المكتبة العربية لعلوم الحاسوب
مقدمة في علوم الحاسوب والبرمجة باستخدام Python › المحاضرة 17: الأصناف في بايثون (Python Classes) 19 / 30 السابق التالي

المحاضرة 17: الأصناف في Python (Python Classes)

المحاضرة 17: الأصناف في Python (Python Classes)

المصادر والنسبة والترخيص

هذه ترجمة عربية لمادة مقرّرة من MIT OpenCourseWare:

Ana Bell. 6.100L Introduction to CS and Programming using Python, Fall 2022. Massachusetts Institute of Technology: MIT OpenCourseWare, https://ocw.mit.edu/courses/6-100l-introduction-to-cs-and-programming-using-python-fall-2022/. License: CC BY-NC-SA 4.0.

منهج الترجمة: عنوان واحد وترجمة عربية لكل شريحة من شرائح الملف الأصلي (30 شريحة). المواضع التي يعرض فيها النص المستخرَج قائمة بيانات على يسار الشريحة نُقلت إلى جداول أو إلى صيغة code، والرسوم التخطيطية للذاكرة نُقلت إلى جداول. الشيفرة تُركت بالإنجليزية كما هي. الأشكال لم تُضمَّن، وحيث توجد صورة غير مشمولة بالرخصة أُشير إلى ذلك صراحةً.

الشريحة 1: عنوان المحاضرة

  • PYTHON CLASSES
  • (download slides and .py files to follow along)
  • 6.100L Lecture 17 — Ana Bell

الشريحة 2: الكائنات (OBJECTS)

يدعم Python أنواعًا كثيرة مختلفة من البيانات:

1234
3.14159
"Hello"
[1, 5, 7, 11, 13]
{"CA": "California", "MA": "Massachusetts"}
  • كل واحد منها كائن (object)، وكل كائن له:
    • تمثيل داخلي للبيانات (internal data representation) — أولي (primitive) أو مركّب (composite)
    • مجموعة من الإجراءات (procedures) للتفاعل مع الكائن
  • الكائن هو نسخة (instance) من نوع (type)
    • 1234 نسخة من int
    • "hello" نسخة من str

الشريحة 3: البرمجة الكينونية (OBJECT ORIENTED PROGRAMMING — OOP)

  • كل شيء في Python كائن (وله نوع)
  • يمكن إنشاء كائنات جديدة من نوع ما
  • يمكن التعامل مع الكائنات
  • يمكن إتلاف الكائنات
    • إمّا صراحةً باستخدام del أو بمجرد «نسيانها»
  • سيستعيد نظام Python الكائنات المدمَّرة أو التي لا يمكن الوصول إليها — ويُسمّى ذلك جمع القمامة (garbage collection)

الشريحة 4: ما هي الكائنات؟ (WHAT ARE OBJECTS?)

  • الكائنات هي تجريد للبيانات (data abstraction) يلتقط:
    1. تمثيلًا داخليًا — عبر سمات بيانات (data attributes)
    2. واجهة (interface) للتفاعل مع الكائن — عبر الدوال (methods) (أي procedures/functions)
  • يعرّف السلوك (behaviors) لكن يُخفي التنفيذ (implementation)

الشريحة 5: مثال: list من نوع [1,2,3,4]

  • (1) كيف تُمثَّل القوائم داخليًا؟

    • لا يهمّنا الأمر كثيرًا بصفتنا مستخدمين (تمثيل خاص (private representation))

  • التمثيل الداخلي ينبغي أن يكون خاصًا

  • قد يُفسِد السلوك الصحيح إذا تعاملتَ مع التمثيل الداخلي مباشرةً

  • (2) كيف تتعامل مع القوائم وتُعِدّها؟

    • L[i]، L[i:j]، +
    • len()، min()، max()، del(L[i])
    • L.append()، L.extend()، L.count()، L.index()، L.insert()، L.pop()، L.remove()، L.reverse()، L.sort()

ملاحظة المترجم: رُسم في الشريحة الأصلية تمثيلان محتملان للقائمة نفسها (L = 1 -> 2 -> 3 وL = 1 -> 2 -> 3 ->)، بغرض الإشارة إلى أنّ الشكل الداخلي لا يهمّ المستخدم. الأشكال غير قابلة للاسترجاع من طبقة النص، لذلك نُصَّ على المعنى ولم يُرسم شيء.

الشريحة 6: أمثلة من الحياة الواقعية (REAL-LIFE EXAMPLES)

  • المصعد (Elevator): صندوق يمكنه تغيير الطوابق

    • يمثَّل بـ length، width، height، max_capacity، current_floor
    • ينقل موقعه إلى طابق مختلف، ويضيف أشخاصًا، ويزيل أشخاصًا

  • الموظف (Employee): شخص يعمل في شركة

    • يمثَّل بـ name، birth_date، salary
    • يمكنه تغيير اسمه أو راتبه

  • طابور في متجر (Queue at a store): أوّل زبون يصل هو أوّل من يُخدَم

    • يمثَّل الزبائن كقائمة أسماء نصّية (str)
    • تُضاف الأسماء إلى النهاية وتُزال الأسماء من البداية

  • كعكة الفطور (Stack of pancakes): أوّل فطيرة تُصنع هي آخر فطيرة تُؤكل

    • يمثَّل المكدّس كقائمة str
    • تُضاف الفطيرة إلى النهاية وتُزال من النهاية

الشريحة 7: مزايا البرمجة الكينونية (ADVANTAGES OF OOP)

  • تجميع البيانات في حزم مع الإجراءات التي تعمل عليها عبر واجهات محدّدة بوضوح
  • تطوير على مبدأ «قسِّم وغلب» (divide-and-conquer)
    • ننفّذ ونختبر سلوك كل صنف على حدة
    • زيادة الوحدات النمطية (modularity) تُقلّل التعقيد
  • الأصناف تجعل إعادة استخدام الشيفرة سهلة
    • كثير من وحدات Python (modules) تُعرِّف أصنافًا جديدة
    • لكل صنف بيئة منفصلة (لا تعارض في أسماء الدوال)
    • الوراثة (inheritance) تتيح للأصناف الفرعية (subclasses) أن تُعيد تعريف سلوك محدّد من صنف أب أو توسّعه

الشريحة 8: الفكرة الكبرى (BIG IDEA)

  • أنت تكتب الصنف، وأنت من يتّخذ القرارات التصميمية.
  • أنت تقرّر أي بيانات تمثّل الصنف.
  • أنت تقرّر ما العمليات التي يستطيع المستخدم إجراؤها على الصنف.

الشريحة 9: إنشاء أنواعك الخاصة واستخدامها بالأصناف (CREATING AND USING YOUR OWN TYPES WITH CLASSES)

نميّز بين إنشاء صنف (class) واستخدام نسخة (instance) من ذلك الصنف.

  • إنشاء الصنف ينطوي على:
    • تعريف اسم الصنف
    • تعريف سمات الصنف (class attributes)
    • مثال: كتب شخصٌ شيفرةً لتنفيذ صنف قائمة (list class)
  • استخدام الصنف ينطوي على:
    • إنشاء نسخ جديدة من الصنف
    • إجراء عمليات على تلك النسخ
    • مثال: L=[1,2] و len(L)

الشريحة 10: تناظر مع الدوال (A PARALLEL with FUNCTIONS)

  • تعريف صنف يشبه تعريف دالة (defining a class is like defining a function)
    • مع الدوال، نخبر Python أنّ هذا الإجراء موجود
    • مع الأصناف، نخبر Python عن مخطّط (blueprint) لهذا النوع الجديد من البيانات
      • سمات البيانات الخاصة به (data attributes)
      • سماته الإجرائية (procedural attributes)
  • إنشاء نسخ من الكائنات يشبه استدعاء الدالة (calling the function)
    • مع الدوال نُجري استدعاءات بمُدخَلات فعلية (actual parameters) مختلفة
    • مع الأصناف، نُنشئ كائنات جديدة من هذا النوع في الذاكرة
    • L1 = [1,2,3] / L2 = [5,6,7]

الشريحة 11: قرارات تصميم نوع الإحداثيات (COORDINATE TYPE DESIGN DECISIONS)

  • نقرّر ما عناصر البيانات التي تُكوِّن كائنًا
    • في مستوٍى ثنائي الأبعاد (2D plane)
    • الإحداثيّ يُعرَّف بقيمة x وقيمة y
(1 , 1)
  • نقرّر ماذا نفعل بالإحداثيّات
    • تخبرنا بمدى بُعد الإحداثيّ على المحور x أو على المحور y
    • نقيس المسافة بين إحداثيّين، بفيثاغورس (Pythagoras)
(3 , 4)

يمكن إنشاء نسخ من كائن Coordinate.

الشريحة 12: عرّف أنواعك الخاصة (DEFINE YOUR OWN TYPES)

  • استخدم الكلمة المفتاحية class لتعريف نوع جديد
class Coordinate(object):
    #define attributes here
  • مشابهة لـ def: شفّر الكود (indentation) لتبيّن أيّ الجمل تنتمي إلى تعريف الصنف
  • كلمة object تعني أنّ Coordinate هو كائن في Python وأنّه يرث كل سماته (سنرى ذلك في محاضرات لاحقة)

الشريحة 13: ما هي السمات؟ (WHAT ARE ATTRIBUTES?)

  • بيانات وإجراءات «تنتمي» إلى الصنف

  • سمات البيانات (data attributes)

    • تخيّل البيانات ككائنات/متغيّرات أخرى تُكوِّن الصنف
    • مثال: الإحداثيّ يتكوّن من عددين

  • الدوال (Methods — سمات إجرائية procedural attributes)

    • تخيّل الدوال كدوال تعمل مع هذا الصنف وحده
    • كيف تتفاعل مع الكائن
    • مثال: يمكنك تعريف مسافة بين كائنَي إحداثيّ، لكن لا معنى لمسافة بين كائنَي قائمة

الشريحة 14: تعريف كيفية إنشاء نسخة من صنف (DEFINING HOW TO CREATE AN INSTANCE OF A CLASS)

  • أوّلًا يجب أن نعرّف كيفية إنشاء نسخة من الصنف
  • استخدم دالة خاصة اسمها __init__ لتهيئة بعض سمات البيانات أو لتنفيذ عمليات تهيئة
class Coordinate(object):
    def __init__(self, xval, yval):
        self.x = xval
        self.y = yval
  • تتيح لك self إنشاء متغيّرات تنتمي إلى هذا الكائن
  • بدون self، أنت لا تنشئ سوى متغيّرات عادية!

الشريحة 15: ما هي self؟ مثال الغرفة (WHAT is self? ROOM EXAMPLE)

  • الآن عندما تنشئ نسخة واحدة (سمِّها living_room)، تصبح self هي هذا الكائن الفعلي
  • تخيّل تعريف الصنف كمخطّط (blueprint) فيه أماكن فارغة لعناصر فعلية
    • لدى self كرسيّ
    • لدى self طاولة قهوة
    • لدى self أريكة
  • لدى living_room كرسيّ أزرق
  • لدى living_room طاولة سوداء
  • لدى living_room أريكة بيضاء
  • يمكن إنشاء نسخ كثيرة باستخدام المخطّط نفسه

ملاحظة المترجم: في أسفل هذه الشريحة في الأصل إشعار حقوق: «Image © source unknown. All rights reserved. This content is excluded from our Creative Commons license. For more information, see https://ocw.mit.edu/help/faq-fair-use/». الصورة من طرف ثالث مصدرها مجهول وغير مشمولة برخصة CC، لذلك حُذفت ولم تُنشر، واقتصرت الترجمة على النص أعلاه.

الشريحة 16: الفكرة الكبرى (BIG IDEA)

  • عند تعريف صنف، لا يوجد هنا كائن ملموس فعلي.
  • هذا تعريف فقط.

الشريحة 17: إنشاء نسخة من صنف فعليًا (ACTUALLY CREATING AN INSTANCE OF A CLASS)

تذكّر دالة __init__ في تعريف الصنف:

def __init__(self, xval, yval):
    self.x = xval
    self.y = yval
  • لا تُمرِّر مُدخَلًا لـ self، فـ Python تفعل ذلك تلقائيًا
c = Coordinate(3,4)
origin = Coordinate(0,0)
print(c.x)
print(origin.x)
  • سمات البيانات الخاصة بنسخة ما تُسمّى متغيّرات النسخة (instance variables)
  • عُرِّفت سمات البيانات بـ self.XXX وهي قابلة للوصول عبر ترميز النقطة (dot notation) طوال عمر الكائن
  • كل النسخ لها سمات البيانات هذه، لكن بقيم مختلفة!

الشريحة 18: تمثيل النسخ (VISUALIZING INSTANCES)

  • لنفترض أنّنا أنشأنا نسخة من إحداثيّ
c = Coordinate(3,4)
الكائن النوع x y
c Coordinate 3 4
  • تخيّل هذا كأنّنا ننشئ بنية (structure) في الذاكرة
  • ثم إن قِسْنا c.x فإننا نبحث عن البنية التي يشير إليها c، ثم نبحث عن الربط (binding) لـ x داخل تلك البنية

الشريحة 19: تمثيل النسخ: في الذاكرة (VISUALIZING INSTANCES: in memory)

  • اصنع نسخة أخرى باستخدام متغيّر
a = 0
orig = Coordinate(a,a)
الكائن النوع x y
c Coordinate 3 4
orig Coordinate 0 0
a int 0 —
  • كل هذه مجرّد كائنات في الذاكرة!
  • نحن لا نتعامل سوى مع سمات هذه الكائنات

الشريحة 20: تمثيل النسخ: ارسمها (VISUALIZING INSTANCES: draw it)

class Coordinate(object):
    def __init__(self, xval, yval):
        self.x = xval
        self.y = yval

c = Coordinate(3,4)
origin = Coordinate(0,0)
print(c.x)
print(origin.x)
الكائن النوع x y
c Coordinate 3 4
origin Coordinate 0 0

الشريحة 21: ما هي الدالة (method)؟ (WHAT IS A METHOD?)

  • سمة إجرائية (procedural attribute)
  • تخيّلها كدالة تعمل مع هذا الصنف وحده
  • يمرّر Python دائمًا الكائن كالمُدخَل (argument) الأول
  • العُرف أن نستخدم self كاسم المُدخَل الأول لكل الدوال

الشريحة 22: عرّف دالة (method) لصنف Coordinate (DEFINE A METHOD FOR THE Coordinate CLASS)

class Coordinate(object):
    def __init__(self, xval, yval):
        self.x = xval
        self.y = yval

    def distance(self, other):
        x_diff_sq = (self.x-other.x)**2
        y_diff_sq = (self.y-other.y)**2
        return (x_diff_sq + y_diff_sq)**0.5
  • بخلاف self وترميز النقطة، تتصرّف الدوال تمامًا كالدوال العادية (تأخذ مُدخَلات، وتنفّذ عمليات، وتُعيد قيمة)

الشريحة 23: كيف تُستدعى الدالة؟ (HOW TO CALL A METHOD?)

  • يُستخدم معامل . للوصول إلى أي سمة
    • سمة بيانات لكائن (رأينا c.x)
    • دالة لكائن
  • ترميز النقطة:
<object_variable>.<method>(<parameters>)
  • مألوف؟
my_list.append(4)
my_list.sort()

الشريحة 24: كيف تستخدم دالة (HOW TO USE A METHOD)

تذكّر تعريف دالة distance:

def distance(self, other):
    x_diff_sq = (self.x-other.x)**2
    y_diff_sq = (self.y-other.y)**2
    return (x_diff_sq + y_diff_sq)**0.5

استخدام الصنف:

c = Coordinate(3,4)
orig = Coordinate(0,0)
print(c.distance(orig))
  • لاحظ أنّ self تصبح الكائن الذي تستدعي عليه الدالة (الشيء الذي قبل النقطة!)

الشريحة 25: تمثيل الاستدعاء (VISUALIZING INVOCATION)

  • صنف Coordinate كائن في الذاكرة، قادمٌ من تعريف الصنف
العنصر القيمة
self.x some code
self.y some code
__init__ some code
distance some code
  • أنشئ كائنَي Coordinate
c = Coordinate(3,4)
orig = Coordinate(0,0)
الكائن النوع x y
c Coordinate 3 4
orig Coordinate 0 0

الشريحة 26: تمثيل الاستدعاء (VISUALIZING INVOCATION)

  • قِسْ استدعاء الدالة c.distance(orig)
    1. الكائن هو ما قبل النقطة
    2. نبحث عن نوع c
    3. الدالة التي ستُستدعى هي ما بعد النقطة.
    4. نبحث عن الربط (binding) لـ distance في صنف الكائن ذلك
    5. نُنادي تلك الدالة بحيث c هي self و orig هي other

الشريحة 27: طريقة استخدام الدالة (HOW TO USE A METHOD)

  • الطريقة المعتادة
c = Coordinate(3,4)
zero = Coordinate(0,0)
c.distance(zero)
  • تُكافئ تمامًا
c = Coordinate(3,4)
zero = Coordinate(0,0)
Coordinate.distance(c, zero)

الشريحة 28: الفكرة الكبرى (BIG IDEA)

  • معامل . يصل إمّا إلى سمات بيانات وإمّا إلى دوال.
  • سمات البيانات تُعرَّف بـ self.something
  • الدوال هي دوال مُعرَّفة داخل الصنف مع self كأول مُدخَل.

الشريحة 29: قوة البرمجة الكينونية (THE POWER OF OOP)

  • نجمع معًا كائنات تتشارك:
    • سمات مشتركة
    • إجراءات تعمل على تلك السمات
  • نستخدم التجريد (abstraction) للتمييز بين كيفية تنفيذ كائن وكيفية استخدامه
  • نبني طبقات من تجريدات الكائنات ترث سلوكًا من أصناف كائنات أخرى
  • ننشئ أصنافنا الخاصة من الكائنات فوق الأصناف الأساسية في Python

الشريحة 30: MIT OpenCourseWare

  • https://ocw.mit.edu
  • 6.100L Introduction to Computer Science and Programming Using Python — Fall 2022
  • للاستعلام عن كيفية الاستشهاد بهذه المواد أو شروط الاستخدام، راجع: https://ocw.mit.edu/terms
السابق المحاضرة 17: الأصناف في بايثون (Python Classes) التالي تمرين المحاضرة 17 وحلّه: صنف الدائرة