الأصناف والكائنات

أهداف التعلّم

بعد إتمام هذا القسم

• ستعرف ما هو الصنف
• ستفهم الصلة بين الصنف والكائن
• ستعرف المقصود بالبرمجة الكائنية

في القسم السابق تعاملنا مع القوائم والصفوف والقواميس والسلاسل النصية. وكلها حالات خاصة إلى حد ما في برمجة Python. فبنية Python النحوية تتضمّن طريقة فريدة معرَّفة مسبقًا للإعلان عن كائن ينتمي إلى كل من هذه الأنواع:

# Lists are declared with square brackets
my_list = [1,2,3]

# Strings are declared with quotation marks
my_string = "Hi there!"

# Dictionaries are declared with curly brackets
my_dict = {"one": 1, "two:": 2}

# Tuples are declared with parentheses
my_tuple = (1,2,3)

وعند الإعلان عن نوع آخر من الكائنات، نحتاج إلى استدعاء دالة تهيئة خاصة تُسمّى الباني (constructor). ولننظر إلى التعامل مع الكسور من خلال الصنف Fraction.

# we are using the class Fraction from the module fractions
from fractions import Fraction

# create some new fractions
half = Fraction(1,2)

third = Fraction(1,3)

another = Fraction(3,11)

# print these out
print(half)
print(third)
print(another)

# Fractions can be added together, for example
print(half + third)

1/2
1/3
3/11
5/6

كما ترى أعلاه، تبدو استدعاءات تابع الباني مختلفة قليلًا عن استدعاءات التابعات العادية التي صادفناها من قبل. فأولًا، هي غير مرتبطة بأي كائن بصيغة النقطة (إذ إن استدعاء الباني ضروري لإنشاء كائن أصلًا). كما أن اسم تابع الباني يبدأ بحرف كبير: half = Fraction(1,2). ولننظر عن قرب إلى كيفية بناء الكائنات بأن نألف مفهوم الصنف.

الصنف مخطط للكائن

لقد استخدمنا مصطلح الصنف في هذه المادة مرات عديدة. فمثلًا، في المثال أعلاه استوردنا الصنف Fraction من الوحدة fractions. وقد أُنشئت كائنات كسور جديدة باستدعاء تابع الباني للصنف Fraction.

ويحوي تعريف الصنف بنية أي كائن يمثّله ووظائفه. ولهذا تُوصف الأصناف أحيانًا بأنها مخططات للكائنات. إذًا، يخبرك تعريف الصنف بنوع البيانات التي يحويها الكائن، ويعرّف أيضًا التابعات التي يمكن استخدامها على الكائن. وتشير البرمجة الكائنية إلى نمط برمجي ترتبط فيه وظائف البرنامج باستخدام الأصناف والكائنات المنشأة بناءً عليها.

ويمكن استخدام تعريف صنف واحد لإنشاء عدة كائنات. وكما ذُكر سابقًا، فالكائنات مستقلة. والتغييرات التي تُجرى في كائن واحد لا تؤثر عمومًا في الكائنات الأخرى التي تمثّل الصنف نفسه. ولكل كائن مجموعته الفريدة من الخصائص البيانية. وقد يكون من المفيد أن تتأمّل هذا التبسيط للعلاقة بين الصنف والكائن:

• يحدّد الصنف المتغيّرات
• عند إنشاء الكائن، تُسنَد قيم إلى تلك المتغيّرات

إذًا، يمكننا استخدام كائن من نوع Fraction للوصول إلى بسط عدد كسري ومقامه:

from fractions import Fraction

number = Fraction(2,5)

# Print the numerator
print(number.numerator)

# ...and the denominator
print(number.denominator)

2
5

ويحوي تعريف الصنف Fraction إعلانات للمتغيّرين numerator وdenominator. ولكل كائن منشأ بناءً على هذا الصنف قيمه الخاصة المسنَدة إلى هذين المتغيّرين.

وبالمثل، يحوي كل كائن منشأ بناءً على الصنف date قيمه الفريدة الخاصة بالسنة والشهر واليوم من التاريخ:

from datetime import date

xmas_eve = date(2020, 12, 24)
midsummer = date(2020, 6, 20)

# print only the month attribute of both objects
print(xmas_eve.month)
print(midsummer.month)

12
6

ويحوي تعريف الصنف date إعلانات المتغيّرات year وmonth وday. وعند إنشاء كائن date جديد بناءً على هذا الصنف، تُسنَد قيم إلى هذه المتغيّرات. ولكل كائن قيمه الفريدة المسنَدة إلى هذه المتغيّرات.

دوال تعمل مع الكائنات

ينبغي أن يكون تمرير كائن كوسيط إلى دالة مألوفًا لديك الآن، فقد فعلنا ذلك مرات عديدة في هذه الدورة حتى الآن. ولننظر إلى المثال التالي. لدينا هنا دالة تتحقق مما إذا كان كائن date الممرَّر كوسيط يوافق يوم عطلة الأسبوع:

def is_it_weekend(my_date: date):
    weekday = my_date.isoweekday()
    return weekday == 6 or weekday == 7

وتستخدم هذه الدالة التابع isoweekday، المعرَّف في تعريف الصنف date، وتُعيد قيمة عددية صحيحة، بحيث إذا كان التاريخ المُعطى يوم اثنين أرجعت 1، وإذا كان يوم ثلاثاء أرجعت 2، وهكذا.

ويمكنك استخدام الدالة أعلاه هكذا:

xmas_eve = date(2020, 12, 24)
midsummer = date(2020, 6, 20)

print(is_it_weekend(xmas_eve))
print(is_it_weekend(midsummer))

False
True

التابعات مقابل المتغيّرات

عند التعامل مع كائن من نوع date قد تلاحظ فرقًا بسيطًا بين طريقة الوصول إلى المتغيّرات الموجودة في الكائن، وطريقة استخدام التابعات المرتبطة به:

my_date = date(2020, 12, 24)

# calling a method
weekday = my_date.isoweekday()

# accessing a variable
my_month = my_date.month

print("The day of the week:", weekday)
print("The month:", my_month)

The day of the week: 4
The month: 12

ويتوفّر يوم الأسبوع الذي يوافق التاريخ عبر التابع isoweekday:

weekday = my_date.isoweekday()

وهذا استدعاء تابع، لذا توجد أقواس بعد اسم التابع. وترك الأقواس لا يسبّب خطأً، لكن النتائج تكون غريبة:

weekday =  my_date.isoweekday
print("The day of the week:", weekday)

The day of the week: <built-in method isoweekday of datetime.date object at 0x10ed66450>

أما شهر كائن date فهو متغيّر، لذا يمكن الوصول إلى القيمة المرتبطة به بـ_مرجع_.

my_month = my_date.month

لاحظ أنه لا توجد أقواس هنا. وإضافة الأقواس ستسبّب خطأً:

my_month = my_date.month()

Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: 'int' object is not callable

تمرين برمجي: قائمة السنوات

يُرجى كتابة دالة اسمها list_years(dates: list) تأخذ قائمة من الكائنات من نوع date كوسيط لها. وينبغي للدالة أن تُرجع قائمة جديدة تحوي السنوات الموجودة في القائمة الأصلية بترتيب زمني، من الأقدم إلى الأحدث.

ومثال على عمل الدالة:

date1 = date(2019, 2, 3)
date2 = date(2006, 10, 10)
date3 = date(1993, 5, 9)

years = list_years([date1, date2, date3])
print(years)

[1993, 2006, 2019]

تمرين برمجي: قائمة التسوق

يحوي قالب التمرين صنفًا معرَّفًا مسبقًا هو ShoppingList، ويمكن استخدامه لنمذجة قائمة تسوّق. ومهمتك أن تضيف تابعًا إلى تعريف الصنف. ولا حاجة إلى تغيير أي تابعات معرَّفة أصلًا.

بافتراض أن لدينا كائن ShoppingList مشارًا إليه في متغيّر اسمه shopping_list، فيمكن التعامل مع الكائن بالتابعات التالية:

print(shopping_list.number_of_items())
print(shopping_list.item(1))
print(shopping_list.amount(1))
print(shopping_list.item(2))
print(shopping_list.amount(2))

2
Bananas
4
Milk
1

ويمكننا أيضًا فعل هذا:

# the items on the shopping list are indexed from 1
for i in range(1, shopping_list.number_of_items()+1):
    item = shopping_list.item(i)
    amount = shopping_list.amount(i)
    print(f"{item}: {amount} units")

Bananas 4 units
Milk 1 units

وكما ترى، يعمل ShoppingList قليلًا مثل قائمة عادية، لكن يُوصَل إليه عبر التابعات التي يوفّرها الصنف ShoppingList. وخلافًا لقوائم Python العادية، تبدأ الفهرسة من 1 لا من 0.

يُرجى كتابة دالة اسمها total_units(my_list: ShoppingList)، تأخذ كائنًا من نوع ShoppingList كوسيط لها. وينبغي للدالة أن تحسب مجموع الوحدات المدرجة، وتُرجع القيمة.

ويمكنك استخدام الشيفرة التالية لاختبار دالتك:

if __name__ == "__main__":
    my_list = ShoppingList()
    my_list.add("bananas", 10)
    my_list.add("apples", 5)
    my_list.add("pineapple", 1)

    print(total_units(my_list))

16

ملاحظة: تعريف الصنف ShoppingList مُضمَّن أصلًا في قالب التمرين. ولا حاجة إلى استخدام أمر import لاستيراده، خلافًا لما في الأمثلة أعلاه مع صنفَي المكتبة القياسية في Python وهما Fraction وdate.