إلى سمات الصنف. نستخدم الاسم cls لأن class هي كلمة مفتاحية في بايثون وكما هو الحال مع باقي الكلمات المفتاحية مثل if و while و import، فنحن لا نستطيع استخدامها في أسماء المعاملات، ونستدعي غالبًا سمات الأصناف من خلال كائن الصنف، مثل ExampleClass.exampleClassMethod()‎، إلا أنه يمكننا استدعاؤهم من خلال أي كائن من الصنف كما في obj.exampleClassMethod()‎.

لا تُستخدم توابع الصنف عمومًا وأكثر الحالات استخدامًا هي لتوفير بديل عن توابع الباني constructorإضافةً للتابع ‎__‎‎init‎__()‎. على سبيل المثال، ماذا لو كانت دالة الباني تقبل سلسةً نصيةً من البيانات يحتاجها الكائن الجديد أو سلسلة نصية لاسم ملف يحتوي البيانات التي يحتاجها الكائن الجديد؟ لا نحتاج إلى قائمة معاملات التابع ‏‏()‏‏__init__ لأنها ستكون طويلة ومعقدة، ونستخدم تابع دالة يعيد كائن جديد بدلًا من ذلك.

مثلًا، لننشئ صنف AsciiArt (مررنا عليه سابقًا) الذي يستخدم محارف نصية ليشكل صورة:

class AsciiArt:
    def __init__(self, characters):
        self._characters = characters

    @classmethod
    def fromFile(cls, filename):
        with open(filename) as fileObj:
            characters = fileObj.read()
            return cls(characters)

    def display(self):
        print(self._characters)

    # Other AsciiArt methods would go here...

face1 = AsciiArt(' _______\n' +
                 '|  . .  |\n' +
                 '| \\___/ |\n' +
                 '|_______|')
face1.display()

face2 = AsciiArt.fromFile('face.txt')
face2.display()

لدى صنف AsciiArt تابع ()__init__ الذي يمكن أن يمرر محارف النص الصورة مثل سلسلة نصية. لديه أيضًا تابع صنف fromFile()‎ الذي يمكن أن يمرر السلسلة النصية لاسم الملف مثل ملف نصي يحتوي فن آسكي ASCII art. يُنشئ كلا التابعين كائنات AsciiArt.

نفذ البرنامج وسيكون هناك ملف face.txt يحتوي على وجه فن آسكي ASCII، ليكون الخرج على النحو التالي:

_______
|  . .  |
| \___/ |
|_______|
 _______
|  . .  |
| \___/ |
|_______|

يجعل تابع الصنف fromFile()‎ الشيفرة الخاصة بك سهلة القراءة مقارنةً بجعل ()__init__ يفعل كل شيء.

ميزة أُخرى لتابع الصنف هو أن صنف فرعي من AsciiArt يمكن أن يرث تابع fromFile()‎ الخاص (وإعادة تعريفه إذا لزم)، وهذا هو سبب استدعاء cls(characters)‎ في تابع صنف AsciiArt بدلًا من AsciiArt(characters)‎. يعمل استدعاء ()cls أيضًا في الأصناف الفرعية للصنف AsciiArt دون تعديل لأن صنف AsciiArt ليس متوفرًا في التابع، ولكن استدعاء AsciiArt()‎ يستدعي ()__init__ الخاص بصنف AsciiArt بدلًا من ()__init__ الخاص بالصنف الفرعي. يمكنك التفكير في cls على أنها "كائن يمثل هذا الصنف".

خذ بالحسبان أنه يجب أن تستخدم التوابع العادية معامل self في مكان ما في الشيفرة الخاصة بهم، ويجب على تابع الصنف دائمًا استخدام المعامل cls. إذا لم يستخدم أبدًا تابع الصنف المعامل cls، فهذه إشارة أن تابع الصنف الخاص بك يجب أن يكون تابعًا عاديًا.

سمات الأصناف

سمة الصنف هي متغير ينتمي إلى صنف بدلًا من كائن. ننشئ سمة صنف داخل الصنف ولكن خارج كل التوابع كما أنشأنا متغيرات عامة في ملف "‎.py" ولكن خارج كل الدوال. هذا مثال عن سمة صنف اسمها count التي تحصي عدد كائنات CreatCounter المُنشأة.

class CreateCounter:
    count = 0 # هذه سمة لصنف

    def __init__(self):
        CreateCounter.count += 1

print('Objects created:', CreateCounter.count)  # تطبع 0
a = CreateCounter()
b = CreateCounter()
c = CreateCounter()
print('Objects created:', CreateCounter.count)  # تطبع 3

لدى صنف CreatCounter سمة صنف واحدة اسمها count. كل كائنات CreatCounter لديهم هذه السمة بدلًا من أن يكون لكل منهم سمات count منفصلة. لهذا يعد السطر CreateCounter.count += 1 في دالة الباني كل كائن CreatCounter مُنشأ.

عندما تنفذ البرنامج، يكون الخرج على النحو التالي.

Objects created: 0
Objects created: 3

نادرًا ما نستخدم سمات الصنف حتى هذا المثال "عد كم كائن CreatCounter مُنشأ" يمكن عمله باستخدام متغير عام بدلًا من سمة صنف.

التوابع الساكنة

لا يحتوي التابع الساكن معاملي self و cls، فالتوابع الساكنة هي دوال لأنها لا تستطيع الوصول إلى سمات أو توابع الصنف وكائناتها. نادرًا ما ستحتاج لاستخدام التوابع الساكنة في بايثون، وإذا قررت إنشاء واحد ننصح جدًا بإنشاء تابع عادي بدلًا عنه.

نعرّف التوابع الساكنة بوضع مزخرف ‎@‎staticmethod قبل تعليمة def الخاصة بهم. هذا مثال عن تابع ساكن:

class ExampleClassWithStaticMethod:
    @staticmethod
    def sayHello():
        print('Hello!')

# لم يُنشأ أي كائن، فاسم الصنف يسبق‪ ‪ sayHello()
Note that no object is created, the class name precedes sayHello():
ExampleClassWithStaticMethod.sayHello()

لا يوجد فرق تقريبًا بين التابع الساكن ‏‏sayHello‎()‎‏‏‏ في صنف ExampleClassWithStaticMethod والدالة sayHello()‎. ربما تفضل بالواقع استخدام دالة لأنك تستطيع استدعائها دون الدخول إلى اسم الصنف مسبقًا.

التوابع الساكنة شائعة في لغات برمجة أخرى ليس لديها ميزات لغة بايثون المرنة. تضمين التوابع الساكنة inclusion of static methods في بايثون هو لمحاكاة اللغات الأخرى ولا يقدم قيمةً عملية.

متى تستخدم الأصناف والميزات كائنية التوجه الساكنة؟

نادرًا ما تحتاج لاستخدام توابع الصنف وسمات الصنف والتوابع الساكنة، فهم عرضةً للاستخدام الزائد إذا كنت تعتقد بالتساؤل التالي: " لماذا لا استخدم الدوال أو المتغيرات العامة بدلًا عن ذلك؟" هذا تلميح لعدم استخدام توابع الأصناف أو سمات الأصناف أو التوابع الساكنة.

السبب الوحيد الذي جعلنا نناقش هذه المفاهيم في سلسلة المقالات متوسطة المستوى هو للتعرف عليهم عندما تراهم في الشيفرة، ولكن لا يشجع كثير من المبرمجين على استخدامهم، إذ سيكونوا مفيدين إذا أردت استخدام هيكلية خاصة بك مع مجموعة معقدة من الأصناف التي تتوقع أن تكون أصناف فرعية للمبرمجين الذين سيستخدمون الهيكلية، لكنك لا تحتاجهم عندما تكتب تطبيقات بايثون مباشرةً.

للمزيد عن هذه الميزات وعن احتياجهم أو لا، اقرأ منشور فيليب ج. ايبي Phillip J. Eby "بايثون ليس جافا" الموجود على الرابط dirtsimple.org/2004/12/python-is-not-java.html ومنشور ريان تومايكو Ryan Tomayko "مفهوم التابع الساكن" على الرابط tomayko.com/blog/2004/the-static-method-thing.

كلمات مهمة كائنية التوجه

يبدأ شرح البرمجة كائنية التوجه OOP بالكثير من المصطلحات مثل الوراثة والتغليف Encapsulation والتعددية الشكلية Polymorphism. أهمية معرفة هذه المصطلحات مبالغ فيه، ولكن يجب عليك أن يكون لديك فهم أساسي لهم، شرحنا الوراثة سابقًا، لذا سنشرح المصطلحات الباقية تاليًا، ويمكنك الاطلاع على مقال البرمجة كائنية التوجه (Object Oriented Programming) في لغة سي شارب #C على أكاديمية حسوب لمزيدٍ من المعلومات حول هذه المصطلحات.

التغليف

لدى كلمة تغليف معنيين شائعين ولكن متقاربين. التعريف الأول هو تجميع البيانات المتعلقة والشيفرة في وحدة واحدة، أي لتغلف يعني أن تضع في صندوق. هذا ما تفعله الأصناف عمومًا؛ فهي تدمج السمات والتوابع. مثلًا، يغلف صنف WizCoin ثلاثة أعداد صحيحة لـ knuts و sickles و galleons إلى كائن WizCoin واحد.

أما التعريف الثاني فهو تقنية لإخفاء المعلومات تسمح للكائنات بإخفاء تفاصيل تنفيذ معقدة عن كيفية عمل الكائنات. رأينا ذلك في "السمات والتوابع الخاصة"، إذ يقدم كائن BankAccount توابع deposit()‎ و withdraw()‎ لإخفاء تفاصيل كيفية التعامل مع السمة ‎_‎balance. تعمل الدوال مثل صندوق أسود: كيفية حساب الدالة math.sqrt()‎ للجذر التربيعي لأي رقم مخفية، كل ما عليك معرفته هو أن تعيد الدالة الجذر التربيعي للرقم الممرر لها.

التعددية الشكلية polymorphism

تسمح التعددية الشكلية بمعالجة كائنات من نوع ما على أنها كائنات من نوع آخر، فمثلًا تعيد الدالة ()len طول الوسيط الممرر إليها، ويمكنك تمرير سلسلة نصية إلى هذه الدالة لمعرفة عدد المحارف المكونة منه، وكذلك يمكن قائمة list أو قاموس dictionary لمعرفة عدد العناصر، أو عدد أزواج مفتاح-قيمة key-value على الترتيب. يدعى نموذج التعددية الشكلية هذا باسم الدوال المعممة generic functions أو التعددية الشكلية القياسية parametric polymorphism لأنها تعالج كائنات ذات أنواع مختلفة.

يمكنك الاطلاع على مقال مفهوم البرمجة المعممة Generic Programming على أكاديمية حسوب لمزيدٍ من المعلومات عن البرمجة المعممة. يمكن الإشارة إلى التعددية الشكلية بمصطلح التعددية الشكلية الخاصة ad hoc polymorphism أو زيادة تحميل للعامل operator overloading، إذ يمكن أن يأخذ المعامل (مثل + أو *) سلوكًا مختلفًا اعتمادًا على نوع الكائنات التي تُجرى عليها العملية؛ فمثلًا يجري المعامل + عملية الجمع الحسابي عندما تُجرى العملية على عددين صحيحين أو عشريين، لكنها توصل السلاسل النصية في حال كانت العملية على سلسلتين بدلًا من عددين.

لماذا لا نستخدم الوراثة؟

من السهل زيادة تعقيد الأصناف باستخدام الوراثة. كما يشير لوتشيانو رامالهو Luciano Ramalho : "وضع الكائنات في هرمية يرضي حس الترتيب لدينا، ولكن المبرمجين يفعلونها للتسلية". ننشئ أصناف وأصناف فرعية وأصناف تحت فرعية عندما تكون الحاجة لصنف واحد أو اثنين في الوحدة لتفي بالغرض، ولكن تذكر حكمة بايثون الأهم التي ناقشناها سابقًا؛ الحل البسيط أفضل من الحل المعقد.

يسمح استخدام البرمجة كائنية التوجه OOP بتنظيم الشيفرة الخاصة بك إلى وحدات units (في هذه الحالة أصناف) سهلة التعامل بدلًا من ملف "‎.py" واحد يحتوي مئات التوابع المعرفة بدون ترتيب معين. تفيد الوراثة إذا كان لديك عدة دوال تعمل في نفس القاموس أو هيكل قائمة البيانات؛ ففي هذه الحالة من المفيد ترتيبهم في صنف.

هناك بعض الأمثلة لعدم إنشاء الأصناف أو استخدام الوراثة:

• إذا كان الصنف يتألف من توابع لا تستخدم المعاملين self و cls، احذف الأصناف واستخدم الدوال بدلًا من التوابع.
• إذا أنشأت أب بصنف ابن واحد ولم تُنشئ كائنات من الصنف الأب، يمكنك جمعهم بصنف واحد.
• إذا أنشأت أكثر من ثلاثة أو أربعة مستويات من الأصناف الفرعية، ربما تكون قد استخدمت الوراثة على نحوٍ زائد، اجمع هذه الأصناف الفرعية إلى أصناف أقل.

كما توضّح سابقًا في نسختي برنامج إكس أو tic-tac-toe (مع برمجة كائنية التوجه وبدونها)، من الممكن الحصول على برنامج يعمل على نحوٍ سليم وبدون أخطاء دون استخدام الأصناف. لست بحاجة لتصميم برنامج مثل شبكة معقدة من الأصناف، إذ أن الحل البسيط أفضل من الحل المعقد الذي لا يعمل. يتحدث جول سبلوسكي Joel Spolsky عن ذلك في منشوره "لا تدع المصممين رواد الفضاء أن يخيفوك" الموجود على الرابط joelonsoftware.com/2001/04/21/dont-let-architecture-astronauts-scare-you.

يجب أن تعرف الآن كيفية عمل مفاهيم البرمجة كائنية التوجه مثل الوراثة، لأنها تساعدك على تنظيم الشيفرة الخاصة بك وجعل التطوير ومعالجة الأخطاء أسهل. تتمتع لغة بايثون بالمرونة، فهي تقدم لك ميزات برمجة كائنية التوجه، لكنها أبضًا لا تطلب منك استخدامها عندما لا تناسب احتياجات البرنامج الخاص بك.

الوراثة المتعددة

في العديد من لغات البرمجة يكون الصنف أب واحد فقط، ولكن بايثون تدعم آباء متعددين عن طريق تقديم ميزة تدعى الوراثة المتعددة multiple inheritance. مثلًا، يمكننا الحصول على صنف Airplane مع تابع flyInTheAir()‎ وصنف Ship مع تابع floatOnWater()‎، ويمكننا إنشاء صنف FlyingBoat يرث كلًا من Airplane و Ship عن طريق تحديدهما في تعليمة class مفصولين بفواصل.

افتح ملف جديد في محرر النصوص واحفظ التالي flayingboat.py:

class Airplane:
    def flyInTheAir(self):
        print('Flying...')

class Ship:
    def floatOnWater(self):
        print('Floating...')

class FlyingBoat(Airplane, Ship):
    pass

سيرث الكائن المُنشأ التابعين flyInTheAir()‎ و floatOnWater()‎ كما سنرى في الصدفة التفاعلية:

>>> from flyingboat import *
>>> seaDuck = FlyingBoat()
>>> seaDuck.flyInTheAir()
Flying...
>>> seaDuck.floatOnWater()
Floating...

الوراثة المتعددة مفهوم بسيط طالما كانت أسماء توابع الأصناف مميزة ولا تتقاطع، وتسمى هذه الأصناف mixins (هذا مصطلح عام لهذا النوع من الأصناف، إذ لا يوجد في بايثون كلمة mixin مفتاحية)، ولكن ماذا سيحصل إذا ورثنا عدة أصناف معقدة تتشارك بأسماء التوابع؟

مثلًا تذكر أصناف لوحة إكس أو ‏‎MiniBoard‏ و HintTTTBoard سابقًا، ماذا لو أردنا صنف يظهر لوحة إكس أو مصغرة مع تقديم بعض النصائح؟ يمكننا إعادة استخدام هذه الأصناف الموجودة باستخدام الوراثة المتعددة. ضِف التالي إلى نهاية ملف tictactoe_oop.py ولكن قبل تعليمة if التي تستدعي الدالة main‎()‎:

class HybridBoard(HintBoard, MiniBoard):
    pass

لا يوجد شيء في هذا الصنف، إذ يُعيد استخدام الشيفرة عن طريق وراثة HintBoard و MiniBoard. عدّل الشيفرة في الدالة main()‎ لتُنشئ كائن HybridBoard:

gameBoard = HybridBoard() # إنشاء كائن‫ TTT للّوحة

لدى كلا الصنفين الأب MiniBoard و HintBoard تابع اسمه getBoardStr()‎ فما الذي ترثه HybridBoard؟ عندما تنفذ البرنامج سيظهر الخرج لوحة إكس أو مصغرة تحتوي على بعض التلميحات:

--snip--
          X.. 123
          .O. 456
          X.. 789
X can win in one more move.

يبدو أن بايثون دمجت سحريًا تابع getBoardStr()‎ الخاص بصنف MiniBoard و getBoardStr()‎ الخاص بصنف HintBoard، وهذا ممكن لأننا كتبنا التابعين بشكل يمكّنهما العمل مع بعضهما. إذا بدلت ترتيب الأصناف في تعليمة class في صنف HybridBoard لتصبح على النحو التالي:

class HybridBoard(MiniBoard, HintBoard): 

فستخسر التلميحات كليًا:

--snip--
          X.. 123
          .O. 456
          X.. 789

لتفهم لماذا حصل ذلك يجب عليك فهم ترتيب استبيان التوابع method resolution order -أو اختصارًا MRO- الخاص ببايثون وكيفية عمل دالة super()‎.

ترتيب استبيان التابع

لدى برنامج إكس أو الخاص بنا أربعة أصناف لتمثيل الألواح، ثلاثة معرفة بتابع getBoardStr()‎ وواحدة بتابع getBoardStr()‎ موروث كما في الشكل 2

[الشكل 2: الأصناف الأربعة في برنامج لوحات إكس أو]

عندما نستدعي getBoardStr()‎ على الكائن HybridBoard، يعرف بايثون أن الصنف HybridBoard ليس لديه تابع بذلك الاسم لذا تفحص أصناف الأب، ولكن لدى الصنف هذا صنفين أب وكلاهما لديه تابع getBoardStr()‎، أي منها يُستدعى؟

يمكننا معرفة ذلك من التحقق من ترتيب استبيان التابع MRO الخاص بصنف HybridBoard وهي القائمة المرتبة من الأصناف التي يتحقق منها بايثون عند وراثة التوابع، أو عندما يستدعي التابع دالة super()‎. يمكنك رؤية ترتيب استبيان التابع للصنف HybridBoard عن طريق استدعاء mro()‎ في الصدفة التفاعلية:

>>> from tictactoe_oop import *
>>> HybridBoard.mro()
[<class 'tictactoe_oop.HybridBoard'>, <class 'tictactoe_oop.HintBoard'>, <class 'tictactoe_oop.MiniBoard'>, <class 'tictactoe_oop.TTTBoard'>, <class 'object'>]

يمكنك من خلال القيمة المُعادة رؤية أنه عندما يُستدعى التابع على HybridBoard، يتحقق بايثون من صنف HybridBoard؛ فإذا لم يكن موجودًا، يتحقق بايثون من صنف HintBoard وبعدها من صنف MiniBoard وأخيرًا من صنف TTTBoard. في آخر كل قائمة ترتيب استبيان الدوال MRO هناك صنف object مضمّن يمثل الصنف الأب لكل الأصناف في بايثون.

معرفة ترتيب استبيان الدوال MRO من أجل وراثة واحدة أمر سهل؛ فقط اصنع سلسلة chain من أصناف الأب، أما بالنسبة للوراثة المتعددة سيكون الأمر أصعب. يتبع ترتيب استبيان الدوال MRO الخاص ببايثون خوارزمية C3 -التي تقع تفاصيل مناقشتها خارج سياق موضوعنا- ولكنك تستطيع تحديد ترتيب استبيان الدوال MRO بتذكر قاعدتين:

• يتحقق بايثون من الأصناف الابن قبل أصناف الأب.
• يتحقق من الأصناف الموروثة في القائمة من اليسار إلى اليمين في تعليمة class.

إذا استدعينا getBoardStr()‎ على كائن HybridBoard، يتحقق بايثون من الصنف HybridBoard أولًا وبعدها ونظرًا لكون أصناف الأب من اليسار إلى اليمين هي HintBoard و MiniBorad، يتحقق بايثون من HintBoard. لدى الصنف الأب هذا تابع getBoardStr()‎ لذا يرثها HybridBorad ويستدعيها.

لا ينتهي الأمر هنا، يستدعي التابع super().getBoardStr()‎، إذ أن كلمة "super" هي كلمة مضللة نوعًا ما لدالة super()‎ الخاصة ببايثون، لأنها لا تعيد الصنف الأب ولكن الصنف الذي يليها في ترتيب استبيان التوابع MRO، وهذا يعني عندما نستدعي getBoardStr()‎ على الكائن HybridBoard، يكون الصنف التالي في ترتيب استبيان التوابع MRO بعد HintBoard هو MiniBoard وليس الصنف الأب TTTBoard، لذا استدعاء super().getBoardStr()‎ يستدعي تابع getBoardStr()‎ لصنف MiniBoard الذي يعيد سلسلة نصية للوحة إكس أو المصغرة. تعلّق الشيفرة المتبقية في getBoardStr()‎ الخاصة بصنف HintBoard بعد استدعاء super()‎ نص التلميح لهذه السلسة النصية.

إذا غيرنا تعليمة class في صنف HybridBoard لتضع MiniBoard أولًا و HintBoard ثانيًا، سيضع ترتيب استبيان التوابع MRO الصنف ‏MiniBoard قبل الصنف HintBoard، ما يعني أن HybridBorad ترث getBoardStr()‎ من MiniBoard التي لا تحتوي استدعاء super()‎. هذا الترتيب هو الذي سبّب الخطأ الذي جعل لوحة إكس أو المصغرة تظهر بدون تلميحات؛ فبدون استدعاء super()‎ تابع getBoardStr()‎ الخاص بصنف MiniBoard لا يستدعي تابع getBoardStr()‎ الخاص بصنف HintBoard.

تسمح لك الوراثة المتعددة في إنشاء وظائف كثيرة في كمية قليلة من الشيفرة، لكنها تقود إلى شيفرة معقدة وصعبة القراءة. فضّل الوراثة الواحدة أو أصناف mixin أو عدم الوراثة، هذه التقنيات غالبًا ما تكون قادرة على تنفيذ مهام البرنامج الخاص بك.

الخلاصة

كما تعيد type()‎ نوع الكائن المرر لها، تعيد توابع isinstace()‎ و issubclass()‎ نوع ومعلومات الوراثة عن الكائن الممرر لها.

يمكن أن تحتوي الأصناف توابع كائن وسمات، لكنها تحتوي أيضًا توابع صنف وسمات صنف وتوابع ساكنة، على الرغم من أنها نادرة الاستخدام لكن يمكنها أن تسمح بالتقنيات كائنية التوجه التي لا تستطيع المتغيرات العامة والدوال أن تقدمها.

بسمح بايثون للأصناف أن ترث من عدة آباء، على الرغم من أن ذلك ينتج شيفرة صعبة الفهم. تستطيع دالة super()‎ وتوابع الصنف اكتشاف كيف سترث التوابع اعتمادًا على ترتيب استبيان التوابع MRO، إذ يمكنك مشاهدة ترتيب استبيان التوابع MRO الخاص بصنف في الصدفة التفاعلية عن طريق استدعاء التابع mro()‎ على الصنف.

غطينا في هذا المقال والمقالات السابقة مفاهيمًا عامة في البرمجة كائنية التوجه OOP، وسنتحدث تاليًا عن تقنيات برمجة كائنية التوجه OOP خاصة ببايثون.

ترجمة -وبتصرف- لقسم من الفصل Object-Oriented Programming And Inheritance من كتاب Beyond the Basic Stuff with Python.

اقرأ أيضًا

• المقال السابق البرمجة كائنية التوجه Object-Oriented Programming والوراثة Inheritance
• البرمجة كائنية التوجه (Object Oriented Programming) في بايثون
• البرمجة كائنية التوجه (Object Oriented Programming) في لغة سي شارب #C
• الوراثة المتعددة multiple inheritance

يوفر عليك استدعاء وتعريف الدوال من عدة أماكن نسخ ولصق الشيفرة المصدرية، إذ أن عدم تكرار الشيفرة هو ممارسة جيدة لأنه إذا أردت تغيير هذه الشيفرة المكرّرة (إما لحل بعض الأخطاء أو لإضافة ميزات جديدة)، فستحتاج فقط لتغييرها في مكان واحد، ويصبح البرنامج أقصر دون شيفرة مكررة وأسهل للقراءة.

الأمر مماثل بالنسبة للدوال، الوراثة inheritance هي تقنية لإعادة استخدام الشيفرة، ويمكن تطبيقها في الأصناف، وهي وسيلة لوضع الأصناف في علاقة أب-ابن، بحيث يرث الصنف الابن نسخةً من توابع الصنف الأب، ويخفف عليك عبء تكرار التوابع في عدة أصناف.

يعتقد العديد من المبرمجين أن الوراثة أمرٌ مبالغٌ فيه أو خطر بسبب زيادة تعقيد شبكات وراثة الأصناف المضافة إلى البرنامج. ليست المنشورات المدونة بعنوان "الوراثة خطيرة" خاطئة كليًا، فمن السهل استغلال البرنامج، ولكن الاستخدام المحدود لهذه التقنية يمكن أن يوفر الكثير من الوقت بما يتعلق بتنظيم الشيفرة.

كيف تعمل الوراثة

نضع اسم الصنف الأب الموجود أساسًا بين قوسين في تعليمة class لإنشاء صنف ابن. لتتدرب على إنشاء صنف ابن، نفتح نافذة محرر الملفات ونكتب الشيفرة التالية ونحفظها في ملف inheritanceExample.py:

1 class ParentClass:
2     def printHello(self):
        print('Hello, world!')

3 class ChildClass(ParentClass):
    def someNewMethod(self):
        print('ParentClass objects don't have this method.')

4 class GrandchildClass(ChildClass):
    def anotherNewMethod(self):
        print('Only GrandchildClass objects have this method.')

print('Create a ParentClass object and call its methods:')
parent = ParentClass()
parent.printHello()

print('Create a ChildClass object and call its methods:')
child = ChildClass()
child.printHello()
child.someNewMethod()

print('Create a GrandchildClass object and call its methods:')
grandchild = GrandchildClass()
grandchild.printHello()
grandchild.someNewMethod()
grandchild.anotherNewMethod()

print('An error:')
parent.someNewMethod()

عندما ننفذ البرنامج، يكون الخرج على النحو التالي:

Create a ParentClass object and call its methods:
Hello, world!
Create a ChildClass object and call its methods:
Hello, world!
ParentClass objects don't have this method.
Create a GrandchildClass object and call its methods:
Hello, world!
ParentClass objects don't have this method.
Only GrandchildClass objects have this method.
An error:
Traceback (most recent call last):
  File "inheritanceExample.py", line 35, in <module>
    parent.someNewMethod() # ParentClass objects don't have this method.
AttributeError: 'ParentClass' object has no attribute 'someNewMethod'

أنشأنا ثلاثة أصناف ‎‎ParentClass‎ في السطر (1) و ‎ChildClass‎ في السطر (3) و ‎GrandchildClass‎ في السطر (4). الصنف ChildClass هو صنف فرعي للصنف ParentClass، يعني أن ChildClass لديها توابع ParentClass نفسها، ونقول أن ChildClass يرث التوابع من ParentClass، وأيضًا GrandchildClass هو صنف فرعي من ChildClass وبالتالي لديه كل توابع ChildClass وأبيها ParentClass.

نسخنا ولصقنا الشيفرة من التابع printHello()‎ باستخدام هذه الطريقة إلى الصنفين ChildClass و GrandChild. أي تغيير للشيفرة في PrintHello()‎ لا يحدث فقط في ParentClass بل في ChildClass و GrandchildClass. هذا نفس تغيير الشيفرة في دالة تُحدّث كل استدعاءات الدالة الخاصة بها. يمكنك رؤية هذه العلاقة في الشكل 1. لاحظ في مخططات الأصناف أن السهم ينطلق من الصنف الفرعي ويشير إلى الصنف الأساس. هذا يعكس أن كل صنف يعرف دائمًا الصنف الأساس الخاص به ولكنه لا يعرف أصنافه الفرعية.

[الشكل 1: مخطط هرمي (يسار) ومخطط فين Venn (يمين) يبينان العلاقات بين الأصناف الثلاثة والتوابع التي يستخدموها]

تمثّل الأصناف أب- ابن عادةً علاقات "is a"، إذ أن كائن ChildClass هو كائن ParentClass لأن لديه نفس التوابع التي لدى كائن ParentClass، إضافةً إلى بعض التوابع الإضافية التي يعرّفها. هذه هي علاقة باتجاه واحد: ليس كائن ParentClass هو كائن ChildClass. إذا حاول كائن استدعاء someNewMethod()‎ الموجود فقط لكائنات ChildClass (وأصناف ChildClass الفرعية) يعطي بايثون Python خطأ AttributeError.

يمكنك الاطلاع على مقال مخططات الفئات (Class Diagram) في لغة النمذجة الموحدة UML على أكاديمية حسوب لمزيدٍ من المعلومات على علاقات "is a" وغيرها في مخططات الأصناف.

يعتقد المبرمجون أن الأصناف المتعلقة ببعضها تندرج تحت هرمية علاقات "is a" واقعية، فغالبًا ما ترى في تدريبات البرمجة كائنية التوجه OOP أصناف أب وابن وحفيد:

Vehicle▶FourWheelVehicle▶Car

أو

Animal▶Bird▶Sparrow

أو

Shape▶Rectangle▶Square

لكن تذكر أن السبب الأساسي للوراثة هو إعادة استعمال الشيفرة. تسمح لك الوراثة بتفادي نسخ ولصق الشيفرة إذا كان البرنامج الخاص بك يحتاج إلى صنف بمجموعة من التوابع التي هي مجموعة كبرى من توابع صنف أُخر.

نسمي أحيانًا الصنف الابن بالصنف الفرعي subclass أو الصنف المُشتق derived class ونسمي الصنف الأب الصنف الأعلى super class أو الصنف الأساس base class، ويمكنك الاطلاع على مقال الوراثة والتعددية الشكلية Polymorphism والأصناف المجردة Abstract Classes في جافا على أكاديمية حسوب لمزيدٍ من المعلومات.

إعادة تعريف التوابع

ترث الأصناف الفرعية كل توابع الأصناف الأب، ويمكن لصنف ابن إعادة تعريف تابع موروث عن طريق تقديم التابع والشيفرة الخاصين بها. يكون لدى التابع الذي يعيد التعريف اسم تابع الصنف الأب ذاته.

لتوضيح هذا المفهوم لنعد إلى لعبة إكس أو Tic-Tac-Toe التي أنشأناها سابقًا، ولكن هذه المرة سننشئ صنفًا جديدًا MiniBoard وهو صنف فرعي من TTTBoard يعيد تعريف getBoardStr()‎ لرسم لوحة إكس أو أصغر. سيسأل البرنامج أي نوع لوح سيستخدم ولا نحتاج إلى نسخ ولصق باقي توابع TTTBoard لأن MiniBoard سيرثهم.

ضِف التالي في نهاية ملف ticktactoe_oop.py لإنشاء صنف ابن لصنف TTTBoard الأصلي، ثم أعد كتابة تابع getBoardStr()‎:

class MiniBoard(TTTBoard):
    def getBoardStr(self):
        """Return a tiny text-representation of the board."""
        # Change blank spaces to a '.'
        for space in ALL_SPACES:
            if self._spaces[space] == BLANK:
                self._spaces[space] = '.'

        boardStr = f'''
          {self._spaces['1']}{self._spaces['2']}{self._spaces['3']} 123
          {self._spaces['4']}{self._spaces['5']}{self._spaces['6']} 456
          {self._spaces['7']}{self._spaces['8']}{self._spaces['9']} 789'''

        # Change '.' back to blank spaces.
        for space in ALL_SPACES:
            if self._spaces[space] == '.':
                self._spaces[space] = BLANK
        return boardStr

كما في التابع ()getBoardStr الخاص بصنف TTTBoard سينشئ التابع getBoardStr()‎ الخاص بـ MiniBoard لإظهار سلسلة نصية متعددة الأسطر من لوحة إكس أو عندما تمرر إلى دالة print()‎ ولكن هذه السلسلة النصية هي أقصر وتتجاهل الأسطر بين X و O وتستخدم الفواصل للدلالة على الأماكن الفارغة.

غيّر السطر في main()‎ ليستنسخ كائن MiniBoard بدلًا من كائن TTTBoard:

  if input('Use mini board? Y/N: ').lower().startswith('y'):
        gameBoard = MiniBoard() # Create a MiniBoard object.
    else:
        gameBoard = TTTBoard() # Create a TTTBoard object.

يعمل البرنامج كما في السابق ما عدا تغيير هذا السطر الواحد في main()‎ وعندما تنفذ البرنامج الآن سيصبح الخرج على النحو التالي:

Welcome to Tic-Tac-Toe!
Use mini board? Y/N: y

          ... 123
          ... 456
          ... 789
What is X's move? (1-9)
1

          X.. 123
          ... 456
          ... 789
What is O's move? (1-9)
--snip--
          XXX 123
          .OO 456
          O.X 789
X has won the game!
Thanks for playing!

يستطيع البرنامج الآن بسهولة الحصول على تنفيذي صنفي لوح إكس أو، وإذا أردت فقط النسخة المصغرة من اللوحة يمكنك ببساطة استبدال الشيفرة في تابع getBoardStr()‎ في TTTBoard. ولكن إذا أردت الاثنين فالوراثة تسمح لك بسهولة إنشاء صنفين عن طريق إعادة استخدام الشيفرة المشتركة بينهما.

يمكننا إضافة سمة attribute جديدة إلى TTTBoard اسمها useMiniBoard إذا لم نستخدم الوراثة، ووضع تعليمة if-else داخل getBoardStr()‎ لتقرر متى تُظهِر اللوحة العادية أو اللوحة المصغرة، سيعمل هذا جيدًا لأن التغيير بسيط، ولكن ماذا لو كان الصنف الفرعي MiniBoard يحتاج لإعادة تعريف تابعين أو ثلاثة توابع أو حتى 100 تابع؟ ماذا لو أردنا إنشاء عدة أصناف فرعية من TTTBoard؟ سيتسبّب عدم استخدام الوراثة بسيل من تعليمات if-else داخل التابع الخاص بنا وزيادة كبيرة في تعقيد الشيفرة. يُمكّننا استخدام الأصناف الفرعية وإعادة تعريف التوابع من ترتيب الشيفرة الخاصة بنا ضمن أصناف منفصلة للتعامل مع حالات استخدام مماثلة.

دالة super()‎

يشابه تابع الصنف المعاد تعريفه overridden تابع الصنف الأب؛ فحتى لو كانت الوراثة هي تقنية لإعادة استخدام الشيفرة، قد يتطلب إعادة تعريف التابع إعادة كتابة نفس الشيفرة من تابع الصنف الأب بمثابة جزء من تابع شيفرة الابن. لمنع تكرار الشيفرة: تسمح دالة super()‎ للتابع المعاد تعريفه استدعاء التابع الأصلي في الصنف الأب.

مثلًا، لنُنشئ صنفًا جديدًا اسمه HintBoard ليكون صنفًا فرعيًا من TTTBoard، بحيث يعيد هذا الصنف تعريف getBoardStr()‎، ويضيف بعد رسم لوحة إكس أو تلميحًا hint فيما إذا كان X أو O قد يربح في الخطوة التالية. هذا يعني أن تابع getBoardStr()‎ الخاص بصنف HintBoard سينجز نفس مهام تابع getBoardStr()‎ الخاص بصنف TTTBoard لرسم لوحة إكس أو. بدلًا من تكرار الشيفرة لإنجاز ذلك، يمكننا استخدام super()‎ لاستدعاء تابع getBoardStr الخاص بصنف TTTBoard من تابع getBoardStr()‎ الخاص بصنف HintBoard. ضِف التالي لنهاية ملف tictactoe_oop.ps:

class HintBoard(TTTBoard):
    def getBoardStr(self):
        """Return a text-representation of the board with hints."""
1         boardStr = super().getBoardStr() # Call getBoardStr() in TTTBoard.

        xCanWin = False
        oCanWin = False
2         originalSpaces = self._spaces # Backup _spaces.
        for space in ALL_SPACES: # Check each space:
            # Simulate X moving on this space:
            self._spaces = copy.copy(originalSpaces)
            if self._spaces[space] == BLANK:
                self._spaces[space] = X
            if self.isWinner(X):
                xCanWin = True
            # Simulate O moving on this space:
3             self._spaces = copy.copy(originalSpaces)
            if self._spaces[space] == BLANK:
                self._spaces[space] = O
            if self.isWinner(O):
                oCanWin = True
        if xCanWin:
            boardStr += '\nX can win in one more move.'
        if oCanWin:
            boardStr += '\nO can win in one more move.'
        self._spaces = originalSpaces
        return boardStr

أولًا، تنفذ التعليمة ‎‏super().getBoardStr()‎ في السطر ذو الرقم 1 الشيفرة داخل الصنف getBoardStr()‎ الخاص بصنف TTTBoard، والتي تعيد سلسلةً نصيةً على شكل لوحة إكس أو. نحفظ حاليًا هذه السلسلة في متغير اسمه boardStr. تعالج الشيفرة الباقية إنشاء التلميح بعد إنشاء لوحة السلسلة النصية عن طريق إعادة استخدام getBoardStr()‎ الخاص بصنف TTTBoard. يعيّن تابع getBoardStr()‎ قيمة المتغيرين xCanWin و oCanWin إلى False، وينسخ احتياطيًا القاموس self._spaces إلى المتغير ‎originalSpaces‎ (السطر ذو الرقم 2)، ثم تُنفَّذ حلقة for على كل أماكن اللوحة من 1 إلى 9. تُضبط سمة self._spaces لنسخ المكتبة originalSpaces، وإذا كانت الخلية فارغة تُوضع X مكانها، إذ يحفز هذا تحريك X إلى الفراغ التالي.

سيحدد استدعاء self.isWinner()‎ إذا كانت هذه هي الحركة الرابحة؛ فإذا كانت كذلك تصبح xCanWin هي True. تُكرر هذه الخطوات من أجل O لمعرفة ما إذا كان O يربح بالتحرك إلى هذا المكان (السطر ذو الرقم 3). يستخدم هذا التابع وحدة copy لنسخ القاموس في self._spaces لذا نضيف السطر التالي لأول ملف tictactoe.py.

import copy

نغير بعدها السطر في main()‎ لنستنسخ كائن HintBoard بدلًا من TTTBoard:

    gameBoard = HintBoard() # Create a TTT board object.

يعمل البرنامج كما كان عدا تغيير السطر الوحيد في main()‎ وعندما ينفذ البرنامج سيكون الخرج على النحو التالي:

Welcome to Tic-Tac-Toe!
--snip--
      X| |   1 2 3
      -+-+-
       | |O  4 5 6
      -+-+-
       | |X  7 8 9
X can win in one more move.
What is O's move? (1-9)
5

      X| |   1 2 3
      -+-+-
       |O|O  4 5 6
      -+-+-
       | |X  7 8 9
O can win in one more move.
--snip--
The game is a tie!
Thanks for playing!

في نهاية التابع: إذا كانت قيمة xCanWin و oCanWin هي True، تُضاف رسالةٌ إضافية تشير إلى ذلك إلى السلسلة النصية boardStr، وأخيرًا تُعاد القيمة boardStr.

لا يحتاج كل تابع معاد تعريفه لاستخدام super()‎؛ فإذا كان يعمل التابع -الذي يعيد التعريف- شيئًا مختلفًا تمامًا عن التابع المُعاد تعريفه في الصنف الأب، لا توجد حاجة لاستدعاء التابع المعاد تعريفه باستخدام super()‎. تفيد الدالة super()‎ على نحوٍ خاص عندما يكون للصنف أكثر من تابع أب كما موضح في الفقرة "الوراثة المتعددة" لاحقًا.

فضل التكون Composition على الوراثة

الوراثةهي تقنية جيدة لإعادة استخدام الشيفرة، وقد تفكر باستخدامها فورًا في الأصناف الخاصة بك، ولكن ربما لا تريد دومًا أن يكون الأساس والأصناف الفرعية مرتبطة جدًا، فإنشاء مستويات متعددة من الوراثة لا يرتب الشيفرة الخاصة لك أكثر ما يضيف بيروقراطية.

على الرغم من أنه بإمكانك استخدام الوراثة للأصناف ذات العلاقات " is a" (بمعنى آخر، عندما يكون الصنف الابن هو نوع من أنواع الصنف الأب)، من المفضل استخدام تقنية تدعى التكوّن composition للأصناف ذات العلاقات "لديه has a". التكوّن هو تقنية تصميم لضم الكائنات في الأصناف الخاصة بك بدلًا من توارث أصناف تلك الكائنات. هذا ما نفعله عندما نضيف خاصيّات إلى الأصناف الخاصة بنا.

عند تصميم الأصناف الخاصة بك باستخدام الوراثة فضّل التكوّن على الوراثة، هذا ما كنا نفعله في كل الأمثلة الحالية والسابقة كما يلي:

• كائن WizCoin "لديه has a" كمية من النقود من أنواع galleon و sickle و knut.
• كائن TTTBoard "لديه has a" مصفوفة بتسع فراغات.
• كائن MiniBoard "هو is a" كائن TTTBoard لذا "لديه has a" مصفوفة من تسعة فراغات.
• كائن HintBoard "هو is a" كائن TTTBoard لذا "لديه has a" مصفوفة من تسعة فراغات.

لنعد إلى صنف WizCoin الذي أنشأناه سابقًا. إذا أنشأنا صنف WizardCustomer لتمثل الزبائن في العالم السحري، يجب على هؤلاء الزبائن حمل كمية من المال، الذي نعبّر عنه بصنف WizCoin ولكن لا توجد علاقة "is a" بين الصنفين؛ فكائن WizardCustomer ليس من نوع كائن WizCoin. إذا استخدمنا الوراثة، سنحصل على شيفرة برمجية غير مُعتادة:

import wizcoin

1 class WizardCustomer(wizcoin.WizCoin):
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        super().__init__(0, 0, 0)

wizard = WizardCustomer('Alice')
print(f'{wizard.name} has {wizard.value()} knuts worth of money.')
print(f'{wizard.name}\'s coins weigh {wizard.weightInGrams()} grams.')

في هذا المثال، يرث WizardCustomer توابع الكائن ‎‏WizCoin مثل value()‎ و weightInGrams()‎. تقنيًا يمكن للصنف WizardCustomer الذي ورث من WizCoin أن ينجز بجميع المهام التي ينجزها WizardCustomer، والتي تضم كائن WizCoin، كما تفعل السمة، ولكن اسمَي التابعين wizard.value()‎ و wizard.weightInGrams()‎ مضللة؛ إذ يبدو أنها تُعيد قيمة ووزن الساحر بدلًا من قيمة ووزن نقود الساحر. إضافةً إلى ذلك، إذا أردنا لاحقًا إضافة تابع weightInGrams()‎ لوزن الساحر، سيكون هذا الاسم مأخوذًا مسبقًا.

من الأسهل أن يكون الكائن WizCoin سمةً لأن الزبون الساحر "لديه" كميةً من نقود الساحر.

import wizcoin

class WizardCustomer:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
1         self.purse = wizcoin.WizCoin(0, 0, 0)

wizard = WizardCustomer('Alice')
print(f'{wizard.name} has {wizard.purse.value()} knuts worth of money.')
print(f'{wizard.name}\'s coins weigh {wizard.purse.weightInGrams()} grams.')

بدلًا من جعل الصنف WizardCutomer يرث التوابع من WizCoin، نعطي للصنف WizardCutomer سمة ‎‏purse التي تحتوي كائن WizCoin. أي تغييرات لتوابع الصنف WizCoin عند استخدام التكوّن لن تغير توابع الصنف WizardCustomer. تمنحك هذه الطريقة مرونةً أكبر في تغيير التصميمات المستقبلية لكلا الصنفين وتؤدي إلى شيفرة سهلة الصيانة.

مساوئ الوراثة

السيئة الأساسية في الوراثة هي أنه أي تغيير مستقبلي يحصل على الأصناف الأب سترثه كل الأصناف الابن. في بعض الحالات هذا الربط الشديد هو ما تحتاجه ولكن في بعض الحالات لا يفي نموذج الوراثة بمتطلبات الشيفرة.

مثلًا، لنقل أنه لدينا الأصناف Car و Motorcycle و LunarRover في برنامج محاكاة عربات، ستحتاج هذه الأصناف إلى توابع متماثلة، مثل startIgnition()‎ و changeTire()‎. بدلًا من نسخ ولصق الشيفرة إلى كل صنف، يمكننا إنشاء صنف أب Vehicle ونجعل Car و Motorcycle و LunarRover يرثونها. الآن نريد إصلاح خطأ في تابع changeTire()‎، وسنجري التغيير في مكان واحد. هذا مفيد جدًا، إذ لدينا العديد من أصناف العربات التي ترث من Vehicle.

ستكون شيفرة هذه الأصناف على النحو التالي:

class Vehicle:
    def __init__(self):
        print('Vehicle created.')
    def startIgnition(self):
        pass  # Ignition starting code goes here.
    def changeTire(self):
        pass  # Tire changing code goes here.

class Car(Vehicle):
    def __init__(self):
        print('Car created.')

class Motorcycle(Vehicle):
    def __init__(self):
        print('Motorcycle created.')

class LunarRover(Vehicle):
    def __init__(self):
        print('LunarRover created.')

لكن كل التغييرات المستقبلية على Vehicle ستؤثر على هذه الأصناف الفرعية أيضًا. ماذا سيحدث لو أردنا تابع changeSparkPlug()‎؟ لدى السيارات والدراجات النارية محركات احتراق بشمعات احتراق ولكن العربات القمرية lunar rovers ليس لديها ذلك. يمكننا -بتفضيل التكوّن على الوراثة- إنشاء صنفي CombustionEngine و ElectricEngine، ثم تصميم صنف Vehicle ليكون "لديه has a" سمة محرك إما CombustionEngine أو ElectricEngine مع التوابع الموافقة.

class CombustionEngine:
    def __init__(self):
        print('Combustion engine created.')
    def changeSparkPlug(self):
        pass  # هنا الشيفرة البرمجية التي تعدّل على شمعة الاحتراق 

class ElectricEngine:
    def __init__(self):
        print('Electric engine created.')

class Vehicle:
    def __init__(self):
        print('Vehicle created.')
        self.engine = CombustionEngine()  # استخدم هذا المحرك افتراضيًا
--snip--

class LunarRover(Vehicle):
    def __init__(self):
        print('LunarRover created.')
        self.engine = ElectricEngine()

يتطلب هذا إعادة كتابة كمية كبيرة من الشيفرة خصوصًا إذا كان لدينا عدة أصناف ترث من الصنف Vehicle الموجود مسبقًا. كل استدعاءات vehicleObj.changeSparkPlug()‎ ستكون بحاجة لتصبح vehicleObj.engine.changeSparkPlug()‎ لكل كائن في الصنف Vehicle أو أصنافها الفرعية لأن كل تغيير كبير سيحدث أخطاءً ربما تجعل من التابع changeSparkPlug()‎ الخاص بالصنف LunarVehicle لا يفعل شيئًا. تتمثل الطريقة الخاصة ببايثون في هذه الحالة بضبط قيمة changeSparkPlug إلى None في صنف LunarVehicle:

class LunarRover(Vehicle):
    changeSparkPlug = None
    def __init__(self):
        print('LunarRover created.')

يتبع السطر:

changeSparkPlug = None

الصياغة المعرفة في "سمات الصنف" التي سنناقشها لاحقًا، وهذا يعيد تعريف التابع changeSparkPlug()‎ الموروث من Vehicle، لذا يسبب استدعاؤه باستخدام كائن LunarRover خطأ:

>>> myVehicle = LunarRover()
LunarRover created.
>>> myVehicle.changeSparkPlug()
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: 'NoneType' object is not callable

يؤدي هذا الخطأ إلى فشل البرنامج وتوقفه سريعًا، ويمكننا مباشرةً ملاحظة المشكلة عند استدعاء التابع غير المناسب باستخدام كائن LunarRover. يرث أيضًا كل صنف ابن للصنف LunarRover القيمة None للتابع changeSparkPlug()‎.

تخبرنا رسالة الخطأ التالية بأن مبرمج الصنف LunarRover تعمّد ضبط قيمة التابع changSprakPlug()‎ إلى None:

TypeError: 'NoneType' object is not callable

إذا لم يكن هناك بالأساس تابع، سنحصل على رسالة الخطأ التالية:

NameError: name 'changeSparkPlug' is not defined

تخلق الوراثة أصنافًا فيها تعقيدات وتناقضات لذا يُفضل استخدام التكوّن بدلًا عنها.

الخلاصة

الوراثة هي تقنية لإعادة استخدام الشيفرة، تسمح لك إنشاء أصناف ابن التي ترث توابع أصناف الأب، يمكنك إعادة تعريف التوابع لتقدم شيفرةً جديدةً لهم واستخدام super()‎ لاستدعاء التابع الأصلي من الصنف الأب. لدى الأصناف الابن علاقة "is a" مع الصنف الأب الخاصة بها، لأن كائن من الصنف الابن هو كائن للصنف الأب.

استخدام الأصناف والوراثة في بايثون اختياري، إذ يرى بعض المبرمجين أن التعقيد المرافق للاستخدام الكثير للوراثة لا يبرر فائدته. من المرونة أكثر استخدام التكوّن بدلًا من الوراثة لأنها تنفذ علاقة "has a" مع كائن من أحد الأصناف وكان من أصناف أخرى بدلًا من وراثة التوابع مباشرةً من هذه الأصناف، فمثلًا قد يحتوي كائن Customer على سمة birthday المسندة إلى كائن Date بدلًا من أن يكون هناك أصناف فرعية من صنف Customer للكائن Date.

ترجمة -وبتصرف- لقسم من الفصل Object-Oriented Programming And Inheritance من كتاب Beyond the Basic Stuff with Python.

اقرأ أيضًا

• المقال السابق مقارنة ما بين برامج بايثون Python الاعتيادية وبرامج بايثون كائنية التوجه
• البرمجة كائنية التوجه (Object Oriented Programming) في بايثون

تعرّفنا في المقال السابق على مفهوم البرمجة كائنية التوجه - أو اختصارًا OOP- وكيفية تعريف الأصناف classes في لغة بايثون، إضافةً إلى بعض التوابع المفيدة بهذا الخصوص. سننظر في هذا المقال على مثال عملي لتطبيق البرمجة كائنية التوجه في لغة بايثون Python ومن ثم سنطّلع على البرنامج ذاته دون استخدام البرمجة كائنية التوجه Non-OOP.

أمثلة مع البرمجة كائنية التوجه وبدونها: لعبة إكس أو

في البداية، قد يكون من الصعب معرفة كيفية استخدام الأصناف في برامجك. دعنا نلقي نظرةً على مثال قصير للعبة إكس أو لا يستخدم الأصناف، ثم نعيد كتابته باستخدامها.

افتح نافذة محرر ملفات جديدة وأدخل البرنامج التالي؛ ثم احفظه بالاسم tictactoe.py:

# tictactoe.py, A non-OOP tic-tac-toe game.

ALL_SPACES = list('123456789')  # The keys for a TTT board dictionary.
X, O, BLANK = 'X', 'O', ' '  # Constants for string values.

def main():
    """Runs a game of tic-tac-toe."""
    print('Welcome to tic-tac-toe!')
    gameBoard = getBlankBoard()  # Create a TTT board dictionary.
    currentPlayer, nextPlayer = X, O  # X goes first, O goes next.

    while True:
        print(getBoardStr(gameBoard))  # Display the board on the screen.

        # Keep asking the player until they enter a number 1-9:
        move = None
        while not isValidSpace(gameBoard, move):
            print(f'What is {currentPlayer}\'s move? (1-9)')
            move = input()
        updateBoard(gameBoard, move, currentPlayer)  # Make the move.

        # Check if the game is over:
        if isWinner(gameBoard, currentPlayer):  # First check for victory.
            print(getBoardStr(gameBoard))
            print(currentPlayer + ' has won the game!')
            break
        elif isBoardFull(gameBoard):  # Next check for a tie.
            print(getBoardStr(gameBoard))
            print('The game is a tie!')
            break
        currentPlayer, nextPlayer = nextPlayer, currentPlayer  # Swap turns.
    print('Thanks for playing!')

def getBlankBoard():
    """Create a new, blank tic-tac-toe board."""
    board = {} # The board is represented as a Python dictionary.
    for space in ALL_SPACES:
        board[space] = BLANK  # All spaces start as blank.
    return board

def getBoardStr(board):
    """Return a text-representation of the board."""
    return f'''
      {board['1']}|{board['2']}|{board['3']}  1 2 3
      -+-+-
      {board['4']}|{board['5']}|{board['6']}  4 5 6
      -+-+-
      {board['7']}|{board['8']}|{board['9']}  7 8 9'''

def isValidSpace(board, space):
    """Returns True if the space on the board is a valid space number
    and the space is blank."""
    return space in ALL_SPACES and board[space] == BLANK

def isWinner(board, player):
    """Return True if player is a winner on this TTTBoard."""
    b, p = board, player # Shorter names as "syntactic sugar".
    # Check for 3 marks across the 3 rows, 3 columns, and 2 diagonals.
    return ((b['1'] == b['2'] == b['3'] == p) or # Across the top
            (b['4'] == b['5'] == b['6'] == p) or # Across the middle
            (b['7'] == b['8'] == b['9'] == p) or # Across the bottom
            (b['1'] == b['4'] == b['7'] == p) or # Down the left
            (b['2'] == b['5'] == b['8'] == p) or # Down the middle
            (b['3'] == b['6'] == b['9'] == p) or # Down the right
            (b['3'] == b['5'] == b['7'] == p) or # Diagonal
            (b['1'] == b['5'] == b['9'] == p))   # Diagonal

def isBoardFull(board):
    """Return True if every space on the board has been taken."""
    for space in ALL_SPACES:
        if board[space] == BLANK:
            return False  # If a single space is blank, return False.
    return True  # No spaces are blank, so return True.

def updateBoard(board, space, mark):
    """Sets the space on the board to mark."""
    board[space] = mark

if __name__ == '__main__':
    main() # Call main() if this module is run, but not when imported.

عند تنفيذ هذا البرنامج، سيبدو الخرج كما يلي:

Welcome to tic-tac-toe!

       | |   1 2 3
      -+-+-
       | |   4 5 6
      -+-+-
       | |   7 8 9
What is X's move? (1-9)
1

      X| |   1 2 3
      -+-+-
       | |   4 5 6
      -+-+-
       | |   7 8 9
What is O's move? (1-9)
--snip--
      X| |O  1 2 3
      -+-+-
       |O|   4 5 6
      -+-+-
      X|O|X  7 8 9
What is X's move? (1-9)
4

      X| |O  1 2 3
      -+-+-
      X|O|   4 5 6
      -+-+-
      X|O|X  7 8 9
X has won the game!
Thanks for playing!

باختصار، يعمل هذا البرنامج باستخدام كائنات القاموس لتُمثل المساحات التسع على لوحة إكس أو. مفاتيح القاموس هي السلاسل من "1" إلى "9"، وقيمها هي السلاسل "X" أو "O" أو " ". المسافات المرقمة بنفس ترتيب لوحة مفاتيح الهاتف.

تتمثل وظيفة الدوال في tictactoe.py بما يلي:

• تحتوي الدالة main()‎‎ على الشيفرة التي تُنشئ بنية بيانات لوحة جديدة (مخزنة في متغير gameBoard) وتستدعي دوالًا أخرى في البرنامج.
• تُعيد الدالة getBlankBoard()‎‎ قاموسًا به تسع مسافات مضبوطة على " " للوحة فارغة.
• تقبل الدالة getBoardStr()‎‎ قاموسًا يمثل اللوحة وتعيد تمثيلًا لسلسلة متعددة الأسطر للوحة يمكن طباعتها على الشاشة، وتصيّر هذه الدالة نص لوحة إكس أو tic-tac-toe الذي تعرضه اللعبة.
• تُعيد الدالة isValidSpace()‎‎ القيمة True إذا مُرّر رقم مسافة صالح وكانت تلك المسافة فارغة.
• تقبل معاملات دالة isWinner()‎‎ قاموس لوحة إما "X" أو "O" لتحديد ما إذا كان هذا اللاعب لديه ثلاث علامات متتالية على اللوحة.
• تحدد دالة isBoardFull()‎‎ ما إذا كانت اللوحة لا تحتوي على مسافات فارغة، ما يعني أن اللعبة قد انتهت. تقبل معاملات دالة updateBoard()‎‎ قاموس لوحة ومساحة وعلامة X أو O للاعب وتحدّث القاموس.

لاحظ أن العديد من الدوال تقبل اللوحة المتغيرة في معاملها الأول، وهذا يعني أن هذه الدوال مرتبطة ببعضها بعضًا من حيث أنها تعمل جميعها على بنية بيانات مشتركة.

عندما تعمل العديد من الدوال في الشيفرة على بنية البيانات ذاتها، فمن الأفضل عادةً تجميعها معًا على أنها توابع وسمات للصنف. دعنا نعيد تصميم هذا في برنامج tictactoe.py لاستخدام صنف TTTBoard الذي سيخزن قاموس board في سمة تسمى spaces. ستصبح الدوال التي كان لها board مثل معامل توابع لصنف TTTBoard الخاصة بنا وستستخدم المعامل self بدلًا من معامل board.

افتح نافذة محرر ملفات جديدة، وأدخل الشيفرة التالي، واحفظه باسم tictactoe_oop.py:

# tictactoe_oop.py, an object-oriented tic-tac-toe game.

ALL_SPACES = list('123456789')  # The keys for a TTT board.
X, O, BLANK = 'X', 'O', ' '  # Constants for string values.

def main():
    """Runs a game of tic-tac-toe."""
    print('Welcome to tic-tac-toe!')
    gameBoard = TTTBoard()  # Create a TTT board object.
    currentPlayer, nextPlayer = X, O # X goes first, O goes next.

    while True:
        print(gameBoard.getBoardStr())  # Display the board on the screen.

        # Keep asking the player until they enter a number 1-9:
        move = None
        while not gameBoard.isValidSpace(move):
            print(f'What is {currentPlayer}\'s move? (1-9)')
            move = input()
        gameBoard.updateBoard(move, currentPlayer)  # Make the move.

        # Check if the game is over:
        if gameBoard.isWinner(currentPlayer):  # First check for victory.
            print(gameBoard.getBoardStr())
            print(currentPlayer + ' has won the game!')
            break
        elif gameBoard.isBoardFull():  # Next check for a tie.
            print(gameBoard.getBoardStr())
            print('The game is a tie!')
            break
        currentPlayer, nextPlayer = nextPlayer, currentPlayer  # Swap turns.
    print('Thanks for playing!')

class TTTBoard:
    def __init__(self, usePrettyBoard=False, useLogging=False):
        """Create a new, blank tic tac toe board."""
        self._spaces = {}  # The board is represented as a Python dictionary.
        for space in ALL_SPACES:
            self._spaces[space] = BLANK  # All spaces start as blank.

    def getBoardStr(self):
        """Return a text-representation of the board."""
        return f'''
      {self._spaces['1']}|{self._spaces['2']}|{self._spaces['3']}  1 2 3
      -+-+-
      {self._spaces['4']}|{self._spaces['5']}|{self._spaces['6']}  4 5 6
      -+-+-
      {self._spaces['7']}|{self._spaces['8']}|{self._spaces['9']}  7 8 9'''

    def isValidSpace(self, space):
        """Returns True if the space on the board is a valid space number
        and the space is blank."""
        return space in ALL_SPACES and self._spaces[space] == BLANK

    def isWinner(self, player):
        """Return True if player is a winner on this TTTBoard."""
        s, p = self._spaces, player # Shorter names as "syntactic sugar".
        # Check for 3 marks across the 3 rows, 3 columns, and 2 diagonals.
        return ((s['1'] == s['2'] == s['3'] == p) or # Across the top
                (s['4'] == s['5'] == s['6'] == p) or # Across the middle
                (s['7'] == s['8'] == s['9'] == p) or # Across the bottom
                (s['1'] == s['4'] == s['7'] == p) or # Down the left
                (s['2'] == s['5'] == s['8'] == p) or # Down the middle
                (s['3'] == s['6'] == s['9'] == p) or # Down the right
                (s['3'] == s['5'] == s['7'] == p) or # Diagonal
                (s['1'] == s['5'] == s['9'] == p))   # Diagonal

    def isBoardFull(self):
        """Return True if every space on the board has been taken."""
        for space in ALL_SPACES:
            if self._spaces[space] == BLANK:
                return False  # If a single space is blank, return False.
        return True  # No spaces are blank, so return True.

    def updateBoard(self, space, player):
        """Sets the space on the board to player."""
        self._spaces[space] = player

if __name__ == '__main__':
    main() # Call main() if this module is run, but not when imported.

يقدّم هذا البرنامج عمل برنامج إكس أو tic-tac-toe السابق ذاته دون استخدام البرمجة كائنية التوجه. يبدو الخرج متطابقًا تمامًا. نقلنا الشيفرة التي كانت في getBlankBoard()‎‎ إلى تابع ‎__init __()‎‎ لصنف TTTBoard، لأنها تؤدي المهمة ذاتها لإعداد بنية بيانات اللوحة. حوّلنا الدوال الأخرى إلى توابع، مع استبدال المعامل board القديم بمعامل self، لأنها تخدم أيضًا غرضًا مشابهًا؛ إذ أن كلاهما كتلتان من الشيفرة البرمجية التي تعمل على بنية بيانات لوحة إكس أو.

عندما تحتاج الشيفرة البرمجية في هذه التوابع إلى تغيير القاموس المخزن في السمة ‎_spaces، تستخدم الشيفرة self._spaces، وعندما تحتاج الشيفرة في هذا التابع إلى استدعاء توابع أخرى، فإن الاستدعاء يسبقه self وفترة زمنية period. هذا مشابه لكيفية احتواء coinJars.values()‎‎ في قسم "إنشاء صنف بسيط" على كائن في متغير coinJars. في هذا المثال، الكائن الذي يحتوي على طريقة استدعاء موجود في متغير self.

لاحظ أيضًا أن السمة ‎_spaces تبدأ بشرطة سفلية، ما يعني أن الشيفرة البرمجية الموجودة داخل توابع TTTBoard هي فقط التي يجب أن تصل إليها أو تعدلها. يجب أن تكون الشيفرة البرمجية خارج الصنف قادرةً فقط على تعديل المسافات بصورة غير مباشرة عن طريق استدعاء التوابع التي تعدّلها.

قد يكون من المفيد مقارنة الشيفرة المصدرية لبرنامجي إكس أو، إذ يمكنك مقارنة الشيفرة وعرض مقارنة جنبًا إلى جنب من خلال الرابط https://autbor.com/compareoop.

لعبة إكس أو هي برنامج صغير، لذا لا يتطلب فهمه الكثير من الجهد، ولكن ماذا لو كان هذا البرنامج يتكون من عشرات الآلاف من السطور بمئات الدوال المختلفة؟ قد يكون فهم البرنامج الذي يحتوي على بضع عشرات من الأصناف أسهل في الفهم من البرنامج الذي يحتوي على عدة مئات من الدوال المتباينة. تُقسّم البرمجة كائنية التوجه البرنامج المعقد إلى أجزاء يسهل فهمها.

تصميم أصناف في العالم الحقيقي أمر صعب

يبدو تصميم الصنف، تمامًا مثل تصميم الاستمارة الورقية paper form، فهو أمرٌ واضحٌ وبسيط. الاستمارات والأصناف، بحكم طبيعتها، هي تبسيطات لكائنات العالم الحقيقي التي تمثلها. السؤال هو كيف نبسط هذه الأشياء؟ على سبيل المثال، إذا كنا بصدد إنشاء صنف Customer فيجب أن يكون للعميل سمة firstName و lastName، أليس كذلك؟ لكن في الواقع، قد يكون إنشاء أصناف لنمذجة كائنات من العالم الحقيقي أمرًا صعبًا؛ ففي معظم البلدان الغربية، يكون الاسم الأخير للشخص هو اسم عائلته، ولكن في الصين، يكون اسم العائلة أولًا. إذا كنا لا نريد استبعاد أكثر من مليار عميل محتمل، فكيف يجب أن نغير صنف Customer لدينا؟ هل يجب تغيير firstName و lastName إلى givenName و familyName؟ لكن بعض الثقافات لا تستخدم أسماء العائلة. على سبيل المثال، الأمين العام السابق للأمم المتحدة يو ثانت U Thant، وهو بورمي، ليس له اسم عائلة: ثانت Thant هو اسمه الأول ويو U هو اختصار لاسم والده. قد نرغب في تسجيل عمر العميل، ولكن سرعان ما ستصبح سمة age قديمة؛ وبدلًا من ذلك، من الأفضل حساب العمر في كل مرة تحتاج إليها باستخدام سمة birthdate.

العالم الحقيقي معقد، ومن الصعب تصميم الاستمارات والأصناف لتسجيل هذه الأمور المعقدة في بنية موحدة يمكن لبرامجنا العمل عليها؛ إذ تختلف تنسيقات أرقام الهاتف بين البلدان؛ ولا تنطبق الرموز البريدية على العناوين خارج الولايات المتحدة؛ كما قد يكون تعيين الحد الأقصى لعدد الأحرف لأسماء المدن مشكلةً بالنسبة إلى قرية SchmedeswMorewesterdeich الألمانية. في أستراليا ونيوزيلندا، يمكن أن يكون جنسك المعترف به قانونًا هو X. خلد الماء هو أحد الثدييات التي تبيض. لا ينتمي الفول السوداني للمكسرات. الهوت دوج قد تكون شطيرة أو قد لا تكون، اعتمادًا على من تسأل. بصفتك مبرمجًا يكتب برامج لاستخدامها في العالم الحقيقي، سيتعين عليك تجاوز هذا التعقيد.

ترجمة -وبتصرف- لقسم من الفصل Object-Oriented Programming And Classes من كتاب Beyond the Basic Stuff with Python.

اقرأ أيضًا

• المقال السابق البرمجة كائنية التوجه Object-Oriented Programming والأصناف Classes في لغة بايثون
• تعلم كتابة أكواد بايثون من خلال الأمثلة العملية
• كيف تكتب أول برنامج لك في بايثون

البرمجة كائنية التوجه - أو اختصارًا OOP- هي ميزة للغة البرمجة تسمح لك بجمع الدوال functions والمتغيرات variables معًا في أنواع بيانات data type جديدة، تسمى الأصناف classes، والتي يمكنك من خلالها إنشاء كائنات objects. يمكنك تقسيم البرنامج المترابط إلى أجزاء أصغر يسهل فهمها وتنقيح أخطائها عن طريق تنظيم الشيفرة البرمجية الخاصة بك إلى أصناف.

لا تضيف البرمجة كائنية التوجه تنظيمًا بالنسبة للبرامج الصغيرة، بل تقّدم تعقيدًا لا داعٍ له في بعض الحالات، وعلى الرغم من أن بعض اللغات، مثل جافا، تتطلب منك تنظيم كل الشيفرات البرمجية في أصناف، إلا أن ميزات البرمجة كائنية التوجه في بايثون اختيارية، إذ يمكن للمبرمجين الاستفادة من الأصناف إذا كانوا بحاجة إليها أو تجاهلها. يشير حديث مُبرمج بايثون Jack Diederich في PyCon 2012، "توقف عن كتابة الأصناف"، إلى العديد من الحالات التي يستخدم فيها المبرمجون الأصناف عندما تفي دالة بسيطة بالغرض، ولكن بصفتك مبرمجًا، يجب أن تكون على دراية بأساسيات الأصناف وكيف تعمل، لذلك سنتعرف في هذا المقال على ماهية الأصناف، ولماذا تُستخدَم في البرامج، ومفاهيم البرمجة القائمة عليها. البرمجة كائنية التوجه موضوع واسع، وهذا المقال مجرّد مقدمة.

تشبيه من العالم الحقيقي: تعبئة استمارة

لعلّك ملأت الاستمارات الورقية والإلكترونية عدة مرات في حياتك؛ منها لزيارات الطبيب أو لعمليات الشراء عبر الإنترنت أو للرد على دعوة لحضور حفل زفاف. تُستخدم الاستمارة بمثابة طريقة رسمية من قبل شخص آخر أو منظمة أخرى لجمع المعلومات التي يحتاجونها عنك. تسأل الاستمارات المختلفة أنواعًا متنوعة من الأسئلة، فمثلًا يجب عليك شرح حالتك الطبية الحساسة في استمارة الطبيب، بينما عليك الإبلاغ عن أي ضيوف تحضرهم معك إلى حفل الزفاف في استمارة الحفل.

في بايثون، يكون للصنف والنوع ونوع البيانات المعنى ذاته، ومثال عن ذلك النموذج الورقي أو الإلكتروني؛ فالصنف هو مخطط لكائنات بايثون (وتسمى أيضًا النُسَخ instances)، والتي تحتوي على البيانات الممثّلة لاسم، ويمكن أن يكون هذا الاسم هو مريض الطبيب، أو عملية شراء إلكترونية، أو ضيف حفل زفاف. تشبه الأصناف قالب استمارة فارغة، وتشبه الكائنات التي تُنشأ من ذلك الصنف الاستمارة المملوءة التي تحتوي على بيانات فعلية حول نوع الشيء الذي يمثله النموذج. على سبيل المثال، تُشبه استمارة استجابة دعوة حفل الزفاف RSVP الصنف، في حين تشبه دعوة حفل الزفاف RSVP المملوء الكائن في الشكل 1.

[الشكل 1: تُشبه قوالب استمارة دعوة الزفاف الأصناف، في حين تُشبه الاستمارات المعبأة الكائنات]

يمكنك أيضًا النظر إلى الأصناف والكائنات على أنها جداول بيانات، كما في الشكل 2.

[الشكل 2: جدول بيانات لجميع بيانات دعوات حفل الزفاف]

ستشكل ترويسات الأعمدة الأصناف، وتشكل الصفوف rows الفردية كائنًا.

يأتي غالبًا ذكر الأصناف والكائنات على أنها نماذج بيانات للعناصر في العالم الحقيقي، ولكن لا تخلط بين الخريطة map والمنطقة؛ فما تحتويه الأصناف يعتمد على ما يحتاج البرنامج لفعله. يوضح الشكل 3 بعض الكائنات من أصناف مختلفة تمثل جميعها شخصًا، وتخزن معلومات مختلفة تمامًا باختلاف اسم الشخص.

[الشكل 3: أربعة كائنات مصنوعة من أصناف مختلفة تمثل شخصًا، اعتمادًا على ما يحتاج التطبيق إلى معرفته عن الشخص]

يجب أيضًا أن تعتمد المعلومات الموجودة في أصنافك على احتياجات برنامجك، إذ تستخدم العديد من برامج البرمجة كائنية التوجه التعليمية صنف Car مثالًا أساسيًا دون الإشارة إلى أن ما يوجد في الصنف يعتمد كليًا على نوع البرنامج الذي تكتبه. لا يوجد هناك ما يدعى صنف Car العام الذي من الواضح أنه يحتوي على تابع honkHorn()‎‎‎‎ أو سمة numberOfCupholders لمجرد أنها خصائص تمتلكها سيارات العالم الحقيقي؛ فقد يكون برنامجك لتطبيق ويب لبيع السيارات أو للعبة فيديو لسباق السيارات أو لمحاكاة حركة المرور على الطرق؛ وقد يكون لصنف السيارات الخاصة بتطبيق الويب لبيع السيارات على الويب سمات milesPerGallon أو manufacturersSuggestedRetailPrice (تمامًا كما قد تستخدم جداول بيانات وكالة السيارات هذه كعمود)، لكن لن تحتوي لعبة الفيديو ومحاكاة حركة المرور على الطرق على هذه الأصناف، لأن هذه المعلومات ليست ذات صلة بهما. قد يحتوي صنف السيارات الخاصة بلعبة الفيديو على explodeWithLargeFireball()‎‎، ولكن لن يحتوي تطبيق المحاكاة أو بيع السيارات على الصنف ذاته.

إنشاء كائنات من الأصناف

سبق لك استخدام الأصناف والكائنات في بايثون، حتى لو لم تُنشئ الأصناف بنفسك. تذكّر وحدة datetime، التي تحتوي على صنف باسم date، إذ تُمثل كائنات صنف datetime.date (تسمى أيضًا ببساطة كائنات اdatetime.date أو كائنات date) تاريخًا محددًا. أدخل ما يلي في الصدفة التفاعلية Interactive Shell لإنشاء كائن من صنف datetime.date:

>>> import datetime
>>> birthday = datetime.date(1999, 10, 31) # مرّر قيمة السنة والشهر واليوم
>>> birthday.year
1999
>>> birthday.month
10
>>> birthday.day
31
>>> birthday.weekday()‎‎ # يمثّل‫ weekday() تابعًا؛ لاحظ القوسين
6

السمات Attributes -أو يطلق عليها أحيانًا الخاصيات- هي متغيرات مرتبطة بالكائنات. يؤدي استدعاء datetime.date()‎‎ إلى إنشاء كائن date جديد، جرت تهيئته باستخدام الوسطاء 1999, 10, 31، بحيث يمثل الكائن تاريخ 31 أكتوبر 1999. نعيّن هذه الوسطاء على أنها سمات للصنف date، وهي year و month و day، التي تحتوي على جميع كائنات date.

يمكن -باستخدام هذه المعلومات- لتابع الصنف weekday()‎‎ حساب يوم الأسبوع. في هذا المثال، تُعاد القيمة 6 ليوم الأحد، لأنه وفقًا لتوثيق بايثون عبر الإنترنت، القيمة المُعادة من weekday()‎‎ هي عدد صحيح يبدأ من 0 ليوم الاثنين وينتهي بالعدد 6 ليوم الأحد.

يسرد توثيق بايثون العديد من التوابع الأخرى التي تمتلكها كائنات صنف date. على الرغم من أن كائن date يحتوي على سمات وتوابع متعددة، لكنه لا يزال كائنًا واحدًا يمكنك تخزينه في متغير، مثل birthday في هذا المثال.

إنشاء صنف بسيط- WizCion

دعنا ننشئ صنف WizCoin الذي يمثل عددًا من العملات في عالم سحري خيالي. فئات هذه العملة هي: knuts، و sickles (بقيمة 29 knuts)، و galleons (بقيمة 17 sickles أو 493 knuts). ضع في حساباتك أن العناصر الموجودة في صنف WizCoin تمثل كميةً من العملات، وليس مبلغًا من المال. على سبيل المثال، ستُخبرك أنك تمتلك خمسة أرباع سنت وعشرة سنتات بدلًا من 1.35 دولار.

في ملف جديد باسم wizcoin.py، ضِف الشيفرة التالي لإنشاء صنف WizCoin. لاحظ أن اسم دالة __init__ له شرطتان سفليتان قبل وبعد init (سنناقش __init__ في " التابعين ‎ ‎__init__()‎ والمعامل self" لاحقًا):

1 class WizCoin:
2     def ‎__init__(self, galleons, sickles, knuts):
       ‫ """‫إنشاء كائن WizCoin جديد باستخدام galleons و sickles و knuts"""
        self.galleons = galleons
        self.sickles  = sickles
        self.knuts    = knuts
        # ‫ملاحظة: لا يوجد لتوابع ()__init‎__ قيمة مُعادة إطلاقًا

3     def value(self):
      ‫  """‎‫حساب القيمة بفئة knuts في غرض WizCoin لكل العملات"""
        return (self.galleons * 17 * 29) + (self.sickles * 29) + (self.knuts)

4     def weightInGrams(self):
        """حساب وزن العملات بالجرام"""
        return (self.galleons * 31.103) + (self.sickles * 11.34) + (self.knuts * 5.0)

يعرّف هذا البرنامج صنفًا جديدًا يدعى WizCoin باستخدام التعليمة الأولى class، ويؤدي إنشاء صنف إلى إنشاء نوع جديد من الكائنات، إذ أن استخدام عبارة class لتعريف صنف يشبه عبارات def التي تعرّف دوالًا جديدة. توجد تعريفات لثلاثة توابع داخل كتلة التعليمات البرمجية التي تلي تعليمة class، هي: ‎__init __()‎‎ (اختصارًا للتهيئة)، و value()‎‎، و weightInGrams()‎‎. لاحظ أن جميع التوابع لها معامل أوّل يدعى self الذي سنكتشفه في القسم التالي.

تكون أسماء الوحدات، مثل wizcoin في ملف wizcoin.py بأحرف صغيرة عادةً، بينما تبدأ أسماء الأصناف، مثل WizCoin بحرف كبير، ولكن للأسف، لا تتبع بعض الأصناف في مكتبة بايثون هذا الاصطلاح مثل صنف date.

للتدرب على إنشاء كائنات جديدة لصنف WizCoin، ضِف الشيفرة المصدرية التالية في نافذة محرر ملفات منفصلة واحفظ الملف باسم wcexample1.py في المجلد wizcoin.py:

import wizcoin

1 purse = wizcoin.WizCoin(2, 5, 99) # تُمرّر الأعداد الصحيحة إلى التابع‫ ()__init‎__
print(purse)
print('G:', purse.galleons, 'S:', purse.sickles, 'K:', purse.knuts)
print('Total value:', purse.value()‎‎)
print('Weight:', purse.weightInGrams()‎‎, 'grams')

print()‎‎

2 coinJar = wizcoin.WizCoin(13, 0, 0) # تُمرّر الأعداد الصحيحة إلى التابع‫ ()__init‎__
print(coinJar)
print('G:', coinJar.galleons, 'S:', coinJar.sickles, 'K:', coinJar.knuts)
print('Total value:', coinJar.value()‎‎)
print('Weight:', coinJar.weightInGrams()‎‎, 'grams')

تُنشئ استدعاءات WizCoin()‎‎ كائن WizCoin وتُنفّذ الشيفرة في دالة‎‎__init __()‎‎. نمرّر هنا ثلاثة أعداد صحيحة مثل وسطاء إلى WizCoin()‎‎ ثم يُعاد توجيه تلك الوسطاء إلى معاملات ‎‎__init __()‎‎، تُعيَّن الوسطاء إلى سمات كائنات self.galleons و self.sickles و self.knuts. يجب علينا استيراد wizcoin ووضع .wizcoin قبل اسم دالة WizCoin()‎‎ تمامًا كما تتطلب دالة time.sleep()‎‎ أن تستورد وحدة time ووضع .time قبل اسم الدالة أولًا.

عند تنفيذ البرنامج، سيبدو الخرج كما يلي:

<wizcoin.WizCoin object at 0x000002136F138080>
G: 2 S: 5 K: 99
Total value: 1230
Weight: 613.906 grams

<wizcoin.WizCoin object at 0x000002136F138128>
G: 13 S: 0 K: 0
Total value: 6409
Weight: 404.339 grams

إذا تلقيت رسالة خطأ، مثل:

ModuleNotFoundError: No module named 'wizcoin'

تحقق أن الملف يحمل اسم wizcoin.py وأنه موجود في المجلد wcexample1.py ذاته.

لا تمتلك كائنات WizCoin توضيحات نصية مفيدة، لذلك تعرض طباعة purse و coinJar عنوان تخزين بين قوسين (ستتعلم كيفية تغيير لاحقًا).

يمكننا استدعاء التابعين value()‎‎ و weightInGrams()‎‎ على كائنات WizCoin التي خصصناها لمتغيري purse و coinJar، كما يمكننا استدعاء تابع السلسلة lower()‎‎ على كائن سلسلة نصية. تحسب هذه التوابع القيم بناءً على سمات كائنات galleons و sickles و knuts.

يُفيد استخدام الأصناف classes والبرمجة كائنية التوجه في إنتاج شيفرات برمجية أكثر قابلية للصيانة؛ أي شيفرة يسهل قراءتها وتعديلها وتوسيعها مستقبلًا.

التابع ‎‎ __init __()‎‎والمعامل self

التوابع هي دوال مرتبطة بكائنات من صنف معين. تذكر أن low()‎‎ هو تابع لسلسلة، ما يعني أن استدعائه يكون على كائنات سلسلة نصية string. يمكنك استدعاء lower()‎‎ من سلسلة، مثل ‎'Hello'.lower()‎‎ ولكن لا يمكنك استدعائها على قائمة مثل: ‎['dog', 'cat'].lower()‎‎. لاحظ أيضًا أن التوابع تأتي بعد الكائن، والشيفرة الصحيحة هي ‎'Hello'.lower()‎‎، وليست lower('Hello'‎)‎. على عكس تابع مثل lower()‎‎، لا ترتبط دالة مثل len()‎‎ بنوع بيانات واحد؛ إذ يمكنك تمرير سلاسل وقوائم وقواميس وأنواع أخرى كثيرة من الكائنات إلى الدالة len()‎‎.

نُنشئ كائنات عن طريق استدعاء اسم الصنف مثل دالة كما رأيت سابقًا، ويُشار إلى هذه الدالة على أنها دالة بانية constructor (أو باني، أو تُختصر باسم ctor، وتُنطق "see-tore") لأنها تُنشئ كائنًا جديدًا. نقول أيضًا أن الباني يبني نسخةً جديدةً للصنف.

يؤدي استدعاء الباني إلى إنشاء كائن جديد ثم تنفيذ تابع ‎‎__init __()‎‎، ولا يُطلب من الأصناف أن يكون لديها تابع ‎‎__init __()‎‎، لكنها تملك هذا دائمًا تقريبًا. تابع ‎‎__init __()‎‎ هو المكان الذي تُعيّن فيه القيم الأولية للسمات عادةً. على سبيل المثال، تذكر أن تابع ‎‎__init __()‎‎ الخاص بالصنف WizCoin يبدو كما يلي:

 def ‎__init__(self, galleons, sickles, knuts):
       ‫ """‫إنشاء كائن WizCoin جديد باستخدام galleons و sickles و knuts"""
        self.galleons = galleons
        self.sickles  = sickles
        self.knuts    = knuts
        # ‫ملاحظة: لا يوجد لتوابع ()__init‎__ قيمة مُعادة إطلاقًا

عندما يستدعي برنامج wcexample1.py ما يلي: WizCoin (2, 5, 99)‎، يبني بايثون كائن WizCoin جديد، ثم يمرر ثلاثة وسطاء (2 و 5 و 99) إلى استدعاء ‎‎__init __()‎‎، لكن للتابع ‎‎__init __()‎‎ أربعة معاملات، هي: self و galleons و sickles و knuts، والسبب هو أن جميع التوابع لها معامل أول يدعى self. عندما يُستدعى تابع ما على كائن، يُمرّر الكائن تلقائيًا لمعامل self، وتُعيَّن بقية الوسطاء للمعاملات بصورة طبيعية.

إذا رأيت رسالة خطأ، مثل:

TypeError: ‎__init__()‎‎ takes 3 positional arguments but 4 were given

ربما تكون قد نسيت إضافة معامل self إلى تعليمة def الخاصة بالتابع.

لا يتعين عليك تسمية المعامل الأول للتابع بالاسم self، إذ يمكنك تسميته بأي شيء آخر، لكن استخدام self أمر تقليدي، واختيار اسم مختلف سيجعل الشيفرة الخاصة بك أقل قابلية للقراءة لمبرمجي بايثون الآخرين. عندما تقرأ الشيفرة، فإن وجود self مثل معامل أول هو أسرع طريقة يمكنك من خلالها تمييز التوابع عن الدوال، وبالمثل، إذا كانت شفرة تابعك لا تحتاج أبدًا إلى استخدام معامل self، فهذه علامة على أن تابعك يجب أن يكون مجرد دالة.

لا تُعيَّن الوسطاء 2 و 5 و 99 في WizCoin (2, 5, 99)‎ تلقائيًا إلى سمات الكائن الجديد؛ إذ نحتاج إلى عبارات الإسناد الثلاث في ‎‎__init __()‎‎ لإجراء ذلك. تُسمّى معاملات ‎‎__init __()‎‎ غالبًا باسم السمات ذاته، لكن يشير وجود self في self.galleons إلى أنها سمة من سمات الكائن، بينما يُعد galleons معاملًا.

يعد تخزين وسطاء الباني في سمات الكائن مهمةً شائعةً لتابع ‎‎‎__init __()‎‎ للأصناف. نفّذ استدعاء datetime.date()‎‎ في القسم السابق مهمةً مماثلةً باستثناء أن الوسطاء الثلاثة التي مررناها كانت لسمات year و month و day لكائن date الذي أُنشئ حديثًا.

لقد سبق لك أن استدعيت الدوال int()‎‎ و str()‎‎ و float()‎‎ و bool()‎‎ للتحويل بين أنواع البيانات، مثل str (3.1415)‎ للحصول على قيمة السلسلة '3.1415' بناءً على القيمة العشرية 3.1415. وصفنا ما سبق عندها على أنها دوال، لكن int و str و float و bool في الواقع أصناف، والدوال int()‎‎ و str()‎‎ و float()‎‎ و bool()‎‎ هي دوال بانية تعيد عددًا صحيحًا جديدًا أو سلسلة أو عدد عشري أو كائنات منطقية. يوصي دليل أسلوب بايثون باستخدام أحرف كبيرة لأسماء أصنافك، مثل WizCoin، على الرغم من أن العديد من أصناف بايثون المضمنة لا تتبع هذا الاصطلاح.

يعيد استدعاء دالة الإنشاء WizCoin()‎‎ الكائن WizCoin الجديد، لكن التابع ‎‎__init __()‎‎ لا يحتوي أبدًا على عبارة return بقيمة مُعادة. تؤدي إضافة قيمة إعادة إلى حدوث هذا الخطأ:

TypeError: ‎‎__init__()‎‎ should return None.‎

السمات

السمات attributes -أو الخاصيات- هي متغيرات مرتبطة بكائن، ويصف توثيق بايثون السمات بأنها "أي اسم يتبع النقطة" على سبيل المثال، لاحظ تعبير birthday.year في القسم السابق، السمة year هي اسم يتبع النقطة.

يمتلك كل كائن مجموعة السمات الخاصة به، فعندما أنشأ برنامج wcexample1.py كائنين WizCoin وخزّنهما في متغيرات purse و coinJar كان لسماتهما قيم مختلفة. يمكنك الوصول إلى هذه السمات وتعيينها تمامًا مثل أي متغير. للتدرب على إعداد السمات: افتح نافذة محرر ملفات جديدة وأدخل الشيفرة التالية، واحفظها بالاسم wcexample2.py في مجلد الملف wizcoin.py ذاته:

import wizcoin

change = wizcoin.WizCoin(9, 7, 20)
print(change.sickles) # تطبع 7
change.sickles += 10
print(change.sickles) # تطبع 17

pile = wizcoin.WizCoin(2, 3, 31)
print(pile.sickles) # تطبع 3
pile.someNewAttribute = 'a new attr' # إنشاء سمة جديدة
print(pile.someNewAttribute)

عند تنفيذ هذا البرنامج، يبدو الخرج كما يلي:

7
17
3
a new attr

يمكنك التفكير في سمات الكائن بطريقة مشابهة لمفاتيح القاموس، إذ يمكنك قراءة وتعديل القيم المرتبطة بها وتعيين سمات جديدة للكائن، تقنيًا تُعدّ التوابع سمات للأصناف أيضًا.

السمات والتوابع الخاصة

يمكن تمييز السمات على أنها تتمتع بوصول خاص في لغات مثل C++‎ أو جافا، ما يعني أن المصرِّف compiler أو المُفسر interpreter يسمح فقط للشيفرة الموجودة في توابع الأصناف بالوصول إلى سمات كائنات تلك الصنف فقط أو تعديلها، لكن هذا الأمر غير موجود في بايثون، إذ تمتلك جميع السمات والتوابع وصولًا عامًا public access فعال، ويمكن للشيفرة خارج الصنف الوصول إلى أي سمة وتعديلها في أي كائن من ذلك الصنف.

الوصول الخاص مفيد، إذ يمكن مثلًا أن تحتوي كائنات صنف BankAccount على سمة balance التي لا يجب الوصول إليها إلا لتوابع صنف BankAccount. لهذه الأسباب، ينص اصطلاح بايثون على بدء أسماء السمات أو التوابع الخاصة بشرطة سفلية واحدة. تقنيًا، لا يوجد ما يمنع الشيفرة خارج الصنف من الوصول إلى السمات والتوابع الخاصة، ولكن من الممارسات المُثلى تُملي بالسماح لتوابع الصنف فقط بالوصول إليها.

افتح نافذة محرر ملفات جديدة، وأدخل الشيفرة التالية، واحفظها باسم privateExample.py. تحتوي كائنات صنف BankAccount في هذه الشيفرة على السمتين ‎_name و ‎_balance الخاصتين والتي يمكن فقط لتابعَي deposit()‎‎ و withdraw()‎‎ الوصول إليهما مباشرةً:

class BankAccount:
    def ‎__init__(self, accountHolder):
        # ‫يمكن لتوابع ‎ BankAccount الوصول إلى self._balance ولكن الشيفرة خارج هذا الصنف لا يمكنها الوصول
1         self._balance = 0
2         self._name = accountHolder
        with open(self._name + 'Ledger.txt', 'w') as ledgerFile:
            ledgerFile.write('Balance is 0\n')

    def deposit(self, amount):
3         if amount <= 0:
            return # لا تسمح بقيم سالبة
        self._balance += amount
4         with open(self._name + 'Ledger.txt', 'a') as ledgerFile:
            ledgerFile.write('Deposit ' + str(amount) + '\n')
            ledgerFile.write('Balance is ' + str(self._balance) + '\n')

    def withdraw(self, amount):
5         if self._balance < amount or amount < 0:
            return # لا يوجد نقود كافية في الحساب أو أن الرصيد سالب
        self._balance -= amount
6         with open(self._name + 'Ledger.txt', 'a') as ledgerFile:
            ledgerFile.write('Withdraw ' + str(amount) + '\n')
            ledgerFile.write('Balance is ' + str(self._balance) + '\n')

acct = BankAccount('Alice') # أنشأنا حساب خاص بأليس
acct.deposit(120) # ‫يمكن تعديل السمة ‫‎_balance‎‎ باستخدام deposit()‎
acct.withdraw(40) # ‫يمكن تعديل السمة ‫‎_balance‎‎ باستخدام withdraw()‎

# ‫‎التغيير من ‎_name و ‎_balance أمر غير محبّذ ولكنه ممكن
7 acct._balance = 1000000000
acct.withdraw(1000)

8 acct._name = 'Bob' # ‎‫نستطيع الآن التعديل على سجل Bob!
acct.withdraw(1000) # عملية السحب هذه مسجلة في‫ BobLedger.txt!

عند تنفيذ privateExample.py، تكون الملفات التي تُنشأ غير دقيقة لأننا عدّلنا على ‎_balance و ‎_name خارج الصنف، مما أدى إلى حالات غير صالحة. يحتوي AliceLedger.txt على الكثير من المال بداخله:

Balance is 0
Deposit 120
Balance is 120
Withdraw 40
Balance is 80
Withdraw 1000
Balance is 999999000

يوجد الآن ملف BobLedger.txt برصيد حساب لا يمكن تفسيره، على الرغم من أننا لم ننشئ كائن BankAccount لسجل Bob إطلاقًا:

Withdraw 1000
Balance is 999998000

تكون الأصناف المصممة جيدًا في الغالب قائمة بحد ذاتها self-contained، مما يوفر توابع لضبط السمات على القيم الصحيحة. تُميَّز السمتين ‎_balance و ‎_name برقمي السطرين 1 و2، والطريقة الصالحة الوحيدة لتعديل قيمة صنف BankAccount هي من خلال التابعين deposit()‎‎ و withdraw()‎‎؛ إذ يحقق هذان التابعان من تعليمة (3) وتعليمة (5) للتأكد من أن ‎_balance لم توضع في حالة غير صالحة (مثل قيمة عدد صحيح سالب). يسجل هذان التابعان أيضًا كل معاملة لحساب الرصيد الحالي في تعليمة (4) وتعليمة (6).

يمكن أن تضع الشيفرة البرمجية التي تعدل هذه السمات وتقع خارج الصنف، مثل تعليمة ‎acct._balance = 1000000000‎ (التعليمة 7) أو تعليمة acct._name = 'Bob'‎ (التعليمة ? ذلك الكائن في حالة غير صالحة ويتسبب بأخطاء وعمليات تدقيق من فاحص البنك. يصبح تصحيح الأخطاء أسهل باتباع اصطلاح بادئة الشرطة السفلية للوصول الخاص، والسبب هو أنك تعرف أن سبب الخطأ سيكون داخل شيفرة الصنف بدلًا من أي مكان في البرنامج بأكمله.

لاحظ أنه على عكس جافا واللغات الأخرى، لا تحتاج بايثون إلى توابع getter و setter العامة للسمات الخاصة، وتستخدم بدلًا من ذلك الخاصيات properties، كما هو موضح لاحقًا.

دالة type()‎‎ وسمة qualname

يخبرنا تمرير كائن إلى دالة type()‎‎ المضمنة بنوع بيانات الكائن من خلال قيمته المُعادة، والكائنات التي تُعاد من دالة type()‎‎ هي أنواع كائنات، وتسمى أيضًا كائنات الصنف. تذكر أن مصطلح النوع ونوع البيانات والصنف لها المعنى ذاته في بايثون. لمعرفة ما تُعيده دالة type()‎‎ للقيم المختلفة، أدخل ما يلي في الصدفة التفاعلية:

>>> type(42)  # The object 42 has a type of int.
<class 'int'>
>>> int # int is a type object for the integer data type.
<class 'int'>
>>> type(42) == int  # Type check 42 to see if it is an integer.
True
>>> type('Hello') == int  # Type check 'Hello' against int.
False
>>> import wizcoin
>>> type(42) == wizcoin.WizCoin  # Type check 42 against WizCoin.
False
>>> purse = wizcoin.WizCoin(2, 5, 10)
>>> type(purse) == wizcoin.WizCoin # Type check purse against WizCoin.
True

لاحظ أن int هو نوع كائن وهو نفس نوع الكائن الذي يُعيده type(42)‎، ولكن يمكن أيضًا تسميته بدالة بانية int()‎‎؛ إذ لا تحوّل الدالة int ('42')‎ وسيط السلسلة '42'، وتُعيد بدلًا من ذلك كائن عدد صحيح بناءً على المعطيات.

لنفترض أنك بحاجة إلى تسجيل بعض المعلومات حول المتغيرات في برنامجك لمساعدتك على تصحيحها لاحقًا. يمكنك فقط كتابة سلاسل إلى ملف السجل، ولكن تمرير كائن النوع إلى str()‎‎ سيعيد سلسلة تبدو فوضوية إلى حد ما. بدلًا من ذلك، استخدم السمة __qualname__، التي تمتلكها جميع أنواع الكائنات، لكتابة سلسلة أبسط يمكن للبشر قراءتها:

>>> str(type(42))  # Passing the type object to str() returns a messy string.
"<class 'int'>"
>>> type(42).__qualname__ # The __qualname__ attribute is nicer looking.
'int'

تُستخدم سمة __qualname__ غالبًا لتجاوز تابع __repr __()‎‎، والتي سنشرحها بمزيد من التفصيل لاحقًا.

الخلاصة

البرمجة كائنية التوجه هي ميزة مفيدة لتنظيم الشيفرة البرمجية الخاصة بك. تتيح لك الأصناف تجميع البيانات والشيفرات البرمجية معًا في أنواع بيانات جديدة. يمكنك أيضًا إنشاء كائنات من هذه الأصناف عن طريق استدعاء بانيها (اسم الصنف المُستدعى مثل دالة)، والتي بدورها تستدعي تابع ‎__init __()‎‎ الخاص بالصنف. التوابع هي دوال مرتبطة بالكائنات، والسمات هي متغيرات مرتبطة بالكائنات. تحتوي جميع التوابع على معامل أول self، والذي يُعيّن للكائن عند استدعاء التابع. يسمح هذا للتوابع بقراءة سمات الكائن أو تعيينها واستدعاء توابعها.

على الرغم من أن بايثون لا تسمح لك بتحديد الوصول الخاص أو العام للسمات، إلا أنها تمتلك اصطلاحًا باستخدام بادئة شرطة سفلية لأي تابع أو سمات يجب استدعاؤها أو الوصول إليها فقط من توابع الصنف الخاصة. يمكنك -باتباع هذه الاتفاقية- تجنب إساءة استخدام الصنف ووضعها في حالة غير صالحة يمكن أن تسبب أخطاء. سيعيد استدعاء type(obj)‎ كائن صنف النوع obj. تحتوي كائنات الصنف على سمة __qualname___ التي تحتوي على سلسلة بشكل يمكن للبشر قراءته من اسم الصنف.

في هذه المرحلة، ربما تفكر، لماذا يجب أن نهتم باستخدام الأصناف والسمات والتوابع بينما يمكننا إنجاز المهمة ذاتها مع الدوال؟ تُعد البرمجة كائنية التوجه طريقةً مفيدةً لتنظيم الشيفرات البرمجية الخاصة بك في أكثر من مجرد ملف "‎.py" يحتوي على 100 دالة فيه. من خلال تقسيم البرنامج إلى عدة أصناف مصممة جيدًا، يمكنك التركيز على كل صنف على حدة.

البرمجة كائنية التوجه هي نهج يركز على هياكل البيانات وطرق التعامل مع هياكل البيانات تلك. هذا النهج ليس إلزاميًا لكل برنامج، ومن الممكن بالتأكيد الإفراط في استخدام البرمجة كائنية التوجه، لكن البرمجة كائنية التوجه توفر فرصًا لاستخدام العديد من الميزات المتقدمة التي سنستكشفها في الفصلين التاليين. أول هذه الميزات هو الوراثة inheritance التي سنتعمق فيها في الفصل التالي.

ترجمة -وبتصرف- لقسم من الفصل Object-Oriented Programming And Classes من كتاب Beyond the Basic Stuff with Python.

اقرأ أيضًا

• المقال السابق: برمجة لعبة أربع نقاط في صف واحد Four-in-a-Row باستخدام لغة بايثون
• مصطلحات شائعة مثيرة للالتباس في بايثون.
• البرمجة كائنية التوجه
• كيفية إنشاء الأصناف وتعريف الكائنات في بايثون 3.

لعبة أربع نقاط في صف واحد Four-in-a-Row هي لعبة للاعبين اثنين، إذ يضع كل منهما حجرًا، ويحاول كل لاعب إنشاء صف مكون من أربعة من حجراته، سواء أفقيًا أو رأسيًا أو قطريًا، وهي مشابهة للعبتَين Connect Four و Four Up. تستخدم اللعبة لوحة قياس 7×6، وتشغل المربعات أدنى مساحة شاغرة في العمود. في لعبتنا، سيلعب لاعبان بشريان، X و O، ضد بعضهما، وليس لاعب بشري واحد ضد الحاسوب.

خرج اللعبة

سيبدو الخرج كما يلي عند تنفيذ برنامج أربع نقاط في صف واحد:

Four-in-a-Row, by Al Sweigart al@inventwithpython.com

Two players take turns dropping tiles into one of seven columns, trying
to make four in a row horizontally, vertically, or diagonally.


     1234567
    +-------+
    |.......|
    |.......|
    |.......|
    |.......|
    |.......|
    |.......|
    +-------+
Player X, enter 1 to 7 or QUIT:
> 1

     1234567
    +-------+
    |.......|
    |.......|
    |.......|
    |.......|
    |.......|
    |X......|
    +-------+
Player O, enter 1 to 7 or QUIT:
--snip--
Player O, enter 1 to 7 or QUIT:
> 4

     1234567
    +-------+
    |.......|
    |.......|
    |...O...|
    |X.OO...|
    |X.XO...|
    |XOXO..X|
    +-------+
Player O has won!

حاول اكتشاف العديد من الاستراتيجيات الدقيقة التي يمكنك استخدامها للحصول على أربعة أحجار متتالية بينما تمنع خصمك من فعل الشيء نفسه.

الشيفرة المصدرية

افتح ملفًا جديدًا في المحرر أو البيئة التطويرية IDE، وأدخل الشيفرة التالية، واحفظ الملف باسم "fourinarow.py":

"""Four-in-a-Row, by Al Sweigart al@inventwithpython.com
A tile-dropping game to get four-in-a-row, similar to Connect Four."""

import sys

# الثوابت المستخدمة لعرض اللوحة
EMPTY_SPACE = "."  # النقطة أسهل للعدّ والرؤية من المسافة
PLAYER_X = "X"
PLAYER_O = "O"

# ‎‫ملاحظة: عدّل قيمتي BOARD_TEMPLATE و COLUMN_LAVELS إذا تغيّر BOARD_WIDTH
BOARD_WIDTH = 7
BOARD_HEIGHT = 6
COLUMN_LABELS = ("1", "2", "3", "4", "5", "6", "7")
assert len(COLUMN_LABELS) == BOARD_WIDTH

# قالب السلسلة النصية الذي يُستخدم لطباعة اللوحة
BOARD_TEMPLATE = """
     1234567
    +-------+
    |{}{}{}{}{}{}{}|
    |{}{}{}{}{}{}{}|
    |{}{}{}{}{}{}{}|
    |{}{}{}{}{}{}{}|
    |{}{}{}{}{}{}{}|
    |{}{}{}{}{}{}{}|
    +-------+"""


def main()‎:
    """Runs a single game of Four-in-a-Row."""
    print(
        """Four-in-a-Row, by Al Sweigart al@inventwithpython.com

Two players take turns dropping tiles into one of seven columns, trying
to make Four-in-a-Row horizontally, vertically, or diagonally.
"""
    )

    # إعداد لعبة جديدة
    gameBoard = getNewBoard()‎
    playerTurn = PLAYER_X

    while True:  # بدء دور اللاعب
        # عرض اللوحة قبل الحصول على حركة اللاعب
        displayBoard(gameBoard)
        playerMove = getPlayerMove(playerTurn, gameBoard)
        gameBoard[playerMove]‎ = playerTurn

        # فحص حالة الفوز أو التعادل
        if isWinner(playerTurn, gameBoard):
            displayBoard(gameBoard)  # عرض اللوحة لمرة أخيرة
            print("Player {} has won!".format(playerTurn))
            sys.exit()‎
        elif isFull(gameBoard):
            displayBoard(gameBoard)  # عرض اللوحة لمرة أخيرة 
            print("There is a tie!")
            sys.exit()‎

        # تبديل الدور للاعب الآخر
        if playerTurn == PLAYER_X:
            playerTurn = PLAYER_O
        elif playerTurn == PLAYER_O:
            playerTurn = PLAYER_X


def getNewBoard()‎:
    """Returns a dictionary that represents a Four-in-a-Row board.

    The keys are (columnIndex, rowIndex) tuples of two integers, and the
    values are one of the "X", "O" or "." (empty space) strings."""
    board = {}
    for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT):
        for columnIndex in range(BOARD_WIDTH):
            board[(columnIndex, rowIndex)]‎ = EMPTY_SPACE
    return board


def displayBoard(board):
    """Display the board and its tiles on the screen."""

    # ‫تحضير قائمة لتمريرها إلى تابع format()‎ لقالب اللوحة
    # تحتوي القائمة على خلايا اللوحة بما في ذلك المسافات الفارغة
    # من اليسار إلى اليمين ومن الأعلى للأسفل
    tileChars = []‎
    for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT):
        for columnIndex in range(BOARD_WIDTH):
            tileChars.append(board[(columnIndex, rowIndex)]‎)

    # عرض اللوحة
    print(BOARD_TEMPLATE.format(*tileChars))


def getPlayerMove(playerTile, board):
    """Let a player select a column on the board to drop a tile into.

    Returns a tuple of the (column, row) that the tile falls into."""
    while True:  # استمر بسؤال اللاعب إلى أن يُدخل حركة صالحة
        print(f"Player {playerTile}, enter 1 to {BOARD_WIDTH} or QUIT:")
        response = input("> ").upper()‎.strip()‎

        if response == "QUIT":
            print("Thanks for playing!")
            sys.exit()‎

        if response not in COLUMN_LABELS:
            print(f"Enter a number from 1 to {BOARD_WIDTH}.")
            continue  # اطلب حركة من اللاعب مجددًا

        columnIndex = int(response) - 1  # نطرح واحد للحصول على فهرس يبدأ من الصفر

        # إذا كان العمود مليئًا، نطلب من اللاعب حركة مجددًا
        if board[(columnIndex, 0)]‎ != EMPTY_SPACE:
            print("That column is full, select another one.")
            continue  # اطلب حركة من اللاعب مجددًا

        # البدء من الأسفل واختيار أول خلية فارغة
        for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT - 1, -1, -1):
            if board[(columnIndex, rowIndex)]‎ == EMPTY_SPACE:
                return (columnIndex, rowIndex)


def isFull(board):
    """Returns True if the `board` has no empty spaces, otherwise
    returns False."""
    for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT):
        for columnIndex in range(BOARD_WIDTH):
            if board[(columnIndex, rowIndex)]‎ == EMPTY_SPACE:
                return False  # أعد‫ False إذا عُثر على مسافة فارغة
    return True  # في حال كانت جميع الخلايا ممتلئة


def isWinner(playerTile, board):
    """Returns True if `playerTile` has four tiles in a row on `board`,
    otherwise returns False."""

    # تفقّد اللوحة بكاملها بحثًا عن حالة فوز
    for columnIndex in range(BOARD_WIDTH - 3):
        for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT):
            # التحقق من حالة الفوز بالذهاب لليمين
            tile1 = board[(columnIndex, rowIndex)]‎
            tile2 = board[(columnIndex + 1, rowIndex)]‎
            tile3 = board[(columnIndex + 2, rowIndex)]‎
            tile4 = board[(columnIndex + 3, rowIndex)]‎
            if tile1 == tile2 == tile3 == tile4 == playerTile:
                return True

    for columnIndex in range(BOARD_WIDTH):
        for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT - 3):
            # التحقق من حالة فوز بالذهاب للأسفل
            tile1 = board[(columnIndex, rowIndex)]‎
            tile2 = board[(columnIndex, rowIndex + 1)]‎
            tile3 = board[(columnIndex, rowIndex + 2)]‎
            tile4 = board[(columnIndex, rowIndex + 3)]‎
            if tile1 == tile2 == tile3 == tile4 == playerTile:
                return True

    for columnIndex in range(BOARD_WIDTH - 3):
        for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT - 3):
            # التحقق من حالة فوز بالذهاب قطريًا إلى اليمين والأسفل
            tile1 = board[(columnIndex, rowIndex)]‎
            tile2 = board[(columnIndex + 1, rowIndex + 1)]‎
            tile3 = board[(columnIndex + 2, rowIndex + 2)]‎
            tile4 = board[(columnIndex + 3, rowIndex + 3)]‎
            if tile1 == tile2 == tile3 == tile4 == playerTile:
                return True

            # التحقق من حالة فوز بالذهاب قطريًا إلى اليسار والأسفل
            tile1 = board[(columnIndex + 3, rowIndex)]‎
            tile2 = board[(columnIndex + 2, rowIndex + 1)]‎
            tile3 = board[(columnIndex + 1, rowIndex + 2)]‎
            tile4 = board[(columnIndex, rowIndex + 3)]‎
            if tile1 == tile2 == tile3 == tile4 == playerTile:
                return True
    return False


# شغّل اللعبة إذا نُفّذ البرنامج بدلًا من استيراده
if __name__ == "__main__":
    main()‎

شغّل البرنامج السابق والعب بعض الجولات للحصول على فكرة عما يفعله هذا البرنامج قبل قراءة شرح الشيفرة المصدرية. للتحقق من وجود أخطاء كتابية، انسخها والصقها في أداة لكشف الاختلاف عبر الإنترنت.

كتابة الشيفرة

لنلقي نظرةً على الشيفرة المصدرية للبرنامج، كما فعلنا مع برنامج برج هانوي سابقًا. نسّقنا مرةً أخرى الشيفرة المصدرية باستخدام منسّق السطور Black بحد 75 محرفًا للسطر.

نبدأ من الجزء العلوي للبرنامج:

"""Four-in-a-Row, by Al Sweigart al@inventwithpython.com
A tile-dropping game to get four-in-a-row, similar to Connect Four."""

import sys

# Constants used for displaying the board:
EMPTY_SPACE = "."  # A period is easier to count than a space.
PLAYER_X = "X"
PLAYER_O = "O"

نبدأ البرنامج بسلسلة توثيق نصية docstring واستيراد للوحدات module، وتعيين للثوابت. كما فعلنا في برنامج برج هانوي. نعرّف الثابتَين PLAYER_X و PLAYER_O بحيث نبتعد عن استخدام سلاسل "X" و "O" ضمن البرنامج، مما يسهل اكتشاف الأخطاء. على سبيل المثال، سنحصل على استثناء NameError إذا أخطأنا بكتابة اسم الثابت، مثل كتابة PLAYER_XX مما يشير فورًا إلى المشكلة، ولكن إذا ارتكبنا خطأً كتابيًا باستخدام الحرف "X"، مثل "XX" أو "Z"، فقد لا يكون الخطأ الناتج واضحًا فورًا. كما هو موضح في قسم "الأرقام السحرية" من مقال اكتشاف دلالات الأخطاء في شيفرات لغة بايثون، فإن استخدام الثوابت بدلًا من قيمة السلسلة لا يمثل الوصف فحسب، بل يوفر أيضًا تحذير مبكر لأي أخطاء كتابية في الشيفرة المصدرية.

ينبغي ألا تتغير الثوابت أثناء تشغيل البرنامج، لكن يمكن للمبرمج تحديث قيمهم في الإصدارات المستقبلية من البرنامج. لهذا السبب، نقدم ملاحظةً تخبر المبرمجين بضرورة تحديث ثابتي BOARD_TEMPLATE و COLUMN_LABELS، إذا غيروا قيمة BOARD_WIDTH:

# Note: Update BOARD_TEMPLATE & COLUMN_LABELS if BOARD_WIDTH is changed.
BOARD_WIDTH = 7
BOARD_HEIGHT = 6

بعد ذلك، ننشئ ثابت COLUMN_LABELS:

COLUMN_LABELS = ("1", "2", "3", "4", "5", "6", "7")
assert len(COLUMN_LABELS) == BOARD_WIDTH

سنستخدم هذا الثابت لاحقًا للتأكد من أن اللاعب يختار عمودًا صالحًا. لاحظ أنه في حالة تعيين BOARD_WIDTH على أي قيمة أخرى بخلاف 7، فسنضطر إلى إضافة تسميات labels إلى مجموعة tuple تدعى COLUMN_LABELS أو إزالتها منها. كان بإمكاننا تجنب ذلك من خلال إنشاء قيمة COLUMN_LABELS بناءً على BOARD_WIDTH بشيفرة مثل هذه:

COLUMN_LABELS = tuple ([str (n) for n in range (1، BOARD_WIDTH + 1)]‎)

لكن من غير المرجح أن يتغير COLUMN_LABELS في المستقبل، لأن لعبة أربع نقاط في صف واحد تربح تُلعب على لوحة 7×6، لذلك قررنا كتابة قيمة صريحة للمجموعة.

بالتأكيد، تمثّل هذه الشيفرة شيفرة ذات رائحة smell code (وهي نمط شيفرة يشير إلى أخطاء محتملة)، ولكنها أكثر قابلية للقراءة من بديلها. تحذرنا تعليمة assert من تغيير BOARD_WIDTH بدون تحديث COLUMN_LABELS.

كما هو الحال مع برج هانوي، يستخدم برنامج أربع في صف واحد تربح محارف آسكي ASCII لرسم لوحة اللعبة. تمثّل الأسطر التالية تعليمة إسناد واحدة بسلسلة نصية متعددة الأسطر:

# The template string for displaying the board:
BOARD_TEMPLATE = """
     1234567
    +-------+
    |{}{}{}{}{}{}{}|
    |{}{}{}{}{}{}{}|
    |{}{}{}{}{}{}{}|
    |{}{}{}{}{}{}{}|
    |{}{}{}{}{}{}{}|
    |{}{}{}{}{}{}{}|
    +-------+"""

تحتوي هذه السلسلة على أقواس معقوصة braces {} يحل محلها سلسلة باستخدام التابع format()‎. (ستعمل دالة displayBoard()‎، التي ستُشرح لاحقًا، على تحقيق هذا.) نظرًا لأن اللوحة تتكون من سبعة أعمدة وستة صفوف، فإننا نستخدم سبعة أزواج من القوسين {} في كل من الصفوف الستة لتمثيل كل فتحة. لاحظ أنه تمامًا مثل COLUMN_LABELS، فإننا نشفّر من الناحية الفنية اللوحة لإنشاء عدد محدد من الأعمدة والصفوف. إذا غيرنا BOARD_WIDTH أو BOARD_HEIGHT إلى أعداد صحيحة جديدة، فسنضطر أيضًا إلى تحديث السلسلة متعددة الأسطر في BOARD_TEMPLATE.

كان بإمكاننا كتابة شيفرة لإنشاء BOARD_TEMPLATE استنادًا إلى الثابتين BOARD_WIDTH و BOARD_HEIGHT، مثل:

BOARD_EDGE = "    +" + ("-" * BOARD_WIDTH) + "+"
BOARD_ROW = "    |" + ("{}" * BOARD_WIDTH) + "|\n"
BOARD_TEMPLATE = "\n     " + "".join(COLUMN_LABELS) + "\n" + BOARD_EDGE + "\n" + (BOARD_ROW * BOARD_HEIGHT) + BOARD_EDGE

لكن هذه الشيفرة غير قابلة للقراءة مثل سلسلة بسيطة متعددة الأسطر، ومن غير المرجح أن نغير حجم لوحة اللعبة على أي حال، لذلك سنستخدم السلسلة البسيطة متعددة الأسطر.

نبدأ بكتابة الدالة main()‎ التي ستستدعي جميع الدوال الأخرى التي أنشأناها لهذه اللعبة:

def main()‎:
    """Runs a single game of Four-in-a-Row."""
    print(
        """Four-in-a-Row, by Al Sweigart al@inventwithpython.com

Two players take turns dropping tiles into one of seven columns, trying
to make four-in-a-row horizontally, vertically, or diagonally.
"""
    )

    # Set up a new game:
    gameBoard = getNewBoard()‎
    playerTurn = PLAYER_X

نعطي الدالة main()‎ سلسلة توثيق نصية، قابلة للعرض viewable باستخدام دالة help()‎ المضمنة. تُعِد الدالة main()‎ أيضًا لوحة اللعبة للعبة جديدة وتختار اللاعب الأول.

تحتوي الدالة main()‎ حلقة لا نهائية:

    while True:  # Run a player's turn.
        # Display the board and get player's move:
        displayBoard(gameBoard)
        playerMove = getPlayerMove(playerTurn, gameBoard)
        gameBoard[playerMove]‎ = playerTurn

يمثل كل تكرار لهذه الحلقة دورًا واحدًا. أولًا، نعرض لوحة اللعبة للاعب. ثانيًا، يختار اللاعب عمودًا لإسقاط حجر فيه، وثالثًا، نُحدث بنية بيانات لوحة اللعبة.

بعد ذلك، نقيم نتائج حركة اللاعب:

 # Check for a win or tie:
        if isWinner(playerTurn, gameBoard):
            displayBoard(gameBoard)  # Display the board one last time.
            print("Player {} has won!".format(playerTurn))
            sys.exit()‎
        elif isFull(gameBoard):
            displayBoard(gameBoard)  # Display the board one last time.
            print("There is a tie!")
            sys.exit()‎

إذا أدّت حركة اللاعب لفوزه، ستعيد الدالة isWinner()‎ القيمة True وتنتهي اللعبة؛ بينما إذا ملأ اللاعب اللوحة ولم يكن هناك فائز، ستعيد الدالة isFull()‎ القيمة True وتنتهي اللعبة. لاحظ أنه بدلًا من استدعاء sys.exit()‎، كان بإمكاننا استخدام تعليمة break بسيطة. كان من الممكن أن يتسبب هذا في انقطاع التنفيذ عن حلقة while، ولأنه لا يوجد شيفرة برمجية في الدالة main()‎ بعد هذه الحلقة، ستعود الدالة إلى استدعاء main()‎ في الجزء السفلي من البرنامج، مما يتسبب في إنهاء البرنامج، لكننا اخترنا استخدام sys.exit()‎ للتوضيح للمبرمجين الذين يقرؤون الشيفرة أن البرنامج سينتهي فورًا.

إذا لم تنته اللعبة، تُعِد الأسطر التالية playerTurn للاعب الآخر:

       # Switch turns to other player:
        if playerTurn == PLAYER_X:
            playerTurn = PLAYER_O
        elif playerTurn == PLAYER_O:
            playerTurn = PLAYER_X

لاحظ أنه كان بإمكاننا تحويل تعليمة elif إلى تعليمة else بسيطة دون شرط، لكن تذكر أن ممارسات بايثون الفُضلى تنص على "الصراحة أفضل من الضمنية explicit is better than implicit". تنص هذه الشيفرة صراحةً على أنه إذا جاء دور اللاعب O الآن، فسيكون دور اللاعب X هو التالي. ستنص الشيفرة البديلة على أنه إذا لم يكن دور اللاعب X الآن، فسيكون دور اللاعب X التالي.

على الرغم من أن دوال if و else تتناسب بصورةٍ طبيعية مع الشروط المنطقية، لا تتطابق قيمتا PLAYER_X و PLAYER_O مع True وقيمة False: not PLAYER_X ليست PLAYER_O. لذلك، من المفيد أن تكون مباشرًا عند التحقق من قيمة playerTurn.

بدلًا من ذلك، كان بإمكاننا تنفيذ جميع الإجراءات في سطر واحد:

playerTurn = {PLAYER_X: PLAYER_O, PLAYER_O: PLAYER_X}[ playerTurn]‎

يستخدم هذا السطر خدعة القاموس المذكورة في قسم "استخدام القواميس بدلا من العبارة Switch" في مقال الطرق البايثونية في استخدام قواميس بايثون ومتغيراتها وعاملها الثلاثي، ولكن مثل العديد من الأسطر الفردية، فهي غير سهلة القراءة مقارنةً بعبارة if و elif المباشرة.

بعد ذلك، نعرّف الدالة getNewBoard()‎:

def getNewBoard():
    """Returns a dictionary that represents a Four-in-a-Row board.

    The keys are (columnIndex, rowIndex) tuples of two integers, and the
    values are one of the "X", "O" or "." (empty space) strings."""
    board = {}
    for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT):
        for columnIndex in range(BOARD_WIDTH):
            board[(columnIndex, rowIndex)] = EMPTY_SPACE
    return board

تُعيد هذه الدالة قاموسًا يمثل لوحة أربع نقاط في صف واحد تربح؛ إذ يحتوي هذا القاموس على مجموعات (indexIndex و rowIndex) للمفاتيح (يمثّل العمود indexIndex و rowIndex أعدادًا صحيحة) و "X" أو "O" أو "." حرف الحجر في كل مكان على اللوحة. تُخزَّن هذه السلاسل في PLAYER_X و PLAYER_O و EMPTY_SPACE على التوالي.

لعبة أربع نقاط في صف واحد تربح الخاصة بنا بسيطة نوعًا ما، لذا يُعد استخدام قاموس لتمثيل لوحة اللعبة أسلوبًا مناسبًا. ومع ذلك، كان بإمكاننا استخدام نهج كائني التوجه object-oriented بدلًا من ذلك. سنتعرف على البرمجة كائنية التوجه في الفصول القادمة.

تأخذ دالة displayBoard()‎ بنية بيانات لوحة اللعبة من أجل الوسيط board وتعرض اللوحة على الشاشة باستخدام ثابت BOARD_TEMPLATE:

def displayBoard(board):
    """Display the board and its tiles on the screen."""

    # Prepare a list to pass to the format() string method for the board
    # template. The list holds all of the board's tiles (and empty
    # spaces) going left to right, top to bottom:
    tileChars = []

تذكر أن BOARD_TEMPLATE هي سلسلة متعددة الأسطر بها عدة أزواج من الأقواس. عند استدعاء دالة format()‎ على BOARD_TEMPLATE، ستُستبدل هذه الأقواس بقيم الوسطاء الممرّرة إلى format()‎.

سيحتوي المتغير tileChars على قائمة بهذه الوسطاء. نبدأ بتخصيص قائمة فارغة لها، إذ ستحل القيمة الأولى في tileChars محل الزوج الأول من الأقواس في BOARD_TEMPLATE، وستحل القيمة الثانية محل الزوج الثاني، وهكذا. نشكّل قائمةً بالقيم من قاموس board:

    for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT):
        for columnIndex in range(BOARD_WIDTH):
            tileChars.append(board[(columnIndex, rowIndex)]‎)

    # Display the board:
    print(BOARD_TEMPLATE.format(*tileChars))

تتكرر حلقات for المتداخلة هذه على كل صف وعمود محتملين على اللوحة، لتلحقهم بالقائمة في tileChars. بمجرد الانتهاء من هذه الحلقات، نمرر القيم الموجودة في قائمة tileChars بصورةٍ مفردة إلى التابع format()‎ باستخدام محرف النجمة * في البادئة.

يشرح قسم "استخدام * لإنشاء دوال مرنة" من مقال كتابة دوال فعالة في بايثون كيفية استخدام رمز النجمة للتعامل مع القيم الموجودة في قائمة مثل وسطاء دالة منفصلة، إذ تعادل الشيفرة print(*['cat', 'dog', 'rat']‎)‎ الشيفرة print('cat', 'dog', 'rat')‎.

نحتاج إلى النجمة لأن التابع format()‎ يتوقع وسيطًا واحدًا لكل زوج من الأقواس، وليس وسيطًا واحدًا للقائمة الواحدة. بعد ذلك، نكتب دالة getPlayerMove()‎:

def getPlayerMove(playerTile, board):
    """Let a player select a column on the board to drop a tile into.

    Returns a tuple of the (column, row) that the tile falls into."""
    while True:  # Keep asking player until they enter a valid move.
        print(f"Player {playerTile}, enter 1 to {BOARD_WIDTH} or QUIT:")
        response = input("> ").upper().strip()

        if response == "QUIT":
            print("Thanks for playing!")
            sys.exit()‎

تبدأ الدالة بحلقة لا نهائية تنتظر أن يدخل اللاعب نقلة move صحيحة. تشبه هذه الشيفرة دالة getPlayerMove()‎ في برنامج برج هانوي سابقًا. لاحظ أن استدعاء print()‎ في بداية حلقة while loop يستخدم سلسلة نصية من النوع f، لذا لا يتعين علينا تغيير الرسالة إذا حدثنا BOARD_WIDTH.

نتحقق من أن رد اللاعب هو عمود صالح؛ إذا لم يكن كذلك، تنقل دالة continue التنفيذ مرةً أخرى إلى بداية الحلقة لتطلب من اللاعب نقلة صحيحة:

       if response not in COLUMN_LABELS:
            print(f"Enter a number from 1 to {BOARD_WIDTH}.")
            continue  # Ask player again for their move.

كان من الممكن كتابة شرط التحقق من صحة الإدخال هذا على شكل:

not response.isdecimal()‎ or spam < 1 or spam > BOARD_WIDTH

ولكن من الأسهل استخدام response not in COLUMN_LABELS.

بعد ذلك، نحتاج إلى معرفة الصف الذي ستصل إليه الحجرة التي سقطت في العمود المحدد للاعب:

columnIndex = int(response) - 1  # -1 for 0-based column indexes.

        # If the column is full, ask for a move again:
        if board[(columnIndex, 0)]‎ != EMPTY_SPACE:
            print("That column is full, select another one.")
            continue  # Ask player again for their move.

تعرض اللوحة تسميات الأعمدة من 1 إلى 7 على الشاشة، بينما تستخدم فهارس (indexIndex، rowIndex) على اللوحة الفهرسة المستندة إلى 0، لذا فهي تتراوح من 0 إلى 6. لحل هذا التناقض، نحوّل قيم السلسلة '1' إلى '7' إلى القيم الصحيحة من 0 إلى 6.

تبدأ فهارس الصفوف من 0 في أعلى اللوحة وتزيد إلى 6 في أسفل اللوحة. نتحقق من الصف العلوي في العمود المحدد لمعرفة ما إذا كان مشغولًا؛ وفي حال كان مشغولًا، فهذا العمود ممتلئ تمامًا وستعيد عبارة المتابعة التنفيذ إلى بداية الحلقة لتطلب من اللاعب نقلةً أخرى؛ وإذا لم يكن العمود ممتلئًا، فسنحتاج إلى العثور على أدنى مساحة غير مشغولة لنزول الحجر:

     # Starting from the bottom, find the first empty space.
        for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT - 1, -1, -1):
            if board[(columnIndex, rowIndex)]‎ == EMPTY_SPACE:
                return (columnIndex, rowIndex)

تبدأ حلقة for من فهرس الصف السفلي، BOARD_HEIGHT - 1 أو 6، وتتحرك لأعلى حتى تعثر على أول مساحة فارغة. تُعيد الدالة بعد ذلك فهارس أدنى مساحة فارغة.

في أي وقت تكون اللوحة ممتلئة، تنتهي اللعبة بالتعادل:

def isFull(board):
    """Returns True if the `board` has no empty spaces, otherwise
    returns False."""
    for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT):
        for columnIndex in range(BOARD_WIDTH):
            if board[(columnIndex, rowIndex)] == EMPTY_SPACE:
                return False  # Found an empty space, so return False.
    return True  # All spaces are full.

تستخدم الدالة isFull()‎ زوجًا من حلقات for المتداخلة للمرور على كل مكان على اللوحة، وإذا عثرت على مساحة فارغة واحدة، فإن اللوحة ليست ممتلئة، وبالتالي تُعيد الدالة False. إذا نجح التنفيذ في المرور عبر كلتا الحلقتين، فإن الدالة isFull()‎ لم تعثر على مساحة فارغة، لذا فإنها تعيد True.

تتحقق دالة isWinner()‎ ما إذا كان اللاعب قد فاز باللعبة أم لا:

def isWinner(playerTile, board):
    """Returns True if `playerTile` has four tiles in a row on `board`,
    otherwise returns False."""

    # Go through the entire board, checking for four-in-a-row:
    for columnIndex in range(BOARD_WIDTH - 3):
        for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT):
            # Check for four-in-a-row going across to the right:
            tile1 = board[(columnIndex, rowIndex)]
            tile2 = board[(columnIndex + 1, rowIndex)]
            tile3 = board[(columnIndex + 2, rowIndex)]
            tile4 = board[(columnIndex + 3, rowIndex)]
            if tile1 == tile2 == tile3 == tile4 == playerTile:
                return True

تُعيد هذه الدالة True إذا ظهر playerTile أربع مرات على التوالي أفقيًا أو رأسيًا أو قطريًا. لمعرفة استيفاء الشرط، يتعين علينا التحقق من كل مجموعة من أربع مسافات متجاورة على اللوحة، وسنستخدم سلسلةً من حلقات for المتداخلة لذلك.

تمثل المجموعة (columnIndex, rowIndex) نقطة البداية، إذ نتحقق من نقطة البداية والمسافات الثلاثة على يمينها لسلسلة playerTile. إذا كانت مساحة البداية هي (columnIndex, rowIndex)، ستكون المسافة الموجودة على يمينها (columnIndex + 1, rowIndex)، وهكذا. سنحفظ المربعات الموجودة في هذه المساحات الأربعة في المتغيرات tile1 و tile2 و tile3 و tile4. إذا كانت كل هذه المتغيرات لها نفس قيمة playerTile، فقد وجدنا أربع نقاط في صف واحد، وتعيد الدالة isWinner()‎ القيمة True.

ذكرنا سابقًا في قسم "المتغيرات ذات اللواحق الرقمية" من مقال اكتشاف دلالات الأخطاء في شيفرات لغة بايثون أن الأسماء المتغيرات ذات اللواحق الرقمية المتسلسلة (مثل tile1 إلى tile4 في هذه اللعبة) تشير غالبًا إلى شيفرة ذات رائحة code smell تشير إلى أنه يجب عليك استخدام قائمة واحدة بدلًا من ذلك، لكن في هذا السياق، لا بأس بأسماء المتغيرات هذه؛ إذ لا نحتاج إلى استبدالها بقائمة، لأن برنامج الأربع نقاط في صف واحد سيتطلب دائمًا أربعة متغيرات تحديدًا.

تذكر أن رائحة الشيفرة البرمجية لا تشير بالضرورة إلى وجود مشكلة؛ وهذا يعني فقط أننا يجب أن نلقي نظرة ثانية ونتأكد أننا كتبنا الشيفرة الخاصة بنا بطريقة أكثر قابلية للقراءة. قد يؤدي استخدام القائمة إلى جعل الشيفرة أكثر تعقيدًا في هذه الحالة، ولن تضيف أي فائدة، لذلك سنلتزم باستخدام tile1 و tile2 و tile3 و tile4.

نستخدم عملية مماثلة للتحقق من وجود أربع أحجار متتالية رأسيًا:

    for columnIndex in range(BOARD_WIDTH):
        for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT - 3):
            # Check for four-in-a-row going down:
            tile1 = board[(columnIndex, rowIndex)]‎
            tile2 = board[(columnIndex, rowIndex + 1)]‎
            tile3 = board[(columnIndex, rowIndex + 2)]‎
            tile4 = board[(columnIndex, rowIndex + 3)]‎
            if tile1 == tile2 == tile3 == tile4 == playerTile:
                return True

بعد ذلك، نتحقق من وجود أربعة أحجار متتالية قطريًا للأسفل وإلى اليمين؛ ثم نتحقق من وجود أربعة أحجار متتالية قطريًا للأسفل وإلى اليسار:

   for columnIndex in range(BOARD_WIDTH - 3):
        for rowIndex in range(BOARD_HEIGHT - 3):
            # Check for four-in-a-row going right-down diagonal:
            tile1 = board[(columnIndex, rowIndex)]
            tile2 = board[(columnIndex + 1, rowIndex + 1)]
            tile3 = board[(columnIndex + 2, rowIndex + 2)]
            tile4 = board[(columnIndex + 3, rowIndex + 3)]
            if tile1 == tile2 == tile3 == tile4 == playerTile:
                return True

            # Check for four-in-a-row going left-down diagonal:
            tile1 = board[(columnIndex + 3, rowIndex)]
            tile2 = board[(columnIndex + 2, rowIndex + 1)]
            tile3 = board[(columnIndex + 1, rowIndex + 2)]
            tile4 = board[(columnIndex, rowIndex + 3)]
            if tile1 == tile2 == tile3 == tile4 == playerTile:
                return True

هذه الشيفرة مشابهة لعمليات التحقق الأفقية، لذلك لن نكرر الشرح هنا. إذا فشلت جميع عمليات التحقق الخاصة بالعثور على تتاليات رباعية، تعيد الدالة False للإشارة إلى أن playerTile ليس فائزًا في هذه الحالة:

    return False

الدالة الوحيدة المتبقية هي استدعاء دالة main()‎:

# If this program was run (instead of imported), run the game:
if __name__ == '__main__':
    main()‎

نستخدم لغة بايثون الشائعة التي ستستدعي main()‎ في حال تشغيل fourinarow.py مباشرةً، ولكن ليس في حال استيراد fourinarow.py مثل وحدة module.

الخلاصة

تستخدم لعبة أربع نقاط في صف واحد تربح محارف آسكي ASCII لعرض تمثيل للوحة اللعبة. نعرض هذا باستخدام سلسلة متعددة الأسطر مخزنة في ثابت BOARD_TEMPLATE. تحتوي هذه السلسلة على 42 زوجًا من الأقواس {} لعرض كل مسافة على لوحة بقياس 7×6. نستخدم الأقواس بحيث يمكن لتابع السلسلة format()‎ استبدالها بالحجر الموجود في تلك المساحة. بهذه الطريقة، يصبح الأمر أكثر وضوحًا كيف تنتج سلسلة BOARD_TEMPLATE لوحة اللعبة كما تظهر على الشاشة.

ترجمة -وبتصرف- لقسم من الفصل Practice Projects من كتاب Beyond the Basic Stuff with Python.

اقرأ أيضًا

• المقال السابق: برمجة لغز أبراج هانوي Hanoi Towers باستخدام لغة بايثون
• كتابة شيفرات بايثون Python: مبادئ بايثون التوجيهية العشرون وسوء استخدام الصيغة الشائع.
• إنشاء تطبيق ويب باستخدام إطار عمل فلاسك Flask من لغة بايثون
• بناء لعبة نرد بسيطة بلغة بايثون

إذا كنت مهتمًا بتعلم لغة بايثون Python وتبحث عن محرر أكواد بايثون مناسب لتحميله على حاسوبك وتبدأ بكتابة الشيفرات البرمجية وتنفيذها فهذا المقال موجه لك، حيث ستتعرف فيه على أفضل محررات الأكواد وبيئات التطوير المتنوعة المناسبة للاستخدام مع لغة بايثون وتكتشف أبرز مميزاتها ووظائفها لتتمكن من اختيار ما يناسبك من بينها.

ما الفرق بين محرر الأكواد وبيئة التطوير المتكاملة IDE؟

بمجرد أن تنتهي من تثبيت بايثون على حاسوبك ستفكر كيف أكتب أكواد لغة بايثون؟ وستبدأ في البحث عن محرر أكواد مناسب لكتابة برامجك وتنفيذها، وهنا ستجد أمامك الكثير من الخيارات منها ما يطلق عليه اسم محرر أكواد code editor ومنها ما يطلق عليه اسم بيئة تطوير متكاملة Integrated Development Environment أو اختصارًا IDE، وقد تتساءل ما الفرق بينهما وكيف تختار التطبيق الأنسب لمتطلباتك.

قد يخلط المبتدئون في تعلم البرمجة بين مصطلح محرر الأكواد ومصطلح بيئة التطوير المتكاملة وهما في الواقع أمران مختلفان فمحرر الأكواد ليس سوى برنامج تحرير نصوص بسيط وصغير الحجم مصمم خصيصًا لتحرير الشيفرات والتعليمات البرمجية للغات البرمجة المختلفة، وقد يوفر هذا المحرر بعض المميزات الإضافية التي تسهل عليك كتابة التعليمات البرمجية مثل ميزة تصحيح الأخطاء والإكمال التلقائي وهو بالعموم يناسب المبتدئين في تعلم البرمجة ويصلح لتطوير المشاريع البرمجية البسيطة.

أما بيئة التطوير المتكاملة IDE فتكون عادة تطبيقات شاملة أكثر فهي تتضمن إلى جانب محرر الأكواد مجموعة من الإضافات والأدوات الأخرى الداعمة التي يحتاجها المبرمج في تطوير مشاريع وتطبيقات متقدمة، فقد تتضمن مصرف compiler أو مفسر interpreter للغة البرمجة ومصحح أخطاء ذكي ومحلل للشيفرات البرمجية وتؤمن التكامل مع نظم التحكم بالإصدارات وغيرها من الأدوات المفيدة كل ذلك ضمن واجهة مستخدم واحدة.

في الفقرات التالية سنساعدك بتفصيل أكبر في تحديد التطبيق المناسب لكتابة أكواد بايثون حسب متطلبات عملك وخبرتك البرمجية.

أهم مميزات محرر أكواد بايثون

قبل أن تختار بيئة تطوير أو محرر أكواد بايثون يجب أن تحدد بدقة ما هي الميزات التي تريد توفرها في هذه البيئة أو المحرر فبيئات التطوير والمحررات تتفاوت في مجموعة المميزات والوظائف الأساسية التي توفرها، وإليك قائمة بالمميزات المساعدة التي قد تحتاج لتوفرها:

• وجود أدوات تصحيح تلقائي تصحح لك الشيفرات البرمجة الخطأ التي تكتبها.
• توفير ميزة الإكمال التلقائي التي تتوقع ما هو الكود الذي تريد كتابته وتسرع عملية الكتابة.
• وجود برنامج مصرف أو مفسر للغة البرمجة وهو عبارة عن برنامج يقوم بتفسير الأكواد البرمجية كي يفهمها الحاسوب وينفذها فإذا لم يكن مضمنًا مع المحرر ستحتاج لتثبيته بشكل مستقل وتنفيذه يدويًا.
• التكامل مع أنظمة التحكم في الإصدارات مثل Git لمساعدتك في إدارة التعديلات التي تطبقها على الكود البرمجي وتمكينك من مشاركته مع مبرمجين آخرين.
• دعم تثبيت إضافات تعزز المحرر بميزات ووظائف جديدة وتسهل أداء المهام المعقدة.
• تضمين مجموعة من الوحدات والمكتبات البرمجية التي يمكن استخدامها لتوسيع وظائف لغة البرمجة.

أفضل محررات أكواد لغة بايثون

عند تثبيت لغة بايثون على نظام تشغيلك سترفق لك محرر أكواد مدمج يسمى Python IDLE وهو محرر بسيط مصمم لأغراض تعليمية يمكنك استخدامه لكتابة أكواد بايثون بسيطة وتنفيذها بسهولة، يمكنك الوصول لهذا التطبيق من خلال كتابة الأمر python -m idlelib.idle في نافذة  سطر  الأوامر ليفتح لك التطبيق وهو عبارة عن محرر أكواد بايثون بسيط يسمح لك بكتابة وتنفيذ التعليمات البرمجية كما في الصورة التالية.

يتميز محرر أكواد بايثون المدمج IDLE بكونه متوافقًا مع أنظمة التشغيل ويندوز ولينكس وماك وهو قادر على تمييز بنية الشيفرات البرمجية ووضع مسافات بادئة للكود بطريقة تلقائية وتصحيح الأخطاء البرمجية، لكنه في الواقع لا يناسب تنفيذ برامج معقدة لذا ستحتاج بالتأكيد لمحرر أكواد بايثون أو بيئة تطوير متكاملة أكثر تقدمًا في حال رغبت بتطوير مشاريع متقدمة.

وفيما يلي قائمة بأفضل محررات أكواد بايثون الموجهة للمبتدئين والمحترفين:

1. PyCharm
2. VS Code
3. Thonny
4. Jupyter Notebook
5. PyDev
6. GNU Emacs

لنتعرف على تفاصيل أكثر حول كل محرر من هذه المحررات وأهم مميزاته ووظائفه وهل يناسب المبتدئين أم المحترفين في كتابة أكواد لغة بايثون.

1. محرر الأكواد PyCharm

PyCharm هو بيئة تطوير متكاملة شائعة الاستخدام للغة بايثون طورتها شركة JetBrains لتناسب المطورين المبتدئين والمحترفين على حد سواء، يتوفر PyCharm إصدار مجاني وآخر مدفوع بميزات احترافية ويتميز بمجتمع دعم كبير وبالتوافق مع كافة أنظمة التشغيل كما يوفر العديد من المميزات مثل توفير محرر أكواد بايثون ذكي قادر على استكشاف الأخطاء وإصلاحها وتنظيم ملفات المشاريع كما أنه يتكامل مع منصة إدارة المشاريع GitLab ويسهل التعامل مع قواعد البيانات.

كما تدعم النسخة المدفوعة من PyCharm أطر عمل فلاسك Flask وجانغو Django و Pyramid، ومكتبات مثل Matplotlib و NumPy ما يجعله مثاليًا لتطوير تطبيقات الويب وتطبيقات الذكاء الاصطناعي وعلوم البيانات.

2. محرر فيجوال ستوديو كود VS Code

يعد Visual Studio Code الذي طورته شركة مايكروسوفت أحد أشهر محررات الكود وأكثرها استخدامًا من قبل المطورين ولا سيما مطوري الويب نظرًا لكونه صغير الحجم ومفتوح المصدر ويوفر واجهة سهلة التخصيص كما يوفر ميزة إكمال الكود وتنسيقه وتصحيح أخطائه وهو متوافق مع نظام التحكم بالإصدارات Git ويدعم تثبيت العديد من الامتدادات والحزم البرمجية المناسبة لمعظم لغات البرمجة بما فيها بايثون Python والتي تحوله من محرر نصوص لبيئة تطوير متكاملة واحترافية.

3. محرر الأكواد Thony

يعتبر محرر أكواد Thonny بمثابة بيئة تطوير متكاملة لكنها بيئة بسيطة وسهلة الاستخدام تناسب المبتدئين في تعلم بايثون، فقد تم تطوير محرر Thonny من قبل جامعة Tartu في إستونيا لأغراض تعليمية وضمنت فيه نسخة Python3.8 أو Python3.10 مدمجة وبهذا لن يكون عليك سوى تثبيته والبدء بكتابة أكوادك وتنفيذها مباشرة.

يوفر محرر أكواد Thonny ميزات تصحيح الأخطاء وإكمال التعليمات البرمجية ويوضح لك التغييرات التي تحصل على قيم المتغيرات كما يوضح قيم التعابير البرمجية ليساعدك على فهم الكود الذي تكتبه بشكل أفضل.

4. محرر Jupyter Notebook

يعد Jupyter Notebook بيئة تطوير احترافية مفتوحة المصدر وسهلة الاستخدام للغة البرمجة بايثون وهو يوفر العديد من المميزات التي تسهل تحرير أكواد بايثون وتطوير مختلف أنواع التطبيقات إلا أنه يستخدم بشكل خاص من قبل محللي البيانات وعلماء البيانات لكونه يدعم مكتبات تعلم الآلة وعلوم البيانات في بايثون مثل NumPy و Pandas و Matplotlib ويسهل إجراء مهام تنظيف البيانات ومعالجتها وتحليلها وتمثيلها بشكل رسومي.

يمكن تثبيت Jupyter Notebook بعدة طرق إما كحزمة بايثون مستقلة أو من خلال تثبيت منصة أناكوندا Anaconda التي تأتي مع نسخة Jupyter مثبتة بشكل ضمني، ولمزيد من التفاصيل حول تثبيت محرر جوبيتر وكتابة أكواد بايثون من خلاله يمكنك مطالعة مقال كيفية تهيئة تطبيق المفكرة Jupyter Notebook للعمل مع لغة البرمجة Python3.

5. محرر بايثون PyDev

PyDev محرر أكواد بايثون مفتوح المصدر يدعم ميزة الإكمال التلقائي وتصحيح الكود وهو يوزع كمكون إضافي تابع لبيئة تطوير Eclipse IDE فبعد تثبيت Eclipse في جهازك كل ما عليك هو فتحه واختيار الأمر Install New Software من القائمة Help ثم كتابة رابط التنزيل pydev.org/updates ليتم تثبيت محرر PyDev كملحق مع بيئة تطوير Eclipse وبذلك ستتمكن من كتابة وتنفيذ أكواد بايثون بكل سهولة.

كما ينصح بتثبيت LiClipse في حال رغبت بدعم تقنيات ولغات أخرى مثل إطار عمل جانغو Django ولغة C++‎ ودرات Dart و HTML وجافاسكريبت JavaScript و CSS …إلخ وبهذا يمكنك استخدامه كمحرر PyDev أكواد مثالي لتطوير تطبيقات الويب.

6. محرر GNU Emacs

يجمع محرر إيماكس GNU Emacs بين البساطة والقوة فهو محرر أكواد بايثون حر ومفتوح المصدر طوره مؤسس مشروع جنو GNU وهو يوفر مجموعة كبيرة من الميزات ويدعم العديد من لغات البرمجة وتنسيقات الملفات، كما أنه يتوافق مع كافة أنظمة التشغيل ويسهل عليك كتابة أكواد بايثون فهو يعرض المتغيرات والثوابت بشكل مختلف عن كلمات بايثون الأساسية ويضع مسافات بادئة بصورة تلقائية للأسطر التي تلي التعليمات الشرطية والتكراري ويلون الشيفرات بحسب لغة البرمجة المستخدمة ويمكنك التعامل معه من خلال الطرفية أو سطر الأوامر، أو من خلال واجهة رسومية.

الجدير بالذكر أن هذا المحرر لا يناسب المبتدئين في تعلم البرمجة ويناسب المبرمجين والمطورين المحترفين الخبراء في كتابة الشيفرات البرمجية.

الخلاصة

تعرفنا في مقال اليوم على أبرز محررات أكواد بايثون سواء محررات الأكواد البسيطة وسهلة الاستخدام التي تناسب المبتدئين الذين يبدأون خطواتهم الأولى في كتابة أكواد لغة بايثون أو بيئات التطوير المتقدمة التي تناسب المطورين المحترفين وتصلح لتطوير مشاريع بايثون المتقدمة.

اقرأ أيضًا

• تعلم لغة بايثون
• بيئات التطوير IDE المستخدمة في تطوير تطبيقات بايثون
• إعداد بيئة العمل للمشاريع مع بايثون
• تطبيقات لغة بايثون
• كيفية تثبيت بايثون 3 وإعداد بيئته البرمجية

يستخدم لغز أبراج هانوي Hanoi towers مكدسًا stack من الأقراص ذات أحجام مختلفة، وتحتوي هذه الأقراص على ثقوب في مراكزها، لذا يمكنك وضعها على أحد الأعمدة الثلاثة (الشكل 1). لحل اللغز، يجب على اللاعب نقل مجموعة الأقراص إلى أحد القطبين الآخرين. هناك ثلاثة قيود، هي:

1. يمكن للاعب تحريك قرص واحد فقط في كل مرة.
2. يمكن للاعب تحريك الأقراص من وإلى قمة البرج فقط.
3. لا يمكن للاعب أبدًا وضع قرص أكبر فوق قرص أصغر.

[الشكل 1: لعبة أبراج هانوي]

حل هذا اللغز هو مشكلة شائعة في علوم الحاسوب ويُستخدم لتدريس الخوارزميات التعاودية recursive algorithms. لن يحل برنامجنا هذا اللغز، بل سيقدِّم اللغز للاعب بشري لحلها. يمكنك الاطلاع على معلومات إضافية حول خوارزمية أبراج هانوي والمتوفرة على موسوعة حسوب.

خرج برنامج أبراج هانوي

يعرض برنامج أبراج هانوي الأبراج على شكل محارف آسكي ASCII باستخدام أحرف نصية لتمثيل الأقراص. قد يبدو هذا الأمر بدائيًا مقارنةً بالتطبيقات الحديثة، لكنه يبقي التطبيق بسيطًا، لأننا نحتاج فقط إلى استدعاءات print()‎‎ و input()‎‎ للتفاعل مع المستخدم. عند تشغيل البرنامج، سيبدو الخرج مشابهًا لما يلي:

THE TOWER OF HANOI, by Al Sweigart al@inventwithpython.com

Move the tower of disks, one disk at a time, to another tower. Larger
disks cannot rest on top of a smaller disk.

More info at https://en.wikipedia.org/wiki/Tower_of_Hanoi

     ||          ||          ||
    @_1@         ||          ||
   @@_2@@        ||          ||
  @@@_3@@@       ||          ||
 @@@@_4@@@@      ||          ||
@@@@@_5@@@@@     ||          ||
      A           B           C

Enter the letters of "from" and "to" towers, or QUIT.
(e.g., AB to move a disk from tower A to tower B.)

> AC
     ||          ||          ||
     ||          ||          ||
   @@_2@@        ||          ||
  @@@_3@@@       ||          ||
 @@@@_4@@@@      ||          ||
@@@@@_5@@@@@     ||         @_1@
      A           B           C

Enter the letters of "from" and "to" towers, or QUIT.
(e.g., AB to move a disk from tower A to tower B.)

--snip--

     ||          ||          ||
     ||          ||         @_1@
     ||          ||        @@_2@@
     ||          ||       @@@_3@@@
     ||          ||      @@@@_4@@@@
     ||          ||     @@@@@_5@@@@@
      A           B           C

You have solved the puzzle! Well done!

إذا كان عدد الأقراص n، يستغرق الأمر ما لا يقل عن 2n - 1 حركة لحل أبراج هانوي. يتطلب هذا البرج المكون من خمسة أقراص 31 خطوة كما يلي:

 AC, AB, CB, AC, BA, BC, AC, AB, CB, CA, BA, CB, AC, AB, CB, AC, BA, BC, AC, BA, CB, CA, BA, BC, AC, AB, CB, AC, BA, BC, AC.

إذا كنت تريد حل تحدٍ أكبر بنفسك، فيمكنك زيادة متغير TOTAL_DISKS في البرنامج من 5 إلى 6.

الشيفرة المصدرية

افتح ملفًا جديدًا في المحرر أو البيئة التطويرية IDE، وأدخل الشيفرة التالية، ثم احفظ الملف باسم towerofhanoi.py:

"""THE TOWER OF HANOI, by Al Sweigart al@inventwithpython.com
A stack-moving puzzle game."""

import copy
import sys

TOTAL_DISKS = 5  # إضافة المزيد من الأقراص يجعل اللعبة أصعب

# البدء بجميع الأقراص على البرج‫ A
SOLVED_TOWER = list(range(TOTAL_DISKS, 0, -1))


def main()‎:
    """تشغيل لعبة أبراج هانوي واحدة"""
    print(
        """THE TOWER OF HANOI, by Al Sweigart al@inventwithpython.com

Move the tower of disks, one disk at a time, to another tower. Larger
disks cannot rest on top of a smaller disk.

More info at https://wiki.hsoub.com/Algorithms/Towers_of_Hanoi
"""
    )

"""
‫يحتوي قاموس الأبراج على المفاتيح A و B و C وقيم كل من المفتاح هي قائمة تمثّل الأقراص الموجودة على البرج.
تحتوي القائمة على أعداد صحيحة تمثل الأقراص التي تكون من أحجام مختلفة، وبداية القائمة هي أسفل
 البرج. في حال لعبة تحتوي على 5 أقراص، تمثّل القائمة [5,4,3,2,1] البرج المكتمل بينما تمثل القائمة [] برجًا
 لا يحتوي على أقراص. القائمة [1,3] تحتوي على قرص كبير في الأعلى وقرص صغير بالأسفل، وبالتالي فهي
 حالة غير صالحة. القائمة [3,1] هي حالة صالحة بما أن القرص الصغير هو أعلى القرص الكبير‫
"""

    towers = {"A": copy.copy(SOLVED_TOWER), "B": []‎, "C": []‎}

    while True:  # حلقة لدور واحد لكل تكرار من هذه الحلقة
        # اعرض الأقراص والأبراج
        displayTowers(towers)

        # اطلب من المستخدم أن يُدخل حركة
        fromTower, toTower = getPlayerMove(towers)

        # ‫حرّك القرص الكبير من البرج fromTower إلى البرج toTower
        disk = towers[fromTower]‎.pop()‎
        towers[toTower]‎.append(disk)

        # تحقّق إذا حلّ المستخدم اللعبة
        if SOLVED_TOWER in (towers["B"]‎, towers["C"]‎):
            displayTowers(towers)  # اعرض الأبراج مرةً أخيرة
            print("You have solved the puzzle! Well done!")
            sys.exit()‎


def getPlayerMove(towers):
   ‫ """‫اطلب من المستخدم أن يُدخل حركة، وأعد القيمتين fromTower وtoTower"""

    while True:  # استمرّ بطلب إدخال حركة من المستخدم إلى أن يُدخل حركة صالحة
        print('Enter the letters of "from" and "to" towers, or QUIT.')
        print("(e.g., AB to move a disk from tower A to tower B.)")
        print()‎
        response = input("> ").upper()‎.strip()‎

        if response == "QUIT":
            print("Thanks for playing!")
            sys.exit()‎

        # تأكّد أن المستخدم أدخل أحرف لأبراج موجودة
        if response not in ("AB", "AC", "BA", "BC", "CA", "CB"):
            print("Enter one of AB, AC, BA, BC, CA, or CB.")
            continue  # اطلب حركة المستخدم مجددًا

        # استخدم أسماء متغيرات معبّرة
        fromTower, toTower = response[0]‎, response[1]‎

        if len(towers[fromTower]‎) == 0:
            # ‫ لا يجب أن يكون برج "from" فارغًا
            print("You selected a tower with no disks.")
            continue  # اطلب حركة من المستخدم مجددًا
        elif len(towers[toTower]‎) == 0:
            # يمكن لأي قرص أن يُحرّك إلى برج فارغ
            return fromTower, toTower
        elif towers[toTower]‎[-1]‎ < towers[fromTower]‎[-1]‎:
            print("Can't put larger disks on top of smaller ones.")
            continue  # اطلب حركة المستخدم مجددًا
        else:
            # حالة حركة صالحة؛ أعِد الأبراج المختارة
            return fromTower, toTower


def displayTowers(towers):
    """اطبع الأبراج الثلاث مع أقراصها"""

    # اطبع الأبراج الثلاثة
    for level in range(TOTAL_DISKS, -1, -1):
        for tower in (towers["A"]‎, towers["B"]‎, towers["C"]‎):
            if level >= len(tower):
                displayDisk(0)  # اعرض العمود الفارغ دون أقراص
            else:
                displayDisk(tower[level]‎)  # اعرض القرص
        print()‎

    # اعرض تسميات الأبراج
    emptySpace = " " * (TOTAL_DISKS)
    print("{0} A{0}{0} B{0}{0} C\n".format(emptySpace))


def displayDisk(width):
    """أظهِر القرص مع العرض المحدّد، العرض بقيمة 0 يعني عدم وجود قرص"""

    emptySpace = " " * (TOTAL_DISKS - width)

    if width == 0:
        # اطبع قسم العمود الذي لا يحتوي على قرص
        print(f"{emptySpace}||{emptySpace}", end="")
    else:
        # اطبع القرص
        disk = "@" * width
        numLabel = str(width).rjust(2, "_")
        print(f"{emptySpace}{disk}{numLabel}{disk}{emptySpace}", end="")


# اذا نُفّذ البرنامج (عوضًا عن استيراده)، ابدأ اللعبة
if __name__ == "__main__":
    main()‎

نفّذ هذا البرنامج والعب عدّة جولات للحصول على فكرة عما يفعله هذا البرنامج قبل قراءة شرح الشيفرة المصدرية. للتحقق من عدم وجود أخطاء كتابية، انسخها والصقها إلى أداة لكشف الاختلاف عبر الإنترنت.

كتابة الشيفرة

دعنا نلقي نظرةً على الشيفرة المصدرية لنرى كيف تتبع أفضل الممارسات والأنماط التي وضحناها سابقًا.

نبدأ بالجزء العلوي من البرنامج:

"""THE TOWER OF HANOI, by Al Sweigart al@inventwithpython.com
A stack-moving puzzle game."""

يبدأ البرنامج بتعليق متعدد الأسطر يعمل مثل سلسلة توثيق نصية docstring للوحدة module المسماة towerofhanoi. ستستخدم دالة help()‎‎ المضمنة هذه المعلومات لوصف الوحدة:

>>> import towerofhanoi
>>> help(towerofhanoi)
Help on module towerofhanoi:

NAME
    towerofhanoi

DESCRIPTION
    THE TOWER OF HANOI, by Al Sweigart al@inventwithpython.com
    A stack-moving puzzle game.

FUNCTIONS
    displayDisk(width)
        Display a single disk of the given width.
--snip--

يمكنك إضافة المزيد من الكلمات، وحتى فقرات المعلومات، إلى سلسلة التوثيق النصية الخاصة بالوحدة إذا كنت بحاجة إلى ذلك. كتبنا هنا جزءًا صغيرًا فقط لأن البرنامج بسيط جدًا.

تأتي تعليمات import بعد سلسلة توثيق الوحدة:

import copy
import sys

يعمل منسّق السطور Black على تنسيق هذه التعليمات مثل سطور منفصلة بدلًا من سطر واحد مثل import copy, sys، وهذا يجعل إضافة أو إزالة الوحدات النمطية المستوردة أسهل عند التعامل مع أنظمة التحكم في الإصدار، مثل غيت Git، التي تتعقب التغييرات التي يجريها المبرمجون.

بعد ذلك، نعرّف الثوابت constants التي سيحتاجها هذا البرنامج:

TOTAL_DISKS = 5  # More disks means a more difficult puzzle.

# Start with all disks on tower A:
SOLVED_TOWER = list(range(TOTAL_DISKS, 0, -1))

نعرّف هذه الثوابت بالقرب من أعلى الملف لتجميعها معًا وجعلها متغيرات عامة. كتبنا أسماء الثوابت بأحرف كبيرة وبتنسيق نمط الثعبان snake_case لتمييزهم على أنهم ثوابت.

يشير الثابت TOTAL_DISKS إلى عدد الأقراص التي يحتوي عليها اللغز، أما المتغير SOLVED_TOWER فهو مثال عن قائمة تحتوي على برج محلول؛ إذ تحتوي على كل قرص بحيث يكون أكبر قرص في الأسفل وأصغر قرص في الأعلى. نولّد هذه القيمة من قيمة TOTAL_DISKS، أما بالنسبة للأقراص الخمسة فهي [1, 2, 3, 4, 5]‎.

لاحظ عدم وجود تلميحات حول الكتابة في هذا الملف، والسبب هو أنه يمكننا استنتاج أنواع جميع المتغيرات والمعاملات والقيم المُعادة من الشيفرة. على سبيل المثال، عيَّنا قيمة العدد الصحيح 5 للثابت TOTAL_DISKS، وبناءً على ذلك سيستنتج المدقق الكتابي، مثل Mypy، أن TOTAL_DISKS يجب أن يحتوي على أعداد صحيحة فقط.

نعرّف الدالة main()‎‎ التي يستدعيها البرنامج بالقرب من أسفل الملف:

def main():
    """Runs a single game of The Tower of Hanoi."""
    print(
        """THE TOWER OF HANOI, by Al Sweigart al@inventwithpython.com

Move the tower of disks, one disk at a time, to another tower. Larger
disks cannot rest on top of a smaller disk.

More info at https://wiki.hsoub.com/Algorithms/Towers_of_Hanoi
"""
    )

يمكن أن تحتوي الدوال على سلاسل توثيق نصية أيضًا. لاحظ سلاسل التوثيق للدالة main()‎‎ أسفل تعليمة def. يمكنك عرض هذا السلاسل عن طريق تنفيذ importofhanoi و help (towerofhanoi.main)‎ من الصدفة التفاعلية.

بعد ذلك، نكتب تعليقًا يصف مفصّلًا هيكل البيانات الذي نستخدمه لتمثيل البرج، لأنه يشكّل جوهر عمل هذا البرنامج:

    """The towers dictionary has keys "A", "B", and "C" and values
    that are lists representing a tower of disks. The list contains
    integers representing disks of different sizes, and the start of
    the list is the bottom of the tower. For a game with 5 disks,
    the list [5, 4, 3, 2, 1]‎ represents a completed tower. The blank
    list []‎ represents a tower of no disks. The list [1, 3]‎ has a
    larger disk on top of a smaller disk and is an invalid
    configuration. The list [3, 1]‎ is allowed since smaller disks
    can go on top of larger ones."""
    towers = {"A": copy.copy(SOLVED_TOWER), "B": []‎, "C": []‎}

نستخدم قائمة SOLVED_TOWER مثل مكدس stack وهو أحد أبسط هياكل البيانات في تطوير البرمجيات؛ فالمكدس هو قائمة مرتبة من القيم التي تتغير فقط من خلال إضافة (تسمى أيضًا الدفع Pushing) أو إزالة (تسمى أيضًا السحب Popping) القيم من أعلى المكدس. يمثل هيكل البيانات البرج في برنامجنا. يمكننا تحويل قائمة بايثون إلى مكدس إذا استخدمنا تابع append()‎‎ للدفع وتابع pop()‎‎ للسحب، وتجنبنا تغيير القائمة بأي طريقة أخرى. سنتعامل مع نهاية القائمة على أنها أعلى المكدس.

يمثل كل عدد صحيح في قائمة الأبراج قرصًا واحدًا بحجم معين. على سبيل المثال، في لعبة تحتوي على خمسة أقراص، تمثل القائمة [1, 2, 3, 4, 5]‎ مجموعةً كاملةً من الأقراص من الأكبر ( رقم 5) في الأسفل وصولًا إلى الأصغر (رقم 1) في الأعلى.

لاحظ أن تعليقنا يقدم أيضًا أمثلةً على كومة برج صالحة وغير صالحة.

نكتب داخل الدالة main()‎‎ حلقةً لا نهائية تُنفّذ لكل دور من جولة لعبة الألغاز الخاصة بنا:

 while True:  # Run a single turn on each iteration of this loop.
        # Display the towers and disks:
        displayTowers(towers)

        # Ask the user for a move:
        fromTower, toTower = getPlayerMove(towers)

        # Move the top disk from fromTower to toTower:
        disk = towers[fromTower]‎.pop()‎
        towers[toTower]‎.append(disk)

يرى اللاعب في كل دور حالة الأبراج ومن ثمّ يحدد الحركة التالية، ثم يحدّث البرنامج بعد ذلك بنية بيانات الأبراج. أخفينا تفاصيل هذه المهام في دالتي displayTowers()‎‎ و getPlayerMove()‎‎. يسمح اسما الدالتين السابقتين الوصفيّين للدالة main()‎‎ بتقديم نظرة عامة على ما يفعله البرنامج.

تتحقق الأسطر التالية مما إذا كان اللاعب قد حل اللغز من خلال مقارنة البرج الكامل في SOLVED_TOWER بالقيمتين towers["B"‎]‎‎ و towers["C"]‎‎:

     # Check if the user has solved the puzzle:
        if SOLVED_TOWER in (towers["B"]‎, towers["C"]‎):
            displayTowers(towers)  # Display the towers one last time.
            print("You have solved the puzzle! Well done!")
            sys.exit()‎

لا نقارن القيمة مع towers["A"]‎، لأن هذا العمود يبدأ ببرج مكتمل فعلًا؛ ويحتاج اللاعب إلى تشكيل البرج على العمودين B أو C لحل اللغز. لاحظ أننا نعيد استخدام SOLVED_TOWER لإنشاء أبراج البداية والتحقق فيما إذا كان اللاعب قد حل اللغز. نظرًا لأن SOLVED_TOWER ثابت، يمكننا الوثوق في أنه سيحظى دائمًا بالقيمة التي خصصناها له في بداية الشيفرة المصدرية.

الشرط الذي نستخدمه يعادل الصياغة التالية ولكنه أقصر منها:

SOLVED_TOWER == towers["B"]‎ or SOLVED_TOWER == towers["C"]‎

وهي بأسلوب بايثون الذي ناقشناه سابقًا. إذا كان هذا الشرط صحيحًا، فقد حل اللاعب اللغز، وننهي البرنامج، وإلا فإننا ننفّذ تكرارًا آخر من الحلقة.

تطلب دالة getPlayerMove()‎ من اللاعب نقل القرص والتحقق من صحة هذه الخطوة بحسب قواعد اللعبة:

def getPlayerMove(towers):
    """Asks the player for a move. Returns (fromTower, toTower)."""
    while True:  # Keep asking player until they enter a valid move.
        print('Enter the letters of "from" and "to" towers, or QUIT.')
        print("(e.g., AB to move a disk from tower A to tower B.)")
        print()
        response = input("> ").upper().strip()‎

نبدأ حلقة لا نهائية تستمر في التكرار حتى تتسبب تعليمةreturn في أن يترك التنفيذ الحلقة والدالة، أو ينهي استدعاء sys.exit()‎ البرنامج. يطلب الجزء الأول من الحلقة من اللاعب إدخال حركة جديدة من خلال تحديد البرج الذي سينتقل منه القرص "from" إلى البرج الذي سينتقل القرص إليه "to".

لاحظ تعليمة ()input("> ").upper().strip التي تتلقى مدخلات لوحة المفاتيح من اللاعب، إذ تقبل (" <")input إدخال النص من اللاعب من خلال الرمز <، الذي يشير إلى أنه يجب على اللاعب إدخال شيء ما، وقد يعتقد اللاعب أن البرنامج قد توقف إذا لم يوجد هذا الرمز.

نستخدم تابع upper()‎ على السلسلة المُعادة من input()‎ لكي تُعيد صيغة الأحرف الكبيرة للسلسلة، ويسمح هذا للاعب بإدخال تسميات الأبراج بأحرف كبيرة أو صغيرة، مثل 'a' أو 'A' للبرج A، ثم يُستدعى تابع strip()‎ على السلسلة الكبيرة، وإعادة السلسلة دون أي مسافات فارغة على أي من الجانبين في حال أضاف المستخدم مسافة عن طريق الخطأ عند إدخال حركته. تجعل سهولة الاستخدام هذه برنامجنا أسهل قليلًا على اللاعبين لاستخدامه.

استمرارًا للدالة getPlayerMove()‎، نتحقق من الدخل الذي يدخله المستخدم:

    if response == "QUIT":
            print("Thanks for playing!")
            sys.exit()‎

        # Make sure the user entered valid tower letters:
        if response not in ("AB", "AC", "BA", "BC", "CA", "CB"):
            print("Enter one of AB, AC, BA, BC, CA, or CB.")
            continue  # Ask player again for their move.

إذا أدخل المستخدم QUIT (في أي حالة، وحتى مع وجود مسافات في بداية السلسلة النصية أو نهايتها، بسبب استدعاءات upper()‎ و strip()‎)، ينتهي البرنامج. كان من الممكن أن نجعل getPlayerMove()‎ تُعيد 'QUIT' للإشارة إلى أنه على االلاعب استدعاء sys.exit()‎ بدلًا من أن تستدعي الدالة getPlayerMove()‎ التابع sys.exit()‎، لكن هذا من شأنه أن يعقّد القيمة المُعادة للدالة getPlayerMove()‎: إذ سيعيد ذلك إما مجموعةً من سلسلتين (لتحرُّك اللاعب) أو سلسلة واحدة 'QUIT'.

الدالة التي تُعيد قيمًا من نوع بيانات واحد أسهل في الفهم من الدالة التي يمكنها إعادة قيم من العديد من الأنواع الممكنة. ناقشنا ذلك سابقًا في القسم "ينبغي على القيم المعادة أن تتضمن دوما نمط البيانات نفسه" من المقال البرمجة الوظيفية Functional Programming وتطبيقها في بايثون.

من الممكن فقط تكوين ست مجموعات من الأبراج بين الأبراج الثلاثة، وعلى الرغم من أننا وفرنا القيمة في الشيفرة لجميع القيم الست بصورةٍ ثابتة في الحالة التي تتحقق من الحركة، ستكون قراءة الشيفرة أسهل بكثير من قراءة شيء مثل:

len(response) != 2 or response[0]‎ not in 'ABC' or response[1]‎ not in 'ABC'or response[0]‎ == response[1]‎

في ظل هذه الظروف، يعدّ التوفير الثابت للقيم في الشيفرة هو النهج الأكثر وضوحًا.

يُعد توفير القيم في الشيفرة، مثل "AB" و"AC" وقيم أخرى على أنها قيم سحرية صالحة فقط طالما أن البرنامج يحتوي على ثلاثة أعمدة ممارسةً سيئةً عمومًا، ولكن على الرغم من أننا قد نرغب في تعديل عدد الأقراص عن طريق تغيير ثابت TOTAL_DISKS، فمن المستبعد جدًا أن نضيف المزيد من الأعمدة إلى اللعبة، فلا بأس بكتابة كل خطوة ممكنة على هذا النحو.

نُنشئ متغيرين جديدين fromTower و toTower مثل أسماء وصفية للبيانات، فهي لا تخدم غرضًا وظيفيًا، لكنها تجعل قراءة الشيفرة أسهل من قراءة response[0]‎‎ و response[1]‎‎:

  # Use more descriptive variable names:
        fromTower, toTower = response[0]‎, response[1]‎

بعد ذلك، نتحقق مما إذا كانت الأبراج المحددة تشكل حركةً صالحة أم لا:

 if len(towers[fromTower]‎) == 0:
            # The "from" tower cannot be an empty tower:
            print("You selected a tower with no disks.")
            continue  # Ask player again for their move.
        elif len(towers[toTower]‎) == 0:
            # Any disk can be moved onto an empty "to" tower:
            return fromTower, toTower
        elif towers[toTower]‎[-1]‎ < towers[fromTower]‎[-1]‎:
            print("Can't put larger disks on top of smaller ones.")
            continue  # Ask player again for their move.

إذا لم تكن الحركة صالحة، ستعيد عبارة continue التنفيذ إلى بداية الحلقة، التي تطلب من اللاعب إدخال حركته مرةً أخرى. لاحظ أننا نتحقق فيما إذا كان toTower فارغًا؛ فإذا كان الأمر كذلك، فإننا نعيد fromTower, toTower للتأكيد إلى أن عملية النقل كانت صالحة، لأنه يمكنك دائمًا وضع قرص على عمود فارغ. يضمن هذان الشرطان الأولان أنه بحلول الوقت الذي يجري فيه فحص الشرط الثالث، لن تكون towers[toTower]‎ و towers[fromTower]‎ فارغةً أو تتسبب بحدوث خطأ IndexError. لقد طلبنا هذه الشروط بطريقة تمنع IndexError أو أي فحص إضافي.

من المهم أن يتعامل برنامجك مع أي إدخال غير صالح من المستخدم أو حالات الخطأ المحتملة؛ فقد لا يعرف المستخدمون ماذا يدخلون، أو قد يخطئون في الكتابة، وبالمثل، قد تختفي الملفات بصورةٍ غير متوقعة، أو قد تتعطل قواعد البيانات. يجب أن تكون برامجك مرنة في مواجهة الحالات الاستثنائية، وإلا ستتعطل بصورةٍ غير متوقعة أو تتسبب في حدوث أخطاء دقيقة في وقت لاحق.

إذا لم يكن أي من الشروط السابقة صحيحًا، فإن الدالة getPlayerMove()‎ تُعيد fromTower, toTower:

     else:
            # This is a valid move, so return the selected towers:
            return fromTower, toTower

تُعيد عبارات return دائمًا قيمة واحدة في بلغة بايثون. على الرغم من أن عبارة return هذه تبدو وكأنها تُعيد قيمتين، إلا أن بايثون تُعيد فعليًا مجموعةً واحدةً من قيمتين، وهو ما يعادل return (fromTower, toTower)‎. يتجاهل مبرمجو بايثون الأقواس غالبًا في هذا السياق، إذ لا تعرّف الأقواس صفوفًا tuples كما تفعل الفواصل.

لاحظ أن البرنامج يستدعي دالة getPlayerMove()‎ مرةً واحدةً فقط من الدالة main()‎. لا تنقذنا الدالة من تكرار الشيفرة، وهو الغرض الأكثر شيوعًا لاستخدامها. لا يوجد سبب يمنعنا من وضع جميع الشيفرات في getPlayerMove()‎ في الدالة main()‎، ولكن يمكننا أيضًا استخدام الدوال مثل طريقة لتنظيم الشيفرة في وحدات منفصلة، وهذه هي الطريقة التي نستخدم بها getPlayerMove()‎، إذ يؤدي ذلك إلى منع دالة main()‎ من أن تصبح طويلة جدًا وغير عملية.

تعرض دالة displayTowers()‎ الأقراص الموجودة على الأبراج A و B و C في الوسيط towers:

def displayTowers(towers):
    """Display the three towers with their disks."""

    # Display the three towers:
    for level in range(TOTAL_DISKS, -1, -1):
        for tower in (towers["A"], towers["B"], towers["C"]):
            if level >= len(tower):
                displayDisk(0)  # Display the bare pole with no disk.
            else:
                displayDisk(tower[level])  # Display the disk.
        print()‎

تعتمد الدالة السابقة على دالة displayDisk()‎، التي سنغطيها تاليًا، لعرض كل قرص في البرج. تتحقق حلقة for level من كل قرص محتمل للبرج، وتتحقق حلقة for tower من الأبراج A و B و C.

تستدعي دالة displayTowers()‎ دالة displayDisk()‎ لعرض كل قرص باتساع width معين، أو العمود الذي لا يحتوي على قرص في حال تمرير 0:

    # Display the tower labels A, B, and C:
    emptySpace = ' ' * (TOTAL_DISKS)
    print('{0} A{0}{0} B{0}{0} C\n'.format(emptySpace))

تعرض الشيفرة السابقة الأبراج A و B و C على الشاشة. يحتاج اللاعب إلى هذه المعلومات للتمييز بين الأبراج ولتعزيز أن الأبراج تحمل علامات A و B و C بدلًا من 1 و2 و3 أو يسار ومتوسط ويمين. اخترنا عدم استخدام 1 و2 و3 لاسم البرج لمنع اللاعبين من الخلط بين هذه الأرقام والأرقام المستخدمة لأحجام الأقراص.

ضبطنا متغير emptySpace على عدد المسافات التي يجب وضعها بين كل تسمية، والتي بدورها تعتمد على TOTAL_DISKS، لأنه كلما زاد عدد الأقراص في اللعبة، كلما اتسعت المسافة بين العمودين. يمكننا استخدام تابع format()‎ بدلًا من سلسلة f النصية، فيما يلي:

print(f'{emptySpace} A{emptySpace}{emptySpace} B{emptySpace}{emptySpace} C\n')

يتيح لنا ذلك استخدام الوسيط emptySpace نفسه في أي مكان يظهر فيه {0} في السلسلة المعنية، مما ينتج عنه شيفرة أقصر وأكثر قابلية للقراءة من إصدار سلسلة f.

تعرض دالة displayDisk()‎ قرصًا واحدًا مع اتساعه، وفي حالة عدم وجود قرص، فإنه يعرض العمود فقط:

def displayDisk(width):
    """Display a disk of the given width. A width of 0 means no disk."""
    emptySpace = ' ' * (TOTAL_DISKS - width)
    if width == 0:
        # Display a pole segment without a disk:
        print(f'{emptySpace}||{emptySpace}', end='')
    else:
        # Display the disk:
        disk = '@' * width
        numLabel = str(width).rjust(2, '_')
        print(f"{emptySpace}{disk}{numLabel}{disk}{emptySpace}", end='')

نمثل هنا قرصًا يستخدم مساحةً فارغةً أولية، وعددًا من محارف "@" يساوي اتساع القرص، ومحرفين للاتساع (بما في ذلك شرطة سفلية إذا كان الاتساع رقمًا واحدًا)، وسلسلةً أخرى من محارف "@"، ثم مسافة فارغة لاحقة. لعرض العمود الفارغ فقط، كل ما نحتاجه هو المسافة الفارغة الأولية، وحرفي أنبوب pipe |، ومسافة فارغة لاحقة. نتيجةً لذلك، سنحتاج إلى ستة استدعاءات لعرض ()‎ displayDisk مع ستة وسطاء مختلفة للاتساع width للبرج التالي:

     ||
    @_1@
   @@_2@@
  @@@_3@@@
 @@@@_4@@@@
@@@@@_5@@@@@

لاحظ كيف تتقاسم دالتي displayTowers()‎ و displayDisk()‎ مسؤولية عرض الأبراج. على الرغم من أن displayTowers()‎ تقرر كيفية تفسير هياكل البيانات التي تمثل كل برج، إلا أنها تعتمد على displayDisk()‎ لعرض كل قرص في البرج فعليًا.

يؤدي تقسيم البرنامج إلى دوال أصغر مثل هذه إلى تسهيل اختبار كل جزء. إذا كان البرنامج يعرض الأقراص بشكلٍ غير صحيح، فمن المحتمل أن تكون المشكلة في displayDisk()‎؛ أما إذا ظهرت الأقراص بترتيب خاطئ، فمن المحتمل أن تكون المشكلة في displayTowers()‎، وفي كلتا الحالتين، سيكون قسم الشيفرة الذي يتعين عليك تصحيحه أصغر بكثير.

لاستدعاء الدالة main()‎، نستخدم دالة بايثون الشائعة:

# If this program was run (instead of imported), run the game:
if __name__ == '__main__':
    main()‎

تعيّن بايثون تلقائيًا المتغير __name__ إلى '__main__' إذا شغل اللاعب برنامج towerofhanoi.py مباشرةً، ولكن إذا استورد شخص ما البرنامج مثل وحدة باستخدام import towerofhanoi، سيُعيَّن __name__على 'towerofhanoi'.

سيستدعي السطر ‎if __name__ == '__main__' :‎ الدالة main()‎، إذا شغّل شخص ما برنامجنا، وبدأ لعبة برج هانوي، ولكن إذا أردنا ببساطة استيراد البرنامج مثل وحدة حتى نتمكن -على سبيل المثال- من استدعاء الدوال الفردية فيه لاختبار الوحدة، فسيكون هذا الشرط False ولن تُستدعى main()‎.

الخلاصة

نمثّل الأبراج الثلاثة في أبراج هانوي، مثل قاموس بمفاتيح 'A' و 'B' و 'C' وقيمها هي قوائم من الأعداد الصحيحة. ينجح هذا الأمر في برنامجنا ولكن إذا كان برنامجنا أكبر أو أكثر تعقيدًا، فسيكون من الجيد تمثيل هذه البيانات باستخدام الأصناف classes. لم نستخدم الأصناف وتقنيات البرمجة كائنية التوجه لأننا لم نناقش هذه المواضيع بعد، لكن ضع في الحسبان أنه من الجيد تمامًا استخدام صنف لهيكل البيانات هذا. تظهر الأبراج على أنها محارف آسكي ASCII على الشاشة، باستخدام أحرف نصية لإظهار كل قرص من الأبراج.

ترجمة -وبتصرف- لقسم من الفصل Practice Projects من كتاب Beyond the Basic Stuff with Python.

اقرأ أيضًا

• المقال السابق: قياس درجة تعقيد شيفرة بايثون باستخدام ترميز Big O
• الخوارزميات التعاودية recursive algorithms
• التعاود recursion في جافا: حل مشكلة أبراج هانوي
• تعلم كتابة أكواد بايثون من خلال الأمثلة العملية

لتحديد ما هو تعقيد big O لجزء من الشيفرة الخاصة علينا إنجاز أربع مهام، هي: تحديد ما هي n، عدّ الخطوات في الشيفرة، إسقاط المراتب الدُنيا، وإسقاط المعاملات.

مثلًا، لنجد big O الخاص بالدالة readingList()‎:

def readingList(books):
    print('Here are the books I will read:')
    numberOfBooks = 0
    for book in books:
        print(book)
        numberOfBooks += 1
    print(numberOfBooks, 'books total.')