الشريحة 3: مثال متتبّع التمارين (Workout Tracker)

• نشكر Sam Maynard على هذا مثال البرمجة الكائنية التوجه (شرائحه جرى تعديلها)
• نفترض أننا نكتب برنامجًا يتتبّع التمارين الرياضية، مثلًا لساعة ذكية (smart watch)

ملاحظة المترجم: الصور في هذه الشريحة مستثناة من رخصة CC. تنويه حقوق النشر في الملف الأصلي: "Watch and fitness tracker screens © Apple. Fitbit © Fitbit Inc. Different kinds of workouts. Apple Garmin watch © Garmin. All rights reserved. This content is excluded from our Creative Commons license." لذلك لم تُنشر الصور، ونُقلت النقاط النصية فقط. للمزيد: https://ocw.mit.edu/help/faq-fair-use/

الشريحة 4: Fitness Tracker

أنواع مختلفة من التمارين الرياضية:

خصائص مشتركة:

• الأيقونة (Icon)
• التاريخ (Date)
• وقت البداية (Start Time)
• وقت النهاية (End Time)
• معدل ضربات القلب (Heart Rate)
• النوع (Kind)
• السعرات الحرارية (Calories)
• المسافة (Distance)

خاص بسباحة:

• سرعة السباحة (Swimming Pace)
• نوع الضربة (Stroke Type)
• تقسيمات كل 100 يارد (100 yd Splits)

خاص بجرية:

• الإيقاع (Cadence)
• سرعة الجري (Running Pace)
• تقسيمات كل ميل (Mile Splits)
• الارتفاع (Elevation)

ملاحظة المترجم: صور الشاشة في هذه الشريحة © Apple ومستثناة من رخصة CC، فلم تُنشر؛ ونُقلت القوائم النصية أعلاه.

الشريحة 5: مجموعات الكائنات لها سمات (مراجعة)

• سمات بيانات (Data attributes)
  • كيف يمكن أن تمثّل كائنك ببيانات؟
  • ما هو الكائن:
    • لإحداثيَّي (coordinate): قيمتَي x وy
    • لتمرين رياضي (workout): وقت البداية، ووقت النهاية، والسعرات الحرارية
• سمات وظيفية (Functional attributes) — أي السلوك أو العمليات أو الدوال (methods):
  • كيف يمكن أن يتفاعل أحدهم مع الكائن؟
  • ماذا يفعل:
    • لإحداثيَّين: إيجاد المسافة بين إحداثيين
    • لتمرين رياضي: عرض بطاقة معلومات

ملاحظة المترجم: صورة الشاشة في هذه الشريحة © Apple ومستثناة من رخصة CC، فلم تُنشر.

الشريحة 6: عرّف صنفًا بسيطًا (مراجعة)

class Workout(object):
    def __init__(self, start, end, calories):
        self.start = start
        self.end = end
        self.calories = calories
        self.icon = '😓😓'
        self.kind = 'Workout'

my_workout = Workout('9/30/2021 1:35 PM', 9/30/2021 1:57 PM', 200)

ملاحظة المترجم: السطر الأخير في الملف الأصلي فيه خطأ مطبعي (علامتا اقتباس مفردتان ناقصتان في الوسيط); نُقل كما هو.

الشريحة 7: دوال الجلب ودوال التعيين (مراجعة)

class Workout(object):
    def __init__(self, start, end, calories):
        self.start = start
        self.end = end
        self.calories = calories
        self.icon = '😓😓'
        self.kind = 'Workout'

    def get_calories(self):
        return self.calories

    def get_start(self):
        return self.start

    def get_end(self):
        return self.end

    def set_calories(self, calories):
        self.calories = calories

    def set_start(self, start):
        self.start = start

    def set_end(self, end):
        self.end = end

• تُستخدم دوال الجلب ودوال التعيين خارج الصنف للوصول إلى سمات البيانات

الشريحة 8: Demo — SELF PROVIDES ACCESS TO CLASS STATE

my_workout = Workout('9/30/2021 1:35 PM', 9/30/2021 1:57 PM', 200)

مخطط الكائن في الذاكرة، كما يظهر في النص المستخرَج:

الصنف (Class State Dictionary)	النسخة (Instance State Dictionary)
Workout — الصنف	my_workout — نسخة
__init__()	start
get_calories()	end
get_start()	calories
get_end()	icon
set_calories()	kind
set_start()
set_end()

• تُوصول إليها عبر الكلمة المفتاحية self

ملاحظة المترجم: هذا المخطط في الأصل رسم يربط كل دالة أو سمة في الصنف بما يقابلها في النسخة عبر أسهم. الأسهم لا تظهر في طبقة النص، لذا نُقلت القائمة الاثنتين كما وردت من اليسار إلى اليمين، والربط بينها هو: __init__ ينشئ سمات النسخة start وend وcalories وicon وkind، ودوال الجلب/التعيين تقرأ وتكتب هذه السمات.

الشريحة 9: النسخة (instance) وصيغة النقطة (مراجعة)

• إنشاء نسخة (instantiation) يُنشئ نسخة من كائن:

myWorkout = Workout('9/30/2021 1:35 PM', '9/30/2021 1:57 PM', 200)

• تُستخدم صيغة النقطة للوصول إلى السمات (بيانات ودوال)
• الأفضل استخدام دوال الجلب ودوال التعيين للوصول إلى سمات البيانات:

my_workout.calories
my_workout.get_calories()

الشريحة 10: لماذا نخفي المعلومات؟

• أبقِ واجهة صنفك أبسط ما يمكن
• استخدم دوال الجلب ودوال التعيين، لا السمات مباشرة
  • أي: استخدم دالة get_calories() وليس سمة calories
• هذا يمنع الأخطاء الناتجة عن تغيّرات التنفيذ
• قد يبدو تافهًا في البرامج الصغيرة، لكن في البرامج الكبيرة تزيد الواجهات المعقّدة احتمال حدوث الأخطاء
• إذا كنت تكتب صنفًا ليستخدمه آخرون، فأنت تلتزم بصيانة واجهته!

الشريحة 11: تغيير تنفيذ الصنف

• قد يغيّر كاتب تعريف الصنف التمثيل الداخلي أو طريقة التنفيذ
• استخدم متغيّر صنف (class variable)
• الآن تقدّر get_calories السعرات الحرارية بناءً على مدة التمرين إذا لم تُمرَّر سعرات
• إذا كنت تصل إلى سمات البيانات خارج الصنف وتغيّر تنفيذ الصنف، فقد تحصل على أخطاء

الشريحة 12: Demo — CHANGING THE CLASS IMPLEMENTATION

class Workout:
    cal_per_hr = 200

    def __init__(self, start, end, calories=None):
        self.start = parser.parse(start)
        self.end = parser.parse(end)
        self.calories = calories # may be None
        self.icon = '😓😓'
        self.kind = 'Workout'

    def get_calories(self):
        if (calories == None):
            return Workout.cal_per_hr*(self.end-self.start).total_seconds()/3600
        else:
            return self.calories

ملاحظة المترجم: الشرط if (calories == None) في الملف الأصلي يشير إلى calories غير المعرَّفة بدل self.calories، وهو خطأ في الأصل المطبوع؛ نُقل كما هو. (وفي ملفات الشيفرة المرافقة صُحّح إلى self.calories.)

الشريحة 13: ملاحظة جانبية: كائنات datetime ومكتبات بايثون أخرى

• تأخذ السلسلة التي تمثّل التاريخ والوقت وتحوّلها إلى كائن datetime:

from dateutil import parser
start = '9/30/2021 1:35 PM'
end = '9/30/2021 1:45 PM'
start_date = parser.parse(start)
end_date = parser.parse(end)
type(start_date)

• لماذا نفعل ذلك؟ لأنه يجعل العمليات على التواريخ سهلة! كائن datetime يتولّى كل شيء:

print((end_date-start_date).total_seconds())

ملاحظة المترجم: عنوان الشريحة في الأصل «ASIDE: datetime OBJECTS / OTHER PYTON LIBRARIES»، وفيه خطأ مطبعي (PYTON بدل PYTHON)؛ نُقل العنوان مع تصحيح الهجاء، والكلمة ASIDE تُترجم هنا بـ «ملاحظة جانبية».

الشريحة 14: متغيّرات الصنف تعيش في قاموس حالة الصنف

الصنف (Class State Dictionary)	النسخة (Instance State Dictionary)
Workout — الصنف	my_workout — نسخة
__init__()	start
get_calories()	end
get_start()	calories
get_end()	set_calories()
set_calories()	icon
set_start()	kind
set_end()	cal_per_hr

• تُوصول إليها عبر الكلمة المفتاحية self

ملاحظة المترجم: هذا هو المخطط نفسه الذي في الشريحة 8 مع إضافة اسم واحد. في النص المستخرَج يتشابك ترتيب عمودَي القائمة، لذا نُقل إلى جدولين. والإضافة هي cal_per_hr: هي متغيّر صنف (class variable)، ولذلك تقع في قاموس حالة الصنف لا في قاموس حالة النسخة.

الشريحة 15: متغيّرات الصنف (Class Variables)

• اربط متغيّر صنف مع كل نسخ الصنف
• تحذير: إذا غيّرت نسخة واحدة متغيّر الصنف، فهو يتغيّر لكل النسخ

class Workout:
    cal_per_hr = 200

    def __init__(self, start, end, calories):
        …

print(Workout.cal_per_hr)
w = Workout('1/1/2021 2:34', '1/1/2021 3:35', None)
print(w.cal_per_hr)
Workout.cal_per_hr = 250
print(w.cal_per_hr)

الشريحة 16: جرّب بنفسك!

• اكتب أسطر شيفرة لإنشاء كائني Workout
• كائن Workout واحد يُحفظ في المتغيّر w_one، من 1 يناير 2021 الساعة 3:30 مساءً حتى 4 مساءً. تريد تقدير السعرات الحرارية من هذا التمرين. اطبع عدد السعرات الحرارية لـ w_one.
• كائن Workout آخر يُحفظ في w_two، من 1 يناير 2021 الساعة 3:35 مساءً حتى 4 مساءً. أنت تعرف أنك حرقت 300 سعرة حرارية في هذا التمرين. اطبع عدد السعرات الحرارية لـ w_two.

الشريحة 17: التالي: تسلسلات الأصناف (Class Hierarchies)

الشريحة 18: التسلسلات الهرمية (Hierarchies)

• صنف الأب (Parent class) — أي الصنف الأعلى (superclass)
• صنف الابن (Child class) — أي الصنف الأدنى (subclass)
  • يرث كل البيانات والسلوكيات من صنف الأب
  • يضيف معلومات أكثر
  • يضيف سلوكيات أكثر
  • يتجاوز (override) سلوكًا

المخطط الهرمي كما يظهر في النص المستخرَج:

• Workout
• Outdoor Workout — ابن Workout
• Indoor Workout — ابن Workout
• Swimming — ابن Outdoor Workout
• Running — ابن Outdoor Workout
• Treadmill — ابن Indoor Workout
• Weights — ابن Indoor Workout

الشريحة 19: Fitness Tracker — أنواع مختلفة من التمارين

خصائص مشتركة:

• الأيقونة (Icon)
• التاريخ (Date)
• الوقت (Time)
• وقت البداية (Start)
• وقت النهاية (End Time)
• معدل ضربات القلب (Heart Rate)
• النوع (Kind)
• السعرات الحرارية (Calories)
• المسافة (Distance)

خاص بسباحة:

• سرعة السباحة (Swimming Pace)
• نوع الضربة (Stroke Type)
• تقسيمات كل 100 يارد (100 yd Splits)

خاص بجرية:

• الإيقاع (Cadence)
• سرعة الجري (Running Pace)
• تقسيمات كل ميل (Mile Splits)
• الارتفاع (Elevation)

ملاحظة المترجم: صور الشاشة في هذه الشريحة © Apple ومستثناة من رخصة CC، فلم تُنشر. ولاحظ أن هذه القائمة تختلف قليلًا عن الشريحة 4: هنا يظهر «Time» و«Start» منفصلين بدل «Start Time» فقط.

الشريحة 20: الوراثة: صنف الأب

class Workout(object):
    cal_per_hr = 200

    def __init__(self, start, end, calories=None):
        …

• كل شيء كائن
• كائن الصنف ينفّذ العمليات الأساسية في بايثون، مثل ربط المتغيّرات

الشريحة 21: الوراثة: الصنف الابن

class RunWorkout(Workout):
    def __init__(self, start, end, elev=0, calories=None):
        super().__init__(start,end,calories)
        self.icon = '🏃'
        self.kind = 'Running'
        self.elev = elev

    def get_elev(self):
        return self.elev

    def set_elev(self, e):
        self.elev = e

• تُضاف وظيفة جديدة، مثل get_elev()
• يمكن استدعاء الدوال الجديدة على نسخة من نوع RunWorkout
• تستخدم __init__ الدالة super() لإعداد النسخة الأساسية من Workout (ويمكن أيضًا استدعاء Workout.__init__(start,end,calories) مباشرة)

الشريحة 22: Demo — تمثيل الوراثة في الذاكرة

صنف Workout (Class State)	صنف RunWorkout (Class State)	النسخة (Instance State)
__init__()	RunWorkout — الصنف	start
get_calories()	__init__()	end
get_start()	super()	calories
get_end()	get_elev()	icon
set_calories()	set_elev()	kind
set_start()	cals_per_km — يظهر لاحقًا	elev
set_end()
cal_per_hr

• تُوصول إلى سمات النسخة عبر الكلمة المفتاحية self

ملاحظة المترجم: في النص المستخرَج تتشابك أسماء العناصر الثلاثة، لذا نُقلت إلى جدول بثلاثة أعمدة. الترتيب الحرفي للأسماء كما ورد: Workout، Class، get_start()، get_end()، RunWorkout، set_calories()، instance، set_start()، super()، RunWorkout، Class، start، end، set_end()، calories، __init__()، icon، cal_per_hr، kind، elev، get_elev()، set_elev()، Accessed via "self" keyword، Instance State، Class State.

الشريحة 23: لماذا نستخدم الوراثة؟

• تحسين الوضوح
  • أوجه التشابه صريحة في صنف الأب
  • أوجه الاختلاف صريحة في الصنف الابن
• إعادة استخدام الشيفرة
• تعزيز الترابطية (Modularity)
  • يمكن تمرير الأصناف الأبناء إلى أي دالة تستخدم الصنف الأب

الشريحة 24: الأصناف الأبناء تعيد استخدام شيفرة الصنف الأب

• دالة طباعة معقّدة مشتركة بين كل الأصناف الأبناء

class Workout(object):
    ………

    def __str__(self):
        outputs
        width = 16
        retstr = f"|{'–'*width}|\n"
        retstr += f"|{' ' *width}|\n"
        iconLen = 0
        retstr += f"| {self.icon}{' '*(width-3)}|\n"
        retstr += f"| {self.kind}{' '*(width-len(self.kind)-1)}|\n"
        retstr += f"|{' ' *width}|\n"
        duration_str = str(self.get_duration())
        retstr += f"| {duration_str}{' '*(width-len(duration_str)-1)}|\n"
        cal_str = f"{self.get_calories():.0f}"
        retstr += f"| {cal_str} Calories {' '*(width-len(cal_str)-11)}|\n"
        retstr += f"|{' ' *width}|\n"
        retstr += f"|{'_'*width}|\n"
        return retstr

الشريحة 25: Demo — الأصناف الأبناء تعيد استخدام شيفرة الصنف الأب

w=Workout(…)
rw=RunWorkout(…)
sw=SwimWorkout(…)
print(w)
print(rw)
print(sw)

الشريحة 26: أين يمكنني استخدام نسخة من صنف؟

• يمكننا استخدام نسخة من RunWorkout في أي مكان يمكن فيه استخدام Workout
• العكس غير صحيح (لا يمكنك استخدام Workout في أي مكان يُستخدم فيه RunWorkout)
• فكّر في دالتين مساعدتين:

def total_calories(workouts):
    cals = 0
    for w in workouts:
        cals += w.get_cals()
    return cals

def total_elevation(run_workouts):
    elev = 0
    for w in run_workouts:
        elev += w.get_elev()
    return elev

الشريحة 27: Demo — أين يمكنني استخدام نسخة من صنف؟

def total_calories(workouts):
    cals = 0
    for w in workouts:
        cals += w.get_cals()
    return cals

def total_elevation(run_workouts):
    elev = 0
    for w in run_workouts:
        elev += w.get_elev()
    return elev

w1 = Workout('9/30/2021 1:35 PM','9/30/2021 2:05 PM')
w2 = Workout('9/30/2021 4:35 PM','9/30/2021 5:05 PM')
rw1 = RunWorkout('9/30/2021 1:35 PM','9/30/2021 3:35 PM', 100)
rw2 = RunWorkout('9/30/2021 1:35 PM','9/30/2021 3:35 PM', 200)

total_calories([w1,w2,rw1,rw2])      # (1)  # cal = 100+100+400+400

total_elevation([rw1,rw2])          # (2)  # elev = 100+200

total_elevation([w1,rw1])           # (3)  # err! w1 has no elev method

الشريحة 28: جرّب بنفسك!

• لكل سطر ينشئ كائنًا أدناه، أخبرني:
  • ما قيمة السعرات الحرارية عبر get_calories()؟
  • ما قيمة الارتفاع عبر get_elev()؟

w1 = Workout('9/30/2021 2:20 PM','9/30/2021 2:50 PM')
w2 = Workout('9/30/2021 2:20 PM','9/30/2021 2:50 PM',450)
rw1 = RunWorkout('9/30/2021 2:20 PM','9/30/2021 2:50 PM',250)
rw2 = RunWorkout('9/30/2021 2:20 PM','9/30/2021 2:50 PM',250,300)
rw3 = RunWorkout('9/30/2021 2:20 PM','9/30/2021 2:50 PM',calories=300)

ملاحظة المترجم: سطرا rw2 وrw3 في نص الشريحة المستخرَج مختصران عند نهاية السطر في الملف الأصلي؛ نُقلا كما هما.

الشريحة 29: Demo — تجاوز دوال الصنف الأعلى (Overriding Superclasses)

• تجاوز الصنف الأعلى — إضافة حساب للسعرات الحرارية اعتمادًا على المسافة

class RunWorkout(Workout):
    cals_per_km = 100
    …

    def get_calories(self):
        if (self.route_gps_points != None):
            dist = 0
            lastP = self.routeGpsPoints[0]
            for p in self.routeGpsPoints[1:]:
                dist += gpsDistance(lastP,p)
                lastP = p
            return dist * RunWorkout.cals_per_km
        else:
            return super().get_calories()

ملاحظة المترجم: اسم السمة في شرط if هو self.route_gps_points بينما يُستعمل في بقية الدالة self.routeGpsPoints؛ هذا التعارض موجود في الأصل المطبوع وقد نُقل كما هو.

الشريحة 30: الدوال المُتجاوَزة في الذاكرة

صنف Workout (Class State)	صنف RunWorkout (Class State)	النسخة (Instance State)
__init__()	RunWorkout — الصنف	start
get_start()	__init__()	end
get_end()	super()	calories
set_calories()	get_elev()	icon
set_start()	set_elev()	kind
set_end()	get_calories()	elev
cal_per_hr	cals_per_km
get_calories()

• تُوصول إلى سمات النسخة عبر الكلمة المفتاحية self

ملاحظة المترجم: في هذه الشريحة يظهر get_calories() مرتين: مرة في صنف Workout (الأصل) ومرة في صنف RunWorkout (الدالة المُتجاوَزة، وبداخلها super()). هذا هو جوهر الشريحة.

الشريحة 31: أي دالة ستُنادى؟

• التجاوز (Overriding): دوال في الصنف الابن لها نفس اسم دوال في الصنف الأعلى
• لنسخة من صنف ما، ابحث عن اسم الدالة في تعريف الصنف الحالي
• إذا لم يُعثر عليه، ابحث عن اسم الدالة صعودًا في التسلسل الهرمي (في الصنف الأب، ثم الجد، وهكذا)
• استخدم أول دالة تصعد في التسلسل الهرمي وتجدها بهذا الاسم

المخطط مع get_calories() في كل مستوى:

• Workout ← فيه get_calories()
• Outdoor Workout ← get_calories()؟
• Indoor Workout ← get_calories()؟
• Swimming
• Running ← get_calories()؟
• Weights
• Treadmill

الشريحة 32: Demo — اختبار التساوي مع الأصناف الأبناء

• مع الأصناف الأبناء، غالبًا ما نريد ضمان تساوي الصنف الأساسي، إضافةً إلى الخصائص الجديدة في الصنف الابن

class Workout(object):
    ……
    def __eq__(self, other):
        return type(self) == type(other) and \
        self.startDate == other.startDate and \
        self.endDate == other.endDate and \
        self.kind == other.kind and \
        self.get_calories() == other.get_calories()

class RunWorkout(Workout):
    ……
    def __eq__(self,other):
        return super().__eq__(other) and self.elev == other.elev

الشريحة 33: تصميم كائني التوجه: فنّ أكثر منه علم

• البرمجة الكائنية التوجه أداة قويّة لتجزئة شيفرتك وتجميع الحالة مع الدوال
• لكن
• من الممكن أن تفرط في ذلك
• المبرمجون الجدد في البرمجة الكائنية التوجه كثيرًا ما ينشئون تسلسلات أصناف متقاربة
• ليس بالضرورة فكرة جيدة
• فكّر في مستخدمي شيفرتك: هل سيبدو تفكيكك منطقيًا لهم؟
• لأن الدالة التي ستُنادى ضمنية داخل التسلسل الهرمي للأصناف، قد يصعب أحيانًا استدلال تدفّق التحكّم
• الإنترنت مليء بالآراء حول البرمجة الكائنية التوجه و«تصميم الشيفرة الجيد» — عليك أن تبني ذوقك الخاص من خلال الخبرة!

الشريحة 34: MIT OpenCourseWare

• https://ocw.mit.edu
• 6.100L Introduction to Computer Science and Programming Using Python — Fall 2022
• ولمعلومات كيفية الاستشهاد بهذه المواد أو شروط استخدامها، راجع: https://ocw.mit.edu/terms