Python

من موسوعة حسوب
اذهب إلى: تصفح، ابحث

لغة Python هي لغة عالية المستوى مُفسَّرة ذات مجالٍ عام، وهي مرنةٌ وتحاول التعبير عن المفاهيم البرمجية بأقل قدر ممكن من الشيفرات. تدعم لغة Python البرمجة الكائنية والبرمجة الإجرائية، وفيها مكتبة قياسية كبيرة.

لغة Python هي لغةٌ مفتوحة المصدر، ومدعومةٌ من أغلبية أنظمة التشغيل.

محتويات

لمحة عن Python

إن كنت تنجز الكثير من الأعمال باستخدام الحاسوب، فستجد نفسك بحاجة إلى تأدية بعض المهام بصورة مؤتمتة. فعلى سبيل المثال قد ترغب في إنجاز عملية بحث واستبدال على عدد كبير من الملفات، أو إعادة تسمية وترتيب مجموعة من ملفات الصور وبطريقة معقدة. قد ترغب ربّما بكتابة قاعدة بيانات صغيرة، أو إنشاء تطبيق يمتلك واجهة رسومية خاصّة، أو حتى لعبة بسيطة.

إن كنت من المحترفين في مجال تطوير البرمجيات فإنّك ستلجأ على الأرجح إلى استخدام العديد من مكتبات اللغات C/C++/Java ولكنّك ستجد أنّ عمليات الكتابة ثم التصريف ثم الاختبار ثم إعادة التصريف قد أصبحت سلسلة من العمليات المتكررة البطيئة للغاية.

لربّما كنت تكتب حزمة اختبار لمثل هكذا مكتبة فوجدت أن كتابة شيفرة الاختبار أمر متعب للغاية، أو أنّك كتبت برنامجًا بمقدوره استخدام لغة ملحقة، ولكنّك لا ترغب بتصميم وتضمين لغة جديدة للتطبيق.

كل ما سبق هو ما تقوم به لغة بايثون.

يمكنك كتابة شيفرة صدفة في أنظمة يونكس (Unix) أو كتابة ملفات batch في نظام ويندوز (Windows) لأداء بعض من المهمات التي ذكرناها سابقًا، ولكن شيفرات الصدفة (shell scripts) ملائمة لنقل الملفات وإجراء التعديلات على البيانات النصية، وهي ليست ملائمةً إطلاقًا للتطبيقات ذات الواجهات الرسومية أو الألعاب. يمكنك أن تكتب برنامجًا باستخدام اللغات C/C++/Java ولكنّ قد تأخذ عملية النسخة الأولية وقتًا طويلًا. تمتاز لغة بايثون بسهولة الاستخدام، وتوفّرها في أنظمة Windows، و Mac OS X و Unix، وستساعدك في إنجاز أعمالك بسرعة أكبر.

بايثون سهلة الاستخدام، ولكنّها في الوقت عينه لغة برمجية حقيقية، تقدّم دعمًا وبنية أكبر للبرامج الكبيرة من شيفرات الصدفة أو ملفات batch. ومن جانب آخر، تقدّم بايثون قدرة أكبر على تفحّص الأخطاء من لغة C، ونظرًا لكون بايثون لغة من المستوى العالي جدًّا، فإنّها تتضمّن أنواعًا ذات مستوى عالٍ أيضًا، كالمصفوفات المرنة والقواميس. ولمّا كانت الأنواع أكثر شمولية في بايثون فبالإمكان الاستفادة من اللغة في حل مشاكل أكبر من تلك التي يمكن حلّها بواسطة لغات مثل Awk أو حتى Perl، ومع ذلك فإنّ الأمور تكون في بايثون على أقلّ تقدير بنفس سهولة اللغتين السابقتين.

تتيح بايثون تقسيم البرنامج إلى حزم متعددة يمكن إعادة استخدامها في برامج بايثون أخرى، وتمتلك اللغة مجموعة كبيرة من الحزم الأساسية التي يمكن استخدامها كأساس لبرامجك، أو كأمثلة تساعدك في البدء بتعلّم البرمجة بواسطة بايثون. تقدّم بعض هذه الحزم أمورًا مثل نظام المدخلات والمخرجات للملفات file I/O، استدعاءات النظام، sockets وحتى واجهات لبعض حزم الواجهات مثل Tk.

بايثون هي لغة مفسّرة (interpreted، وليست مبنية [compiled]) ما يتيح توفير الكثير من الوقت أثناء عملية التطوير نظرًا لانتفاء الحاجة إلى إجراء عملية التصريف والربط. يمكن استخدام المفسِّر بصورة تفاعلية، الأمر الذي يسهّل التعامل مع الخصائص التي تقدّمها اللغة، ولكتابة برامج لغرض التدريب أو الاختبار، أو لاختبار دالة أثناء عملية تطوير برنامج ما، إضافة إلى إمكانية استخدام المفسّر كآلة حاسبة.

تتيح بايثون كتابة البرامج بأسلوب مختصر ومقروء، فالبرامج المكتوبة في بايثون تكون عادة أقصر بكثير من مكافئاتها في لغات C، أو C++‎، أو Java، ولعدّة أسباب:

  • تتيح أنواع البيانات ذات المستوى العالي إمكانية استخدام تعابير معقدّة في عبارة واحدة.
  • يجري تجميع العبارات باستخدام الإزاحات، بدلًا من أقواس البداية والنهاية.
  • لا حاجة للتصريح عن نوع المتغير أو الوسيط.

بايثون قابلة للتجديد: إن كنت تجيد البرمجة باستخدام لغة C فمن السهل حينئذٍ أن تضيف دالة ضمنية إلى اللغة أو حزمة جديدة إلى المفسر، وذلك إمّا لتأدية المهام الضرورية بأقصى سرعة، أو لربط برامج بايثون مع المكتبات التي تكون متوفّرة بالصيغة الثنائية فقط (مثل مكتبات الرسوميات الخاصّة بالشركة). وعند إجراء عملية الربط يصبح بالإمكان ربط مفسِّر بايثون بتطبيق مكتوب بلغة C واستخدامه كأداة ملحقة أو كلغة أوامر في ذلك التطبيق.

سمّيت لغة بايثون بهذا الاسم تيمّنًا بعرض السيرك الذي كانت تقدّمه قناة BBC والذي يحمل الاسم «Monty Python’s Flying Circus» ولا رابط بينه وبين الحيوانات الزاحفة.

بنية اللغة

بيان للبنية العامة للغة بايثون وبعض الأمور العامة مثل التعليقات وتسمية المعرّفات وغيرها.

مفسر بايثون

يستخدم مفسر بايثون لمعالجة الشيفرات المكتوبة بها، وهو يقبل عددًا من الخيارات، ويمكن تشغيله في الوضع التفاعلي.

أنواع البيانات

القيمة المنطقية (boolean)

القيمتان المنطقيتان (البوليانيتان) اللتان تدعمهما بايثون هما True و False وهما كائنان ثابتان (Constant objects) يعبران عن صحّة تعبير ما، فإمّا أن يكون صحيحًا True أو خطأً False.

الأعداد الصحيحة (int)

العدد الصحيح integer هو أي عدد موجب أو سالب لا يتضمن فاصلة عشرية، ويمكن تمثيله بالنظام العشري (decimal، الأساس 10) والست عشري (hexadecimal، الأساس 16) والثماني (octal، الأساس 8) والثنائي (binary، الأساس 2).

الأعداد العشرية (float)

الأعداد العشرية (ذات الفاصلة العائمة floating point) هي الأعداد التي تتضمن فاصلة عشرية أو علامة أسية

الأعداد العشرية (decimal)

تتيح وحدة decimal إجراء حسابات سريعة على الأعداد العشرية مع ضمان التقريب الصحيح.

الأعداد الكسرية (fraction)

تتيح وحدة fractions التعامل مع الأعداد الكسرية مثل (⅓) أو (4/18)  وإجراء العمليات الحسابية المختلفة عليها.

الأعداد المركبة (complex)

تتكوّن الأعداد المركبّة من جزأين حقيقي وتخيّلي وكلاهما من الأعداد العشرية ذات الفاصلة العائمة float، ويستخدم الحرفان 'j' أو 'J' للتعبير عن الأعداد المركبة.

السلاسل النصية (str)

السلسلة النصية هي تسلسل من الحروف وهي غير قابلة للتغيير (immutable).

الصفوف (tuples)

يتكوّن الصفّ من عدد من القيم المفصولة عن بعضها بفاصلة.

القوائم (lists)

قائمة من القيم (العناصر) المفصولة عن بعضها البعض بفواصل (,) ومحاطة بأقواس مربعة. يمكن للقوائم أن تتضمّن أنواعًا مختلفة، ولكن عادة ما تكون العناصر كلها من النوع نفسه.

المجموعات (set)

مجموعة من الكائنات غير المرتّبة وغير المكرّرة وغير القابلة للتعديل (immutable).

القواميس (dict)

القواميس هي مجاميع غير مرتّبة من أزواج (مفتاح: قيمة) (key: value).

البايتات (bytes)

البايتات هي تسلسلات لبايتات مفردة غير قابلة للتغيير (immutable)، وهي مشابهة إلى حدّ كبير للسلاسل النصية.

مصفوفات البايتات (bytesarray)

مصفوفات البايتات bytearray هي الكائنات القابلة للتغيير والتي تقابل كائنات البايتات bytes.

العمليات Operations

العمليات المنطقية (Boolean Operations)

تقدّم بايثون ثلاث عمليات منطقية هي or و and و not.

عمليات المقارنة (Comparison Operations)

تقدّم بايثون ثمان عمليات للمقارنة، وتمتلك جميعها نفس الأولوية (وهي أعلى من العمليات المنطقية).

العمليات العددية (Numeric Operations)

تدعم بايثون شأنها في ذلك شأن بقية اللغات البرمجية جميع العمليات الحسابية المعروفة، وتدعم جميع الأنواع العددية (باستثناء الأعداد المركبة)

عمليات الأعداد الثنائية (Bitwise Operations)

يمكن إجراء عمليات الأعداد الثنائية Bitwise على الأعداد الصحيحة فقط.

عمليات التسلسلات (Sequence Operations)

تدعم بايثون مجموعة من العمليات الخاصة بالتسلسلات (القوائم، الصفوف،  السلاسل النصية، والبايتات ومصفوفات البايتات).

عوامل البايتات ومصفوفات البايتات (Byte and Bytesarray Operations)

تدعم كائنات البايتات ومصفوفات البايتات عمليات التسلسلات الشائعة، وتتوافق هذه الكائنات مع العوامل من النوع ذاته إضافة إلى أي كائن شبيه بالبايتات.

عمليات المجموعات (Sets operations)

تقدّم بايثون مجموعة من العمليات الخاصة بالمجموعات والمجموعات الجامدة.

بنى التحكم

If

تقدّم بايثون عبارة if للتحكم المشروط بتدفق الشيفرة.

for

عبارة for في بايثون تمرّ على عناصر أي تسلسل (قائمة أو سلسلة نصية) معتمدة في ذلك على ترتيب تلك العناصر في ذلك التسلسل.

while

تستمر عبارة while في العمل ما دام الشرط الذي تعمل على أساسه صحيحًا.

pass

لا تؤدي عبارة pass أي عمل على الإطلاق، ويمكن استخدام هذه العبارة عند الحاجة إلى استخدام عبارة معينة ولكن دون الحاجة إلى أداء أي وظيفة.

طرق استخدام الحلقات التكرارية

تقدّم بايثون مجموعة من الدوال والتوابع التي تسهّل عملية إنشاء الحلقات التكرارية والاستفادة منها بصورة فعّالة في القواميس والقوائم وغيرها.

الدوال

تعريف الدوال

تُعرَّف الدوال باستخدام الكلمة المفتاحية def يتبعها اسم الدالة ثم قائمة بالمعاملات محاطة بالأقواس. أما الكتلة الرئيسية للدالة فتبدأ في السطر التالي لسطر التعريف، ويجب أن تزاح بمقدار إزاحة واحدة.

معاملات الدوال

يمكن تعريف الدوال مع عدد غير محدّد من المعاملات.

تعابير lambda

يمكن إنشاء دوال لا تحمل أسماء باستخدام الكلمة المفتاحية lambda.

سلاسل التوثيق النصية

يمكن أن تكون العبارة الأولى في كتلة الدالة سلسلة نصّية، وتمثّل سلسلة التوثيق النصية الخاصة بتلك الدالة ويطلق عليها أيضًا تسمية docstring، ستخدم سلاسل التوثيق النصية لإنتاج توثيق عبر شبكة الإنترنت، أو تسمح للمستخدم بتصفح الشيفرة بصورة تفاعلية.

الأصناف

مقدمة

تعدّ الأصناف وسيلة لجمع البيانات والعمليات في بوتقة واحدة، ويؤدي إنشاء صنف جديد إلى تكوين نوع جديد من الكائنات، ما يتيح إنشاء نسخ (instances) من ذلك النوع. يمكن أن ترتبط بكلّ صنف مجموعة من الخاصيات (attributes) التي تساعد في متابعة حالة الصنف، إضافة إلى مجموعة من التوابع (methods) التي تساعد في تعديل حالة ذلك الصنف.

النطاقات ومجالات الأسماء

مجال الأسماء هو رابط بين الأسماء والكائنات، ومن الأمثلة على مجالات الأسماء: مجموعة الأسماء الداخلية، الأسماء العامة (global) في وحدة معينة، والأسماء المحلية (local) في بنية دالّة ما. أما النطاق فهو جزء من شيفرة بايثون يمكن فيه الوصول إلى مجال الأسماء بصورة مباشرة.

تعريف الأصناف

تستخدم الكلمة المفتاحية class لتعريف الأصناف الجديدة في بايثون.

الوراثة

تدعم بايثون شأنها في ذلك شأن أي لغة برمجية كائنية التوجه مفهوم الوراثة، وتدعم كذلك إعادة تعريف (override) التوابع الموروثة من الأصناف الأساسية إضافة إلى الوراثة المتعددة.

المتغيرات الخاصّة private variables

متغيرات الأصناف الخاصة (Private) والتي لا يمكن الوصول إليها من خارج الكائن غير موجودة في بايثون. ولكن يتفق معظم المبرمجين على أنّ الاسم المسبوق بشرطة سفلية (مثل: ‎_spam) يجب أن يُعامل كجزء غير عام من الواجهة البرمجية (سواء أكان ذلك الجزء دالة أو تابعًا أو خاصية). 

المكررات iterators

المكرّرات هي أساس عمل حلقات for التكرارية، ويمكن تخصيص عمل هذه الحلقات التكرارية عن طريق تعريف مكررات جديدة.

المولّدات generators

المولّدات هي أداة بسيطة وقوية لإنشاء المكرِّرات. تأخذ المولِّدات صيغة الدوال العادية ولكنّها تستخدم عبارة yield عند إعادة البيانات.

الوحدات modules

الوحدات

تقدّم بايثون طريقة لإضافة التعريفات في ملف مستقل واستخدامها في شيفرة مستقلّة أو في مفسّر بايثون التفاعلي. تسمى هذه الملفات بالوحدات Modules.

الدالة ()dir

تستخدم الدالة الداخلية dir()‎ لمعرفة الأسماء التي تعرّفها الوحدة، وتعيد هذه الداة قائمة مرتّبة من السلاسل النصية.

الحزم packages

تعدّ الحزم طريقة لهيكلة مجالات أسماء الحزم في بايثون،  وتساعد في تجنب حدوث أي تضارب بين أسماء الوحدات في الحزم متعدّدة الوحدات مثل: NumPy أو مكتبة بايثون لمعالجة الصور Python Imaging Library.

الوحدات القياسية في بايثون

تقدّم بايثون مكتبة تضمّ مجموعة من الوحدات القياسية (standard modules) وبعضها مدمج مع مفسّر بايثون وتتيح الوصول إلى عمليات هي ليست في الأصل جزءًا من اللغة، ولكن الهدف منها هو إما زيادة كفاءة عمل المفسّر أو لإتاحة الوصول إلى العمليات الأساسية في نظام التشغير مثل استدعاءات النظام (system calls).

الوحدة re في بايثون

تقّدم الوحدة مجموعة من العمليات الخاصة بمطابقة التعابير النمطية Regular Expressions وهي مشابهة إلى حدّ كبير للعمليات الموجودة في لغة Perl.

الوحدة string في بايثون

تضمّ الوحدة عددًا من الثوابت والأصناف المفيدة في معالجة السلاسل النصية.

الوحدة datetime في بايثون

تقدّم هذه الوحدة عددًا من الأصناف التي تعالج التاريخ والوقت بطرق مبسّطة وأخرى معقدة، وتدعم بايثون إجراء العمليات الحسابية على التواريخ والأوقات.

الوحدة calendar في بايثون

تتيح هذه الوحدة الحصول على تقاويم مشابهة لمخرجات البرنامج cal في أنظمة يونكس، إلى جانب أنّها تقدّم عددًا من التوابع المفيدة والخاصة بالتقاويم.

الوحدة bisect في بايثون

تقدّم هذه الوحدة وسيلة للتعامل مع القوائم وفرزها بصورة تلقائية، وبذلك يمكن تجنب إعادة فرز القائمة بعد كل عملية إدراج للعناصر فيها. 

الوحدة heapq في بايثون

تقدّم هذه الوحدة وسيلة لاستخدام خوارزمية طابور الكومة heap queue والتي تعرف كذلك بخوارزمية طابور الأولوية priority queue.

الوحدة enum في بايثون

enumeration هو مجموعة من الأسماء الرمزية (العناصر) المرتبطة بقيم ثابتة وفريدة. يمكن مقارنة عناصر enumeration عن طريق هويتها، ويمكن المرور على عناصره بواسطة حلقة تكرارية.

الوحدة itertools‎ في بايثون

تقّدم مجموعة من الأدوات المُساعدة على بناء مُكرّرات مُشابهة لتلك المتوفّرة في لغات مثل APL، وHaskell وSML. بُني كلّ منها بطريقة تُناسب لغة بايثون.

الوحدة functools‎ في بايثون

تُقدّم دوال عاليّة الرّتبة (higher-order functions)، وهي دوال تستقبل دوالا أخرى، تُغيّرها، أو تُعيد دوال أخرى. وعلى العموم، يُمكن لأيّ كائن قابل للاستدعاء أن يُعامل مُعاملة الدّالة عند استخدام هذه الوحدة.

الوحدة operator في بايثون

تُقدّم مجموعة من الدوال الفعالّة سرعةً وأداءً، والتي تُماثل العوامل الأساسيّة في بايثون.

الوحدة collections في بايثون

تتضمّن هذه الوحدة أنواع بيانات متخصّصة بالحاويات containers وتقدّم بدائل للحاويات الداخلية dict و list و set و tuple.

الوحدة collections.abc في بايثون

تقدّم هذه الوحدة مجموعة من الأصناف الأساسية المجرّدة abstract base calsses (يرمز لها ABC اختصارًا) والتي يمكن استخدامها للتأكد ممّا إذا كان صنف معيّن يقدّم واجهة interface معينة، كأن يكون الصنف قابلًا للتقطيع hashable أو أنّه صنف ربط mapping.

الوحدة pprint في بايثون

تتيح وحدة pprint إمكانية طباعة بنى البيانات في بايثون بصورة جميلة pretty-print بطريقة تسمح باستخدام هذه البيانات كمدخلات في مفسّر بايثون.

الوحدة copy في بايثون

تقدّم هذه الوحدة مجموعة من عمليات النسخ السطحية والعميقة.

الوحدة types في بايثون

تقدّم هذه الوحدة عددًا من الدوال المساعدة لإنشاء أنواع بيانات جديدة بصورة ديناميكية.

الوحدة weakref في بايثون

تتيح الوحدة إنشاء إشارات ضعيفة weak references للكائنات.

الوحدة reprlib في بايثون

تقدّم الوحدة وسيلة لإنتاج تمثيلات للكائنات مع إمكانية تحديد حجم السلسلة النصية الناتجة.

الوحدة array في بايثون

تعرف هذه الوحدة كائنًا يمكن عن طريقه تمثيل مصفوفة من القيم الأساسية مثل الحروف والأعداد الصحيحة والأعداد ذات الفاصلة العائمة بشكل مضغوط.

الوحدة sqlite3 في بايثون

تقدّم هذه الوحدة واجهة برمجية للتعامل مع قواعد بيانات SQLite3.

الوحدة copyreg في بايثون

تقدّم الوحدة طريقة لتعريف دوال تستخدم أثناء سلسلة كائنات معيّنة في بايثون. 

الوحدة marshal في بايثون

تضمّ هذه الوحدة مجموعة من الدوال التي يمكنها قراءة وكتابة قيم بايثون بالصيغة الثنائية binary format.

الوحدة zlib في بايثون

تتيح الدوال المتوفّرة في هذه الوحدة إجراء عمليات الضغط وفك الضغط على البيانات باستخدام مكتبة zlib.

الوحدة gzip في بايثون

تقدّم هذه الوحدة واجهة بسيطة لضغط الملفات وفك ضغطها بنفس الأسلوب المتّبع في برنامجي gzip و gunzip في GNU. وتجري عملية ضغط البيانات بواسطة وحدة zlib.

الوحدة bz2 في بايثون

تقدّم هذه الوحدة واجهة متكاملة لضغط البيانات وفك الضغط عنها باستخدام خوارزمية الضغط bzip2.

الوحدة lzma في بايثون

تقدّم هذه الوحدة مجموعة من الأصناف والدوال المساعدة لإجراء عمليات ضغط البيانات وفك الضغط عنها باستخدام خوارزمية الضغط LZMA.

الوحدة zipfile في بايثون

تقدّم هذه الوحدة أدواة لإنشاء ملفات ZIP والقراءة منها والكتابة فيها وإلحاق الملفات بها وعرض محتوياتها. 

الوحدة tarfile في بايثون

تتيح وحدة tarfile قراءة ملف أرشيف من نوع tar والكتابة فيه إلى جانب ملفات الأرشيف التي تستخدم تقنية الضغط gzip و bz2 و lzma.

المدخلات والمخرجات Inputs and Outputs

تنسيق المخرجات

تقدّم بايثون عددًا من الطرائق التي تساعد في تنسيق مخرجات البرامج، فيمكن طباعة البيانات بصيغة سهلة القراءة، أو يمكن كتابة البيانات في ملف لاستخدامه في المستقبل. 

قراءة الملفات والكتابة فيها

تتيح بايثون قراءة الملفات والكتابة فيها بنمطين مختلفين هما النصي والثنائي.

حفظ البيانات المهيكلة بصيغة json

تتيح بايثون استخدام صيغة تبادل البيانات المعروفة JSON (اختصار JavaScript Object Notation)، باستخدام الوحدة القياسية json .

الثوابت

تقدم بايثون مجموعة من الثوابت، بعضها في مجال الأسماء الداخلي، أما البعض الآخر فيضاف من قبل الوحدة site إلى مفسّر بايثون التفاعلي.

الأخطاء والاستثناءات

أخطاء الصيغة

قد تكون أخطاء الصيغة (Syntax errors) أو ما يعرف أيضًا بأخطاء الإعراب (Parsing errors) هي أكثر نوع من الأخطاء التي يواجهها المبتدئون عند تعلّم بايثون.

الاستثناءات

قد تكون التعابير البرمجية في الشيفرة صحيحة من ناحية الصيغة، إلا أنّها قد تتسبب في حدوث أخطاء عند محاولة تنفيذها. تسمّى الأخطاء المُكتشفة أثناء تنفيذ الشيفرة بالاستثناءات (exceptions) وقد تتسبب في إيقاف عمل البرنامج (fatal) في بعض الأحيان.

الاستثناءات المعرفة من طرف المستخدم

يمكن للمستخدم إنشاء صنف استثناء جديد (راجع قسم الأصناف في بايثون للمزيد من المعلومات)، ويجب أن تكون الاستثناءات مشتقّة من الصنف Exception سواء أكان ذلك بصورة مباشرة أو غير مباشرة.

تعريف أحداث التنظيف clean-up actions

تمتلك عبارة try جزءًا اختياريًا آخر، والهدف منه هو تعريف أحداث تنظيف (clean-up actions) يجب تنفيذها في جميع الظروف، وتعرّف بعض الكائنات أحداث تنظيف قياسية يجري تنفيذها عند انتفاء الحاجة لذلك الكائن، وبغض النظر عمّا إذا كانت العملية التي تستخدم ذلك الكائن ناجحة أم فاشلة.

تنسيق الشيفرة البرمجية

تتّبع معظم المشاريع المكتوبة بلغة بايثون دليل التنسيق PEP8 والذي يشجّع على اعتماد تنسيق يمتاز بالمقروئية العالية والمظهر الجميل.