شرط و حلقه در برنامه نویسی

شرط چیست و بدون آن برنامه چه کم دارد؟

شرط پرسشی است که فقط دو جواب دارد، بله یا خیر، و برنامه بر اساس جوابش یکی از دو مسیر را می رود. برنامه ای که هیچ شرطی ندارد یک فهرست دستور است که همیشه از اول تا آخر یکسان اجرا می شود؛ با اولین شرط، همان فهرست تبدیل به چیزی می شود که به وضعیت واکنش نشان می دهد.

age = 17

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

خط دوم پرسش است، خط سوم مسیر بله، و خط پنجم مسیر خیر. else اختیاری است: اگر ننویسیدش، وقتی جواب خیر باشد هیچ اتفاقی نمی افتد و برنامه بی سر و صدا از شرط رد می شود. همین «بی سر و صدا» بعدا مهم می شود.

دو خطای کلاسیک اینجا کمین کرده اند. اولی گیج شدن بین یک مساوی و دو مساوی است: = یعنی مقدار بده و == یعنی مقایسه کن. پایتون در این مورد مهربان است و اگر داخل شرط یک مساوی بگذارید خطای نحوی می دهد، ولی زبان هایی مثل PHP و جاوااسکریپت که این سایت با آنها ساخته شده هیچ اعتراضی نمی کنند: if ($x = 5) مقدار می دهد و همیشه هم درست است، پس شرط شما عملا وجود ندارد و کسی هم چیزی نمی گوید.

خطای دوم ترتیب است و کمتر درباره اش حرف می زنند. وقتی چند شرط را پشت سر هم می چینید، اولین شرطی که درست باشد برنده است و بقیه اصلا سنجیده نمی شوند. پس اگر شرط کلی را بالاتر از شرط جزئی بگذارید، شرط جزئی هرگز اجرا نمی شود و شما ساعت ها دنبال خطایی می گردید که وجود ندارد. کد درست است؛ فقط ترتیبش غلط است.

حلقه چیست و هر حلقه چه چیزهایی لازم دارد؟

حلقه یعنی یک کار را به جای یک بار، چند بار انجام بده. ارزشش هم در تعداد است: نوشتن سه خط برای سه فایل کار سختی نیست، ولی همان سه خط برای سی هزار فایل فقط با حلقه ممکن است، و مهم تر اینکه کدتان از تعداد مستقل می شود.

دو شکل اصلی وجود دارد. اولی روی یک مجموعه می چرخد و برای هر عضو یک بار اجرا می شود:

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

for name in names:
    print(name)

دومی تا وقتی شرطی برقرار است می چرخد و از قبل معلوم نیست چند بار:

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

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

هر حلقه، هر شکلی که داشته باشد، سه چیز لازم دارد و اگر یکی نباشد خراب می شود: چیزی که روی آن می چرخد یا شرطی که می سنجد، چیزی که در هر دور عوض می شود، و راهی برای تمام شدن. در نمونه دوم size و step همان چیزی اند که عوض می شوند؛ اگر خط size = size / 1024 را بردارید، شرط تا ابد درست می ماند.

یک نکته که در آموزش ها معمولا جا می ماند: نیمه دوم آن شرط، یعنی step < len(units) - 1، ربطی به اندازه ندارد. تنها کاری که می کند این است که جلوی رد شدن از آخر فهرست واحدها را بگیرد. این حلقه در کد داشبورد همین سایت هست و آن نیمه دوم تنها چیزی است که بین آن و یک خطای واقعی ایستاده.

کدام حلقه را کجا؟ یک شمارش واقعی از کد همین سایت

بیشتر آموزش ها با حلقه شمارنده شروع می کنند، همان که یک شمارنده از صفر تا عددی بالا می رود. در کد واقعی این کم استفاده ترین شکل است و برای اینکه حدس نزنیم، قالب همین سایت را شمردیم.

در ۱۹۳ فایل PHP قالب، ۵۶۰ حلقه روی مجموعه، ۲۱ حلقه شمارنده و ۱۳ حلقه شرطی وجود دارد. یعنی شکلی که اول از همه یاد می گیرید در عمل کمتر از چهار درصد حلقه های این کد است.

دلیلش ساده است: تقریبا هیچ وقت شماره عضو را نمی خواهید، خود عضو را می خواهید. وقتی می نویسید «برای هر فایل در این پوشه»، شماره فایل به کارتان نمی آید و نگه داشتن یک شمارنده فقط یک جای اضافه برای اشتباه است. آن ۲۱ مورد باقی مانده هم دقیقا جایی اند که واقعا شماره لازم است: کشیدن پنج ستاره نظر، ساختن ستون های یک جدول، رفتن عقب در ماه های یک نمودار.

سراغ آن ۱۳ حلقه شرطی هم رفتیم، چون فهرست کوتاهی بود. هفت تایشان حلقه اصلی وردپرس اند که تا وقتی نوشته ای مانده می چرخد. سه تایشان یک شناسه تکراری را یکتا می کنند: تا وقتی این اسم قبلا استفاده شده، یک شماره به آخرش اضافه کن. سه تای آخر جاهایی اند که واقعا نمی دانیم چند بار: خواندن از یک سوکت تا ته پاسخ، تبدیل بایت به واحد بالاتر، و ساختن یک نام کاربری تا وقتی تکراری نباشد.

قاعده ای که از این شمارش درمی آید و از هر تعریفی کاربردی تر است: اگر می دانید روی چه چیزی می چرخید، حلقه مجموعه ای بنویسید. اگر نمی دانید کی تمام می شود، حلقه شرطی. و اگر واقعا خود شماره را لازم دارید، آن وقت حلقه شمارنده، که در عمل کم پیش می آید.

حلقه بی پایان روی یک سرور واقعی چه شکلی است؟

حلقه بی پایان یعنی حلقه ای که شرط توقفش هیچ وقت نادرست نمی شود. دو شکل رایج دارد و هر دو یک ریشه دارند: چیزی که شرط می خواند، در بدنه حلقه عوض نمی شود.

شکل اول فراموش کردن آن تغییر است: شرط می گوید تا وقتی شمارنده کمتر از ده است بچرخ، و داخل بدنه هیچ کس شمارنده را زیاد نمی کند. شکل دوم عوض کردن در جهت اشتباه است، که بدتر است چون کد پر از حرکت به نظر می رسد: شمارنده کم می شود در حالی که شرط منتظر زیاد شدنش است.

حالا سوالی که هیچ آموزشی جواب نمی دهد: اگر این اتفاق روی یک سایت واقعی بیفتد چه می شود؟ مرورگر که تا ابد منتظر نمی ماند. روی این سرور تنظیمی هست به اسم request_terminate_timeout که مقدارش ۱۸۰ ثانیه است. یعنی هر درخواستی که بعد از سه دقیقه هنوز تمام نشده باشد، پردازه اش کشته می شود.

و کلمه «کشته» اینجا دقیق است، نه استعاره. این یک خطای PHP نیست که بتوانید بگیریدش؛ پردازه از بیرون بسته می شود. نتیجه اش این است که کدهای پایانی شما اجرا نمی شوند: اگر حلقه وسط نوشتن یک فایل بوده، فایل نیمه کاره می ماند، و اگر قفلی گرفته بوده، قفل آزاد نمی شود. برای بازدیدکننده هم چیزی که می بیند یک صفحه خطای کلی سرور است که هیچ اشاره ای به حلقه شما ندارد.

پس مهارتی که باید بردارید این است: حلقه بی پایان را از پیام خطا پیدا نمی کنید، چون پیام خطایی در کار نیست. از روی زمان پیدایش می کنید. صفحه ای که همیشه دقیقا حوالی همان سه دقیقه شکست می خورد، تقریبا همیشه یک حلقه است یا انتظاری که تمام نمی شود.

شرط داخل حلقه: break، continue و خطای یکی

جای واقعی این دو مفهوم کنار هم است: حلقه ای که برای هر عضو یک تصمیم می گیرد. همان برنامه پنج خطی درس اول همین بود، حلقه ای روی فایل ها با یک شرط روی اندازه.

دو کلمه اینجا کار را عوض می کنند. break کل حلقه را رها می کند و می رود بیرون؛ continue فقط همین دور را رها می کند و سراغ عضو بعدی می رود. اولی برای وقتی است که جوابتان را پیدا کرده اید، دومی برای وقتی که این عضو به دردتان نمی خورد.

غافلگیری ای که یک بار برای هر کسی پیش می آید: اگر یک حلقه داخل حلقه دیگر باشد، break فقط حلقه داخلی را می شکند، نه هر دو را. برنامه از داخلی می آید بیرون و بی سر و صدا دور بعدی حلقه بیرونی را شروع می کند. کد هیچ اعتراضی نمی کند و شما فکر می کنید بیرون آمده اید.

خطای دیگری که اسم خودش را دارد، خطای یکی است: حلقه یک بار بیشتر یا یک بار کمتر از آنچه انتظار داشتید اجرا می شود. منبع اصلی اش این است که بازه ها معمولا از ابتدا بسته و از انتها بازند. در پایتون range(1, 10) اعداد یک تا نه را می دهد و ده را نمی دهد. این تصمیم عجیب نیست و دلیل دارد، ولی حفظ کردنش جواب نمی دهد؛ چیزی که جواب می دهد این است که یک بار بنویسید و خروجی را بشمرید.

و حالت آخر، که ساکت ترین حالت است: حلقه روی یک مجموعه خالی. صفر بار اجرا می شود، هیچ خطایی نمی دهد و هیچ چیزی چاپ نمی کند. برنامه ای که هیچ کاری نکرده و هیچ شکایتی هم ندارد، همیشه اولین چیزی است که باید بررسی کنید، نه آخرین.

حلقه ای را که خودتان ننوشته اید چطور بخوانید؟

این مهارت امروز از نوشتن حلقه مهم تر است، چون کد بیشتر خوانده می شود تا نوشته و حالا بخش بزرگی از آن کد را هم شما ننوشته اید. روش ما چهار پرسش است و ترتیبشان اهمیت دارد.

یک: روی چه چیزی می چرخد و آن چیز می تواند خالی باشد؟ اگر بتواند، حلقه صفر بار اجرا می شود و این معمولا همان حالتی است که کسی تستش نکرده.

دو: در هر دور چه چیزی عوض می شود؟ اگر جوابتان «هیچ چیز» بود، یا حلقه بی پایان است یا حلقه اضافه است.

سه: چه چیزی متوقفش می کند و آیا ممکن است هرگز پیش نیاید؟ اینجا دنبال breakها هم بگردید، چون خروج زودهنگام همیشه بالای کد نوشته نمی شود.

چهار: بعد از آخرین دور چه چیزی درست است؟ متغیرهایی که داخل حلقه ساخته شده اند بعد از آن چه مقداری دارند و آیا کسی به آن مقدار تکیه کرده؟

این چهار پرسش را روی همان حلقه تبدیل واحد بالا امتحان کنید: روی هیچ مجموعه ای نمی چرخد پس خالی بودن معنا ندارد، دو چیز عوض می شود، شرط دو نیمه دارد که یکی از آنها فقط محافظ است، و بعد از آخرین دور step شماره واحد درست را نگه داشته و همان است که در خط بعد استفاده می شود. چهار جواب، و حالا حلقه را می فهمید بدون اینکه اجرایش کنید.