المكتبة العربية لعلوم الحاسوب
مقدمة في علوم الحاسوب والبرمجة باستخدام Python › المحاضرة 18: المزيد من طرائق الأصناف في بايثون 20 / 30 السابق التالي

المحاضرة 18: المزيد من دوال الأصناف في Python (More Python Class Methods)

المحاضرة 18: المزيد من دوال الأصناف في Python (More Python Class Methods)

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 (41 شريحة). المواضع التي يعرض فيها النص المستخرَج عمودين متجاورين (صنف ونسخة، أو SimpleFraction وFraction) نُقلت إلى جداول. الشيفرة وعناوين وثائق الأصناف (docstrings) تُركت بالإنجليزية كما هي. الأشكال لم تُضمَّن.

الشريحة 1: عنوان المحاضرة

  • MORE PYTHON CLASS METHODS
  • (download slides and .py files to follow along)
  • 6.100L Lecture 18 — Ana Bell

الشريحة 2: منظوران لكتابة الشيفرة

تنفيذ الصنف (Implementing the class) استخدام الصنف (Using the class)
اكتب الشيفرة من منظور جديد كائن من نوع استعمل كائن النوع الجديد في الشيفرة
عرّف الصنف (Define the class) أنشئ نسخًا من نوع الكائن (Create instances)
عرّف سمات البيانات (ما هو الكائن) أجرِ عمليات عليها
عرّف الدوال (كيف تُستخدم الكائن)
الصنف يلتزم بشكل تجريدي الخصائص والسلوكيات المشتركة النسخ لها قيم محدّدة لسماتها

الشريحة 3: تذكّر صنف الإحداثيّ (RECALL THE COORDINATE CLASS)

  • تعريف الصنف يخبر Python بالمخطّط (blueprint) لنوع Coordinate
class Coordinate(object):
    """ A coordinate made up of an x and y value """
    def __init__(self, x, y):
        """ Sets the x and y values """
        self.x = x
        self.y = y

    def distance(self, other):
        """ Returns euclidean dist between two Coord obj """
        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

الشريحة 4: إضافة دوال إلى صنف Coordinate (ADDING METHODS TO THE Coordinate CLASS)

  • الدوال هي دوال تعمل مع كائنات من هذا النوع وحدها
class Coordinate(object):
    """ A coordinate made up of an x and y value """
    def __init__(self, x, y):
        """ Sets the x and y values """
        self.x = x
        self.y = y

    def distance(self, other):
        """ Returns euclidean dist between two Coord obj """
        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

    def to_origin(self):
        """ always sets self.x and self.y to 0,0 """
        self.x = 0
        self.y = 0

الشريحة 5: إنشاء نسخ Coordinate (MAKING COORDINATE INSTANCES)

  • إنشاء النسخ يُنشئ كائنات Coordinate فعلية في الذاكرة
  • يمكن التعامل مع هذه الكائنات
  • استخدم ترميز النقطة (dot notation) لاستدعاء الدوال والوصول إلى سمات البيانات
c = Coordinate(3,4)
origin = Coordinate(0,0)
print(f"c's x is {c.x} and origin's x is {origin.x}")
print(c.distance(origin))
c.to_origin()
print(c.x, c.y)

الشريحة 6: تعريف الصنف مقابل نسخة من الصنف

تعريف صنف لنوع كائن نسخة من صنف
اسم الصنف هو النوع (type) النسخة كائن واحد محدّد
الصنف مُعرَّف بشكل عام (generically) قيم سمات البيانات تختلف بين النسخ
استخدم self للإشارة إلى نسخة ما أثناء تعريف الصنف
(self.x – self.y)**2 c1 = Coordinate(1,2) / c2 = Coordinate(3,4)
self مُدخَل (parameter) للدوال في تعريف الصنف لـ c1 و c2 قيمتا سمات بيانات مختلفتان c1.x و c2.x لأنهما كائنان مختلفان
النسخة تملك بنية الصنف
الصنف يعرّف البيانات والدوال المشتركة عبر جميع النسخ

الشريحة 7: استخدام الأصناف لبناء أصناف أخرى (USING CLASSES TO BUILD OTHER CLASSES)

  • مثال: استخدم Coordinate لبناء Circle (دوائر)
  • سيستخدم تنفيذنا سمتَي بيانات
    • كائن Coordinate يمثّل المركز (center)
    • كائن int يمثّل نصف القطر (radius)
Center coordinate
radius

الشريحة 8: صنف Circle: التعريف والنسخ (DEFINITION and INSTANCES)

class Circle(object):
    def __init__(self, center, radius):
        self.center = center
        self.radius = radius

center = Coordinate(2, 2)
my_circle = Circle(center, 2)

الشريحة 9: جرّب بنفسك (YOU TRY IT!)

  • أضِف شيفرةً داخل دالة init تتحقّق من أنّ نوع center هو كائن Coordinate وأنّ نوع radius هو int. إن لم يكن أيٌّ منهما من هذين النوعين، فرِمْ (raise) خطأ ValueError.
def __init__(self, center, radius):
    self.center = center
    self.radius = radius

الشريحة 10: صنف Circle: التعريف والنسخ (DEFINITION and INSTANCES)

class Circle(object):
    def __init__(self, center, radius):
        self.center = center
        self.radius = radius

    def is_inside(self, point):
        """ Returns True if point is in self, False otherwise """
        return point.distance(self.center) < self.radius

center = Coordinate(2, 2)
my_circle = Circle(center, 2)
p = Coordinate(1,1)
print(my_circle.is_inside(p))

الشريحة 11: جرّب بنفسك (YOU TRY IT!)

  • هل الدالتان التاليتان في صنف Circle متكافئتان وظيفيًا؟
class Circle(object):
    def __init__(self, center, radius):
        self.center = center
        self.radius = radius

    def is_inside1(self, point):
        return point.distance(self.center) < self.radius

    def is_inside2(self, point):
        return self.center.distance(point) < self.radius

الشريحة 12: مثال: الكسور (EXAMPLE: FRACTIONS)

  • أنشئ نوعًا جديدًا يمثّل عددًا ككسر
  • التمثيل الداخلي هو عددان صحيحان
    • البسط (numerator)
    • المقام (denominator)
  • الواجهة، أي الدوال، أي كيفية التفاعل مع كائنات Fraction
    • الجمع، الطرح
    • عكس الكسر (invert)
  • لنكتبها معًا!

الشريحة 13: نحتاج إلى إنشاء نسخ (NEED TO CREATE INSTANCES)

class SimpleFraction(object):
    def __init__(self, n, d):
        self.num = n
        self.denom = d

الشريحة 14: ضرب الكسور (MULTIPLY FRACTIONS)

class SimpleFraction(object):
    def __init__(self, n, d):
        self.num = n
        self.denom = d

    def times(self, oth):
        top = self.num*oth.num
        bottom = self.denom*oth.denom
        return top/bottom

الشريحة 15: جمع الكسور (ADD FRACTIONS)

class SimpleFraction(object):
    def __init__(self, n, d):
        self.num = n
        …………
        self.denom = d

    def plus(self, oth):
        top = self.num*oth.denom + self.denom*oth.num
        bottom = self.denom*oth.denom
        return top/bottom

الشريحة 16: لنجرّبها (LET’S TRY IT OUT)

f1 = SimpleFraction(3, 4)
f2 = SimpleFraction(1, 4)
print(f1.num)
print(f1.denom)
print(f1.plus(f2))
print(f1.times(f2))
الأمر النتيجة
f1.num 3
f1.denom 4
f1.plus(f2) 1.0
f1.times(f2) 0.1875

الشريحة 17: جرّب بنفسك (YOU TRY IT!)

  • أضِف دالتين تعكسان كائن الكسر وفق المواصفات التالية:
class SimpleFraction(object):
    """ A number represented as a fraction """
    def __init__(self, num, denom):
        self.num = num
        self.denom = denom

    def get_inverse(self):
        """ Returns a float representing 1/self """
        pass

    def invert(self):
        """ Sets self's num to denom and vice versa.
        Returns None. """
        pass

# Example:
f1 = SimpleFraction(3,4)
print(f1.get_inverse())
f1.invert()
print(f1.num, f1.denom)

# prints 1.33333333 (note this one returns value)
# prints 4 3
  • الأولى تُعيد قيمة، والثانية تعمل على سمات البيانات داخليًا دون return.

الشريحة 18: لنجرّبها مع أشياء أخرى (LET’S TRY IT OUT WITH MORE THINGS)

f1 = SimpleFraction(3, 4)
f2 = SimpleFraction(1, 4)
print(f1.num)
print(f1.denom)
print(f1.plus(f2))
print(f1.times(f2))
print(f1)
print(f1 * f2)
الأمر النتيجة
f1.num 3
f1.denom 4
f1.plus(f2) 1.0
f1.times(f2) 0.1875
print(f1) <__main__.SimpleFraction object at 0x00000234A8C41DF0>
print(f1 * f2) Error!

الشريحة 19: معاملات خاصة نُنفَّذها بدوال «dunder» (SPECIAL OPERATORS IMPLEMENTED WITH DUNDER METHODS)

  • رموز مثل +، -، ==، <، >، len()، print وغيرها الكثير هي ترميزات مختصرة (shorthand notations)
  • في الكواليس، تُستبدل هذه بدالة!

https://docs.python.org/3/reference/datamodel.html#basic-customization

  • يمكنك تجاوز هذه العمليات لتعمل مع صنفك

الشريحة 20: المعاملات الخاصة نُنفَّذها بدوال «dunder»

  • عرِّفها بشرطة سفلية مزدوجة قبل الاسم و/أو بعده
الدالة المعامل المكافئ
__add__(self, other) self + other
__sub__(self, other) self - other
__mul__(self, other) self * other
__truediv__(self, other) self / other
__eq__(self, other) self == other
__lt__(self, other) self < other
__len__(self) len(self)
__str__(self) print(self)
__float__(self) float(self) أي التحويل (cast)
__pow__ self**other
وغيرها …

الشريحة 21: طباعة أنواع البيانات الخاصة بنا (PRINTING OUR OWN DATA TYPES)

فاصل: كيف نتحكّم في تمثيل كائناتنا عند الطباعة؟

الشريحة 22: اطبع تمثيل الكائن (PRINT REPRESENTATION OF AN OBJECT)

>>> c = Coordinate(3,4)
>>> print(c)
<__main__.Coordinate object at 0x7fa918510488>
  • تمثيل الطباعة الافتراضي غير مفيد
  • عرّف دالة __str__ لصنفك
  • تستدعي Python دالة __str__ عند استخدامها مع print على كائن صنفك
  • أنت تقرّر ماذا تفعل! لنقل إنّنا عندما نطبع كائن Coordinate نريد أن نُظهر
>>> print(c)
<3,4>

الشريحة 23: عرّف دالة الطباعة الخاصة بك (DEFINING YOUR OWN PRINT METHOD)

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

    def __str__(self):
        return "<"+str(self.x)+","+str(self.y)+">"

الشريحة 24: لنسمي الأمر أن نفهم الأنواع والأصناف (WRAPPING YOUR HEAD AROUND TYPES AND CLASSES)

  • يمكنك سؤال Python عن نوع نسخة كائن
>>> c = Coordinate(3,4)
>>> print(c)
<3,4>
>>> print(type(c))
<class __main__.Coordinate>
  • هذا منطقيّ، لأنّ
>>> print(Coordinate)
<class __main__.Coordinate>
>>> print(type(Coordinate))
<type 'type'>
  • استخدم isinstance() للتحقّق ممّا إذا كان كائن ما هو Coordinate
>>> print(isinstance(c, Coordinate))
True

الشريحة 25: مثال: الكسور بدوال «dunder» (EXAMPLE: FRACTIONS WITH DUNDER METHODS)

  • أنشئ نوعًا جديدًا يمثّل عددًا ككسر
  • التمثيل الداخلي هو عددان صحيحان
    • البسط (numerator)
    • المقام (denominator)
  • الواجهة، أي الدوال، أي كيفية التفاعل مع كائنات Fraction
    • الجمع، الطرح، الضرب، القسمة، للعمل مع +، -، *، /
    • طباعة التمثيل، والتحويل إلى float
    • عكس الكسر
  • لنكتبها معًا!

الشريحة 26: إنشاء النسخ والطباعة (CREATE & PRINT INSTANCES)

class Fraction(object):
    def __init__(self, n, d):
        self.num = n
        self.denom = d

    def __str__(self):
        return str(self.num) + "/" + str(self.denom)

الشريحة 27: لنجرّبها (LET’S TRY IT OUT)

f1 = Fraction(3, 4)
f2 = Fraction(1, 4)
f3 = Fraction(5, 1)
print(f1)
print(f2)
print(f3)
الأمر النتيجة
print(f1) 3/4
print(f2) 1/4
print(f3) 5/1

حسنًا، لكنه يبدو غريبًا!

الشريحة 28: جرّب بنفسك (YOU TRY IT!)

  • عدّل دالة str لتمثّل Fraction كبسط فقط عندما يكون المقام 1. وإلا فإنّ تمثيله هو البسط ثم / ثم المقام.
class Fraction(object):
    def __init__(self, num, denom):
        self.num = num
        self.denom = denom

    def __str__(self):
        return str(self.num) + "/" + str(self.denom)

# Example:
a = Fraction(1,4)
b = Fraction(3,1)
print(a)
# prints 1/4
print(b)
# prints 3

الشريحة 29: تنفيذ المعاملات + - * / و float() (IMPLEMENTING + - * / float())

فاصل: ننتقل الآن من الطباعة إلى العمليات الحسابية على الكسور.

الشريحة 30: مقارنة بين الدالة العادية ودالة «dunder» (COMPARING METHOD vs. DUNDER METHOD)

SimpleFraction Fraction
def times(self, oth): def __mul__(self, other):
top = self.num*oth.num top = self.num*other.num
bottom = self.denom*oth.denom bottom = self.denom*other.denom
return top/bottom return Fraction(top, bottom)

الشريحة 31: لنجرّبها (LETS TRY IT OUT)

a = Fraction(1,4)
b = Fraction(3,4)
c = a * b
print(a)
print(c)
الأمر النتيجة
print(a) 1/4
print(c) 3/16

الشريحة 32: الأصناف تستطيع إخفاء التفاصيل (CLASSES CAN HIDE DETAILS)

هذه الثلاثة متكافئة تمامًا:

print(a * b)
print(a.__mul__(b))
print(Fraction.__mul__(a, b))
  • كل عملية في Python تعود في النهاية إلى استدعاء دالة
  • النسخة الأولى تجعل العملية واضحة دون أن نهتمّ بالتفاصيل الداخلية!
  • التجريد (abstraction) في العمل

الشريحة 33: الفكرة الكبرى (BIG IDEA)

  • العمليات الخاصة التي كنا نستخدمها ليست سوى دوال في الكواليس.
  • أشياء مثل:
    • print، len
    • +، *، -، /، <، >، <=، >=، ==، !=
    • []
    • وغيرها كثير!

الشريحة 34: يمكننا الإبقاء على الخيارين بإضافة دالة للتحويل إلى float (CAN KEEP BOTH OPTIONS BY ADDING A METHOD TO CAST TO A float)

class Fraction(object):
    def __init__(self, n, d):
        self.num = n
        …………
        self.denom = d

    def __float__(self):
        return self.num/self.denom

c = a * b
print(c)
print(float(c))
الأمر النتيجة
print(c) 3/16
`print(float(c)) 0.1875

الشريحة 35: لنجرّبها أكثر (LETS TRY IT OUT SOME MORE)

a = Fraction(1,4)
b = Fraction(2,3)
c = a * b
print(c)
الأمر النتيجة
print(c) 2/12
  • ليس تمامًا ما قد نتوقّعه! الكسر لم يُبسَّط (not reduced).
  • هل يمكننا إصلاح ذلك؟

الشريحة 36: أضِف دالة (ADD A METHOD)

class Fraction(object):
    …………
    def reduce(self):
        def gcd(n, d):
            while d != 0:
                (d, n) = (n%d, d)
            return n

        if self.denom == 0:
            return None
        elif self.denom == 1:
            return self.num
        else:
            greatest_common_divisor = gcd(self.num, self.denom)
            top = int(self.num/greatest_common_divisor)
            bottom = int(self.denom/greatest_common_divisor)
            return Fraction(top, bottom)

c = a*b
print(c)
print(c.reduce())
الأمر النتيجة
print(c) 2/12
print(c.reduce()) 1/6

الشريحة 37: لدينا بعض التحسينات المطلوبة (WE HAVE SOME IMPROVEMENTS TO MAKE)

نفس دالة reduce أعلاه، لكنّها تحتوي على ملاحظة واحدة لم تُستكمل في الشريحة:

class Fraction(object):
    …………
    def reduce(self):
        def gcd(n, d):
            while d != 0:
                (d, n) = (n%d, d)
            return n

        if self.denom == 0:
            return None
        elif self.denom == 1:
            s
            return self.num
        else:
            greatest_common_divisor = gcd(self.num, self.denom)
            top = int(self.num/greatest_common_divisor)
            bottom = int(self.denom/greatest_common_divisor)
            return Fraction(top, bottom)

ملاحظة المترجم: يظهر في الشريحة سطر مبتور s فوق return self.num في فرع self.denom == 1. لم يُخمَّن مضمونه، ونُصَّ على ما يظهر في النص المستخرَج فقط.

الشريحة 38: تحقّق من الأنواع، فهي مختلفة (CHECK THE TYPES, THEY’RE DIFFERENT)

a = Fraction(4,1)
b = Fraction(3,9)
ar = a.reduce()
br = b.reduce()
print(ar, type(ar))
print(br, type(br))
c = ar * br
الأمر النتيجة
print(ar, type(ar)) 4 <class 'int'>
print(br, type(br)) 1/3 <class '__main__.Fraction'>

الشريحة 39: جرّب بنفسك (YOU TRY IT!)

  • عدّل الشيفرة لتُعيد كائن Fraction عندما يكون المقام 1
class Fraction(object):
    def reduce(self):
        def gcd(n, d):
            while d != 0:
                (d, n) = (n%d, d)
            return n

        if self.denom == 0:
            return None
        elif self.denom == 1:
            return self.num
        else:
            greatest_common_divisor = gcd(self.num, self.denom)
            top = int(self.num/greatest_common_divisor)
            bottom = int(self.denom/greatest_common_divisor)
            return Fraction(top, bottom)

# Example:
f1 = Fraction(5,1)
print(f1.reduce())

# prints 5/1
# not 5

الشريحة 40: لماذا البرمجة الكينونية وتجميع البيانات بهذه الطريقة؟ (WHY OOP and BUNDLING THE DATA IN THIS WAY?)

  • الشيفرة منظّمة وقابلة للتقسيم إلى وحدات (modular)
  • الشيفرة سهلة الصيانة
  • من السهل البناء على الكائنات للحصول على كائنات أكثر تعقيدًا
  • التفكيك (decomposition) والتجريد (abstraction) في العمل مع أصناف Python
  • تجميع البيانات والسلوكيات يعني أنّك تستطيع استخدام الكائنات باتّساق
  • دوال «dunder» مُجرَّدة خلف عمليات مشتركة، لكنّها دوال في الكواليس!

الشريحة 41: 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 18: المزيد من طرائق الأصناف في بايثون التالي تمرين المحاضرة 18 وحلّه: جمع الدوائر وتمثيلها النصي