الشروط والحلقات في البرمجة

ما الشرط، وما الذي ينقص البرنامج بدونه؟

الشرط سؤال له جوابان فقط، نعم أو لا، ويسلك البرنامج أحد طريقين بحسب الجواب. والبرنامج الذي لا شرط فيه قائمة تعليمات تُنفَّذ دائما بالطريقة نفسها من أولها إلى آخرها؛ ومع أول شرط تتحول تلك القائمة إلى شيء يتفاعل مع الحال.

age = 17

if age >= 18:
    print("allowed")
else:
    print("denied")

السطر الثاني هو السؤال، والثالث طريق نعم، والخامس طريق لا. وelse اختياري: إن تركته لم يحدث شيء حين يكون الجواب لا، ويمر البرنامج بجانب الشرط دون كلمة. وهذا الصمت يهم لاحقا.

خطآن كلاسيكيان يتربصان هنا. الأول الخلط بين علامة مساواة واحدة واثنتين: = تعني أسنِد، و== تعني قارِن. وبايثون رحيمة في هذا وترفع خطأ نحويا إن وضعت علامة واحدة داخل شرط، أما اللغتان اللتان بُني بهما هذا الموقع، PHP وجافاسكريبت، فلا ترفعان شيئا: if ($x = 5) تُسنِد ثم تكون صحيحة دائما، فيصير شرطك غير موجود عمليا ولا يقول أحد شيئا.

والخطأ الثاني هو الترتيب، وقلما يُتحدث عنه. حين تصف عدة شروط متتالية، يفوز أول شرط يتحقق ولا تُقيَّم البقية أصلا. فإن وضعت الشرط العام فوق الشرط الخاص، لم يُنفَّذ الخاص أبدا وقضيت ساعات تطارد خللا غير موجود. الشفرة صحيحة؛ ترتيبها وحده هو الخطأ.

ما الحلقة، وما الذي تحتاجه كل حلقة؟

الحلقة تعني: نفّذ هذا العمل أكثر من مرة بدل مرة واحدة. وقيمتها في العدد. فكتابة ثلاثة أسطر لثلاثة ملفات ليست إنجازا، لكن الأسطر الثلاثة نفسها لثلاثين ألف ملف لا تمكن إلا بحلقة، والأهم أن شفرتك تصير مستقلة عن العدد.

هناك شكلان رئيسيان. الأول يمر على مجموعة وينفَّذ مرة لكل عضو:

names = ["ali", "sara", "reza"]

for name in names:
    print(name)

والثاني يدور ما دام شرط قائما، وعدد المرات غير معروف مسبقا:

size = 4096
step = 0
units = ["B", "KB", "MB", "GB"]

while size >= 1024 and step < len(units) - 1:
    size = size / 1024
    step = step + 1

كل حلقة، أيا كان شكلها، تحتاج ثلاثة أشياء وتنكسر إن غاب واحد منها: شيء تمر عليه أو شرط تختبره، وشيء يتغير في كل دورة، وطريق للانتهاء. وفي المثال الثاني size وstep هما ما يتغير؛ احذف سطر size = size / 1024 يبق الشرط صحيحا إلى الأبد.

وتفصيل تتخطاه الدروس عادة: النصف الثاني من ذلك الشرط، أي step < len(units) - 1، لا علاقة له بالحجم. كل ما يفعله أن يمنع الحلقة من تجاوز آخر قائمة الوحدات. وهذه الحلقة موجودة في شفرة لوحة هذا الموقع نفسه، وذلك النصف الثاني هو الشيء الوحيد الواقف بينها وبين خطأ حقيقي.

أي حلقة تُستعمل أين؟ عدّ حقيقي من شفرة هذا الموقع

أغلب الدروس تبدأ بحلقة العد، تلك التي يصعد فيها عداد من الصفر إلى رقم ما. وهي في الشفرة الحقيقية أقل الأشكال استعمالا، وبدل التخمين عددنا قالب هذا الموقع.

في ١٩٣ ملف PHP في القالب توجد ٥٦٠ حلقة على مجموعة، و٢١ حلقة عد، و١٣ حلقة شرطية. أي أن الشكل الذي تتعلمه أولا يمثل أقل من أربعة في المئة من حلقات هذه الشفرة.

والسبب واضح: أنت لا تريد رقم العضو تقريبا أبدا، بل تريد العضو نفسه. فحين تكتب «لكل ملف في هذا المجلد» لا يفيدك رقم الملف، والاحتفاظ بعداد ليس إلا موضعا إضافيا للخطأ. والواحد والعشرون الباقية هي بالضبط المواضع التي يلزم فيها الرقم فعلا: رسم خمس نجوم تقييم، وبناء أعمدة جدول، والرجوع إلى الوراء عبر شهور رسم بياني.

ونظرنا في تلك الحلقات الشرطية الثلاث عشرة أيضا لأن القائمة قصيرة. سبع منها حلقة ووردبريس الرئيسية التي تدور ما دامت هناك مقالات. وثلاث تجعل معرِّفا مكررا فريدا: ما دام هذا الاسم مستعملا من قبل، أضف رقما إلى آخره. والثلاث الأخيرة مواضع يكون فيها العدد مجهولا حقا: القراءة من مقبس حتى نهاية الرد، وتحويل البايت إلى وحدة أكبر، وتوليد اسم مستخدم حتى لا يكون محجوزا.

والقاعدة الخارجة من هذا العدّ أنفع من أي تعريف: إن كنت تعرف على أي شيء تمر، فاكتب حلقة مجموعة. وإن كنت لا تعرف متى تنتهي، فحلقة شرطية. وإن كنت تحتاج الرقم نفسه فعلا، فحلقة عد، وهذا نادر عمليا.

كيف تبدو الحلقة اللانهائية على خادم حقيقي؟

الحلقة اللانهائية حلقة لا يصير شرط توقفها خاطئا أبدا. ولها شكلان شائعان يشتركان في جذر واحد: ما يقرأه الشرط لا يتغير داخل جسم الحلقة.

الشكل الأول نسيان ذلك التغيير أصلا: يقول الشرط دُر ما دام العداد أقل من عشرة، ولا أحد داخل الجسم يزيد العداد. والثاني تغييره في الاتجاه الخاطئ، وهو أسوأ لأن الشفرة تبدو مليئة بالحركة: العداد ينقص بينما الشرط ينتظر أن يزيد.

والآن السؤال الذي لا يجيبه أي درس: ماذا يحدث فعلا إن وقع هذا على موقع حي؟ المتصفح لا ينتظر إلى الأبد. على هذا الخادم إعداد اسمه request_terminate_timeout وقيمته ١٨٠ ثانية. أي أن كل طلب لم ينته بعد ثلاث دقائق تُقتل عمليته.

وكلمة «تُقتل» هنا دقيقة لا مجازية. فهذا ليس خطأ PHP يمكنك التقاطه؛ العملية تُغلق من الخارج. والنتيجة أن شفرتك الختامية لا تُنفَّذ: فإن كانت الحلقة في منتصف كتابة ملف بقي الملف نصف مكتوب، وإن كانت قد أخذت قفلا لم يُحرَّر القفل. أما الزائر فيرى صفحة خطأ خادم عامة لا تقول شيئا عن حلقتك.

فالمهارة التي تأخذها هي هذه: لا تكتشف الحلقة اللانهائية من رسالة خطأ، لأنه لا رسالة خطأ. تكتشفها من الساعة. فالصفحة التي تفشل دائما عند العلامة نفسها تقريبا، عند الدقائق الثلاث، هي في الغالب حلقة أو انتظار لا ينتهي.

الشروط داخل الحلقات: break وcontinue وخطأ الواحد

الموضع الحقيقي لهاتين الفكرتين هو جنبا إلى جنب: حلقة تتخذ قرارا واحدا لكل عضو. والبرنامج ذو الأسطر الخمسة في أول درس من هذا المسار كان هذا بالضبط، حلقة على ملفات مع شرط على الحجم.

كلمتان تغيران العمل هنا. break تترك الحلقة كلها وتخرج؛ وcontinue تترك هذه الدورة وحدها وتنتقل إلى العضو التالي. الأولى لحين تجد جوابك، والثانية لحين لا يفيدك هذا العضو.

والمفاجأة التي يلقاها كل أحد مرة: إن كانت حلقة داخل أخرى، فإن break تكسر الداخلية وحدها لا كلتيهما. يخرج البرنامج من الداخلية ويبدأ بهدوء الدورة التالية من الخارجية. والشفرة لا تعترض وأنت تظن أنك خرجت.

وخطأ آخر له اسم خاص، خطأ الواحد: تُنفَّذ الحلقة مرة أكثر أو مرة أقل مما توقعت. ومصدره الأساسي أن المدى مغلق من أوله ومفتوح من آخره عادة. ففي بايثون تعطيك range(1, 10) الأرقام من واحد إلى تسعة ولا تعطي العشرة. وهذا القرار ليس غريبا وله سببه، لكن الحفظ لا ينفع؛ الذي ينفع أن تكتب مرة واحدة وتعد المخرَج.

والحالة الأخيرة، وهي أهدأ الحالات: حلقة على مجموعة فارغة. تُنفَّذ صفر مرة، ولا ترفع خطأ، ولا تطبع شيئا. والبرنامج الذي لم يعمل شيئا ولم يشتكِ من شيء هو دائما أول ما تفحصه لا آخره.

كيف تقرأ حلقة لم تكتبها أنت؟

هذه المهارة أهم اليوم من كتابة الحلقات، لأن الشفرة تُقرأ أكثر بكثير مما تُكتب، ولأن جزءا كبيرا من تلك الشفرة لم تكتبه أنت. وطريقتنا أربعة أسئلة، وترتيبها مهم.

واحد: على أي شيء تمر، وهل يمكن أن يكون ذلك الشيء فارغا؟ إن أمكن، نُفِّذت الحلقة صفر مرة، وهذه عادة الحالة التي لم يختبرها أحد.

اثنان: ما الذي يتغير في كل دورة؟ إن كان جوابك «لا شيء»، فإما أن الحلقة لانهائية وإما أنها زائدة.

ثلاثة: ما الذي يوقفها، وهل يمكن ألا يحدث ذلك أبدا؟ وابحث هنا عن جمل break أيضا، فالخروج المبكر لا يُكتب دائما في أعلى الشفرة.

أربعة: ما الصحيح بعد الدورة الأخيرة؟ ما القيم التي تحملها المتغيرات المبنية داخل الحلقة بعدها، وهل يعتمد عليها أحد؟

جرّب هذه الأربعة على حلقة تحويل الوحدات أعلاه: لا تمر على مجموعة فلا معنى للفراغ، ويتغير شيئان، وللشرط نصفان أحدهما حارس فحسب، وبعد الدورة الأخيرة يحمل step رقم الوحدة الصحيحة وهو بالضبط ما يستعمله السطر التالي. أربعة أجوبة، وقد فهمت الحلقة الآن دون أن تشغّلها.