Further Programming · ⁨البرمجة المتقدمة⁩

نموذج برمجي هو أسلوب في البرمجة — طريقة لهيكلة البرامج، مع أفكار وميزات لغوية خاصة به. يوجد أربعة نماذج برمجية في هذا المنهج الدراسي.

"وصف ما يُقصَد بلغة أمرية (إجراءية) (درجتان). لغة يكون فيها البرنامج متتالية من التعليمات تُنفَّذ بالتتابع وتُغيِّر حالة البرنامج؛ حيث يحدد المبرمج كيف يتم إنجاز المهمة، باستخدام الإجراءات، والتتبع، والاختيار، والتكرار. "وصف ما يُقصَد بلغة إعلانية": يُعرِّف البرنامج حقائق وقواعد (ما هو معلوم وما هو مطلوب)، ويعمل محرك الاستنتاج الخاص باللغة على تحديد كيفية إيجاد الإجابة؛ ولا يقدم المبرمج تسلسل الخطوات.

تحديد النموذج البرمجي من عينة كود (سؤال نموذجي لورقة 3): LDD 200، ADD #5، STO 201 هي منخفضة المستوى (أسماء رمزية، مسجلات، عناوين ذاكرة)؛ FOR Count ← 1 TO 10 … NEXT Count مع الإجراءات والتعيينات هو أمري؛ CLASS Dog … PRIVATE Name : STRING … PUBLIC PROCEDURE NEW(…) هو كائني التوجه؛ type(lion, wild). وdangerous(X) IF type(X, wild) هما إعلانيان (منطق). في سؤال المطابقة: ترتبط منخفضة المستوى بـ "أسماء رمزية تقابل تعليمات الآلة مباشرةً"، والأمرية بـ "متتالية من العبارات التي تُغيِّر الحالة"، وكائني التوجه بـ "كائنات تجمع بين الخصائص والطرق"، والإعلاقي بـ "حقائق وقواعد بدون تحديد ترتيب تنفيذها".

البرمجة منخفضة المستوى

البرمجة القريبة من الأجهزة في كود الآلة أو لغة التجميع، حيث يرتبط كل تعليمة بما تنفذه وحدة المعالجة المركزية. توفر وصولاً مباشراً إلى المسجلات وعناوين الذاكرة، باستخدام أنماط عنوان مختلفة (الفوري المباشر، المباشر، غير المباشر، الفهرسي والنسبي). وهي سريعة جداً وصغيرة الحجم، لكنها محددة بمعمارية معينة، ومتعبة، وصعبة الصيانة. هذه هي البرمجة منخفضة المستوى، المستخدمة في تعريفات الأجهزة، والبرامج الثابتة، وبرامج الإقلاع.

أنماط العنوان الخمسة. يطلب المنهج كوداً منخفض المستوى يستخدم كل نمط عنوان (مجموعة التعليمات موجودة في الموضوع 4). يمكن قراءة مُعامل تعليمة التحميل بخمس طرق، وتعطيك الامتحان محتويات الذاكرة وتطلب معرفة ما يحتويه المسجل المُجمِّع:

• فوري (LDM #105): المُعامل هو القيمة؛ يصبح المسجل المُجمِّع 105.
• مباشر (LDD 105): المُعامل هو عنوان القيمة؛ يصبح المسجل المُجمِّع محتوى 105، وهو هنا 27.
• غير مباشر (LDI 105): المُعامل هو عنوان لعنوان؛ يصبح المسجل المُجمِّع محتوى 27، وهو هنا 91. يُستخدم للؤاسيس ولبيانات يكون موقعها محددًا وقت التشغيل.
• فهرسي (LDX 105): العنوان هو المُعامل زائد المسجل الفهرسي IX؛ مع IX = 2، يصبح المسجل المُجمِّع محتوى 107. يُستخدم للمرور عبر مصفوفة عن طريق زيادة IX.
• نسبي (JMR +65): الهدف هو إزاحة من عنوان التعليمة الحالية، مما يجعل الكود قابلاً للانتقال.

مثال محلّل. الذاكرة: 105 يحتوي على 27، 106 يحتوي على 64، 200 يحتوي على 0. اكتب كوداً لإضافة محتويات 105 و106، وتخزين النتيجة في 200، وطباعتها. LDD 105 (ACC = 27)، ADD 106 (ACC = 91)، STO 200، OUT. لتضعف القيمة في 105 بدلاً من ذلك: LDD 105، ADD 105، STO 105. حدد محتويات المسجلات بعد كل سطر عند طلب التتبع.

البرمجة الأمرية (الإجراءية)

في البرمجة الأمرية يكتب المبرمج متتالية من الأوامر التي تُغيِّر حالة البرنامج — التعيينات، والشروط، والحلقات، واستدعاء الدوال. تحتفظ المتغيرات بالحالة؛ وتُغيِّر العبارات حالتها؛ وينظم الكود في إجراءات ودوال (تُسمى أيضاً البرمجة المهيكلة أو البنائية). هذا هو أسلوب الموضوعين 9 و11 (Python، C). قوية عندما يكون خوارزمية ذات خطوات متتالية واضحة.

البرمجة كائنية التوجه (OOP)

في البرمجة كائنية التوجه تُبنى البرامج من كائنات — وحدات تجمع بين البيانات (الخصائص) والعمليات (الطرق). الكائنات هي أمثلة على فئات. الأعمدة الأربعة:

• التغليف — بيانات الكائن مخفية خلف طرقها؛ يستخدم الكود الخارجي الطرق العامة فقط، لا البيانات مباشرة. هذا يحمي الكائن ويسمح بتغيير internals دون كسر المتصلين. على سبيل المثال، يخفي BankAccount balance؛ تقوم بتغييره فقط عبر deposit() وwithdraw()، والتي يمكنها فرض قاعدة مثل "لا تتجاوز الصفر".
• الوراثة — تخصص فئة فرعية فئة أم، ترث خصائصها وطرقها وتضيف أو تستبدل بعضها. نمذج "هو-أ" ("المدير هو موظف").
• تعدد الأشكال — تستجيب كائنات مختلفة لـ نفس استدعاء الطريقة بشكل مختلف؛ لا يحتاج المتصل إلى معرفة النوع الدقيق. كل Shape لديه Area()، ويُنفِّذ Circle وRectangle كل منهما طريقتهم الخاصة.
• التجريد — عرض واجهة بسيطة وإخفاء التنفيذ.

مصطلحات أخرى:

• المنشئ هو طريقة خاصة تُنفَّذ عند إنشاء كائن، لإعداد خصائصه.
• الحاصِلات والعَمِّلات تقرأ وتكتب خصائص الكائن (خصائصه) عبر الطرق.
• التجميع والاحتواء يبنيان كائنًا من كائنات أخرى (علاقة "يحتوي على").

تُستخدم البرمجة كائنية التوجه للأنظمة الكبيرة، والواجهات الرسومية، والمحاكاة، والألعاب.

البرمجة كائنية التوجه كما يقيّمها الممتحن

التعريفات. الفئة: قالب (مخطط هندسي) يُعرّف الخصائص والطرق الخاصة بكائنات ذلك النوع. الكائن: مثال من فئة، يتم إنشاؤها منه، ويملك قيمًا خاصة بها للخصائص (عبارة "حدوث لكائن" هي مصطلح الامتحان للمثال). الخاصية: عنصر بيانات تابع لفئة. الطريقة: إجراء أو دالة تابعة لفئة تعمل على خصائصها. التغليف: دمج الخصائص والطرق في فئة واحدة وتقييد الوصول الخارجي إلى البيانات: الخصائص خاصة ويمكن قراءتها أو تغييرها فقط عبر طرق عامة. التوريث: تستحوذ الفرع الفرعي على خصائص وطرق الأب (الأعلى) ويمكنه إضافة خاصة بها أو استبدالها. تعدد الأشكال: طرق تحمل اسمًا相同ًا تتصرف بشكل مختلف في فئات مختلفة؛ عادةً ما يعيد الفرع الفرعي تعريف طريقة الأب، وتنسخ النسخة الصحيحة لكل كائن. الاحتواء: تمتلك الفئة كائنًا من فئة أخرى كخاصية (سيارة تحتوي على محرك). "تحديد السمة التي تقيد الوصول الخارجي إلى البيانات" هو التغليف؛ "المصطلح لحدوث لكائن" هو مثال.

"أشرح بنية الفئة" (ثلاث درجات): الخصائص (الصفات) التي تحتفظ ببيانات الكائن، تُعلن عادةً خاصة؛ الطرق (الإجراءات والدوال) التي تعمل على تلك الخصائص، عادةً ما تكون عامة؛ والمنشئ، وهو طريقة تنفذ عند إنشاء كائن لتهيئة الخصائص. "اذكر ثلاثة فوائد للبرمجة كائنية التوجه": الكود يُعاد استخدامه عبر التوريث؛ البيانات محمية بالتغليف، لذا لا يمكن تغييرها إلا بطرق الفئة الخاصة؛ البرنامج الكبير مقسم إلى فئات تُكتب وتُختبر بشكل مستقل، مما يسهل صيانتها وتطويرها؛ الفئات تحاكي كيانات عالمية حقيقية، مما يجعل التصميم أسهل للفهم؛ متعدد الأشكال يسمح بنفس الاستدعاء أن يعمل مع كائنات مختلفة.

الفئة في الكود الوهمي، كما يحدد امتحان الورقة 3:

CLASS Car
    PRIVATE Registration : STRING
    PRIVATE Year : INTEGER
    PRIVATE Mileage : INTEGER
    PUBLIC PROCEDURE NEW(NewReg : STRING, NewYear : INTEGER)
        Registration ← NewReg
        Year ← NewYear
        Mileage ← 0
    ENDPROCEDURE
    PUBLIC FUNCTION GetMileage() RETURNS INTEGER
        RETURN Mileage
    ENDFUNCTION
    PUBLIC PROCEDURE AddMileage(Extra : INTEGER)
        Mileage ← Mileage + Extra
    ENDPROCEDURE
ENDCLASS

يتم إنشاء كائن باستخدام MyCar ← NEW Car("AB12 CDE", 2020) واستخدامه مع MyCar.AddMileage(150) وOUTPUT MyCar.GetMileage(). يعيد الفرع الفرعي استخدام منشئ الأب عبر SUPER:

CLASS ElectricCar INHERITS Car
    PRIVATE BatteryCapacity : REAL
    PUBLIC PROCEDURE NEW(NewReg : STRING, NewYear : INTEGER, NewCapacity : REAL)
        SUPER.NEW(NewReg, NewYear)
        BatteryCapacity ← NewCapacity
    ENDPROCEDURE
ENDCLASS

نفس الفئة بلغة بايثون، كما تتوقعها الورقة 4: تُجعل الخصائص خاصة باستخدام شريطين سفليين، والمنشئ هو __init__، واسم الفرع الفرعي للأب بين أقواس واستدعاء super().__init__(…):

class Car:
    def __init__(self, reg, year):
        self.__registration = reg
        self.__year = year
        self.__mileage = 0
    def get_mileage(self):
        return self.__mileage
    def add_mileage(self, extra):
        self.__mileage = self.__mileage + extra

class ElectricCar(Car):
    def __init__(self, reg, year, capacity):
        super().__init__(reg, year)
        self.__capacity = capacity

cars = []
cars.append(Car("AB12 CDE", 2020))
cars.append(ElectricCar("EV21 XYZ", 2023, 75.0))
cars[1].add_mileage(150)
print(cars[1].get_mileage())

في جافا، هذه الأفكار هي private/public حقول، ومنشئ يحمل اسم الفئة، extends وsuper(…)؛ في VB.NET Private/Public، Sub New، Inherits وMyBase.New. تُكتب الطريقة متعددة الأشكال في الأب وتُستبدل في الابن بنفس الاسم؛ الاستدعاء عبر متغير من نوع الأب يشغل نسخة الابن.

الهياكل ككائنات. تبني الورقة 4 مكدسًا أو قائمة مرتبطة أو شجرة ثنائية من فئة Node خصائصها هي البيانات وإشارة أو اثنتين عقدتين أخريين؛ فئة Tree (أو LinkedList) تحتفظ بالجذر (أو البداية) والطرق.

CLASS Node
    PUBLIC Data : INTEGER
    PUBLIC Left : Node          // NULL when there is no child
    PUBLIC Right : Node
    PUBLIC PROCEDURE NEW(NewData : INTEGER)
        Data ← NewData
        Left ← NULL
        Right ← NULL
    ENDPROCEDURE
ENDCLASS

CLASS Tree
    PRIVATE Root : Node
    PUBLIC PROCEDURE Insert(NewData : INTEGER)
        DECLARE NewNode, Current : Node
        DECLARE Placed : BOOLEAN
        NewNode ← NEW Node(NewData)
        IF Root = NULL THEN
            Root ← NewNode
        ELSE
            Current ← Root
            Placed ← FALSE
            WHILE NOT Placed
                IF NewData < Current.Data THEN
                    IF Current.Left = NULL THEN
                        Current.Left ← NewNode
                        Placed ← TRUE
                    ELSE
                        Current ← Current.Left
                    ENDIF
                ELSE
                    IF Current.Right = NULL THEN
                        Current.Right ← NewNode
                        Placed ← TRUE
                    ELSE
                        Current ← Current.Right
                    ENDIF
                ENDIF
            ENDWHILE
        ENDIF
    ENDPROCEDURE
ENDCLASS

طريقة البحث تتبع نفس المسار وتعيد TRUE عندما Current.Data = Target، FALSE عندما تصل إلى NULL؛ طريقة العرض بالترتيب الإنجزي هي عودية: اعرض الفرع الأيسر، ثم العقدة، ثم الفرع الأيمن. بالنسبة للقائمة المرتبطة، للعقدة إشارة واحدة، Next، والفئة تحتفظ بـ Start؛ بالنسبة للمكدس المبني من قائمة، كلا العمليتين الدفع والسحب يعملان في Start.

مثال محلول. لعبة تحتوي على شخصيات. لكل منها اسم وصحة (تبدأ عند 100) وموضع معطى بواسطة X وY. اكتب فئة Character بمُشكّل وطريقة Move(DX, DY)؛ ثم فئة فرعية Wizard تضيف Mana (تبدأ عند 50) وطريقة CastSpell() تأخذ 10 طاقة وتعيد TRUE إذا كان هناك ما يكفي.

CLASS Character
    PRIVATE Name : STRING
    PRIVATE Health : INTEGER
    PRIVATE X : INTEGER
    PRIVATE Y : INTEGER
    PUBLIC PROCEDURE NEW(NewName : STRING, StartX : INTEGER, StartY : INTEGER)
        Name ← NewName
        Health ← 100
        X ← StartX
        Y ← StartY
    ENDPROCEDURE
    PUBLIC PROCEDURE Move(DX : INTEGER, DY : INTEGER)
        X ← X + DX
        Y ← Y + DY
    ENDPROCEDURE
ENDCLASS

CLASS Wizard INHERITS Character
    PRIVATE Mana : INTEGER
    PUBLIC PROCEDURE NEW(NewName : STRING, StartX : INTEGER, StartY : INTEGER)
        SUPER.NEW(NewName, StartX, StartY)
        Mana ← 50
    ENDPROCEDURE
    PUBLIC FUNCTION CastSpell() RETURNS BOOLEAN
        IF Mana >= 10 THEN
            Mana ← Mana - 10
            RETURN TRUE
        ELSE
            RETURN FALSE
        ENDIF
    ENDFUNCTION
ENDCLASS

الدرجات للخصائص الخاصة، ومنشئ يحدد كل خاصية، خط التوريث، استدعاء منشئ الأب، وطريقة تستخدم وتغير بيانات الكائن الخاصة. عندما يطلب السؤال رسم تخطيط للفئة، ارسم صندوقًا بثلاثة أجزاء (الاسم؛ الخصائص مع - للخاصة؛ الطرق مع + للعامة) وصل الفرع الفرعي بأباه بسهم يشير إلى الأب.

البرمجة التصريحية

في البرمجة التصريحية، توضح ماذا يجب حسابه، وليس كيف — حيث تحدد بيئة التشغيل الخطوات. نوعان:

• البرمجة الوظيفية — مبنية من دوال نقية (بدون آثار جانبية؛ نفس المدخلات تعطي دائمًا نفس المخرجات) مُركَّبة معًا. أمثلة: Haskell, Lisp.
• البرمجة المنطقية — تُسجّل الحقائق والقواعد؛ تجيب المحرك عن هدف (استعلام) بالاستنتاج. مثال: Prolog.

مثال تصريحي مألوف هو SQL: SELECT * FROM Customer WHERE Country = 'UK' يوضح ما تريده، لا كيفية التنقل عبر السجلات.

الحقائق والقواعد والأهداف هي ما يختبره الامتحان في النموذج التصريحي. بناءً على هذه الحقائق (العبارات الصحيحة) وقاعدة (استنتاج صحيح عندما تتحقق شروطها):

01 type(leopard, wild).
02 type(lion, wild).
03 type(tabby, domestic).
04 size(leopard, large).
05 size(lion, large).
06 size(tabby, small).
07 dangerous(X) IF type(X, wild) AND size(X, large).

"اكتب نتيجة الهدف type(X, wild)":* X = leopard, X = lion. تطابق المحرك الهدف مع كل حقيقة على التوالي؛ كل تطابق يُعدّ حلاً، والحرف الكبير هو متغير يملأه التطابق. "اكتب حقيقة لتبين أن الفهد برّي": type(cheetah, wild). "اشرح ماذا تفعل السطر 07": يُعرّف قاعدة بـ结论 dangerous(X)، وهي صحيحة لأي X يكون برّيًا وكبيرًا، لذا dangerous(A) تُرجع A = leopard, A = lion. "اكتب قاعدة: ميزة F قد تكون متاحة لنمط جسم B إذا كان F ميزة وكان B نمط جسم ولم يكن F غير متاح لـ B": may_be_available(F, B) IF feature(F) AND body_style(B) AND NOT unavailable(F, B). انسخ أسماء التوابعترتيب الحجج المستخدمة في حقائق السؤال؛ تنتهي الحقيقة الجديدة بنقطة، وشروط القاعدة مُربوطة بـ AND.

مقارنة النماذج

اللغات الحديثة غالبًا ما تخلط النماذج — تدعم Python جميع أنواع البرمجة الإجرائية، كائنية، ووظيفية. الاختيار الصحيح يعتمد على المشكلة.

يُعمّل هذا التعامل مع الملف من الموضوع 10، لمعالجة ملفات تسلسلية، متسلسلة وعشوائية (الوصول المباشر). عمليات الشبه كود: OPENFILE name FOR READ | WRITE | APPEND (READ يفتح ملفًا موجودًا، WRITE ينشئ/يحل محل، APPEND يضيف في النهاية)؛ READFILE name, line؛ WRITEFILE name, value؛ CLOSEFILE name؛ وEOF(name) التي تكون TRUE في النهاية.

اقرأ الملف بالكامل:

OPENFILE "names.txt" FOR READ
WHILE NOT EOF("names.txt") DO
    READFILE "names.txt", thisName
    OUTPUT thisName
ENDWHILE
CLOSEFILE "names.txt"

ابحث في ملف (توقف عند العثور):

found ← FALSE
OPENFILE "people.txt" FOR READ
WHILE NOT EOF("people.txt") AND NOT found DO
    READFILE "people.txt", line
    IF line = target THEN
        found ← TRUE
    ENDIF
ENDWHILE
CLOSEFILE "people.txt"

تحديث ملف في مكانه

معظم اللغات لا يمكنها تعديل ملف نصي في مكانه. بدلاً من ذلك: افتح الأصلي للـ READ وملف مؤقت للـ WRITE؛ لكل سطر، اكتب النسخة الجديدة إذا كان يجب تغييره، وإلا اكتب الأصلية؛ أغلق الاثنين؛ ثم استبدل الأصلي بالمؤقت. نفس النمط يعالج حذف الأسطر (تخطيها) وإدراجها.

سجلات وملفات الوصول العشوائي

وضع فتح. READ: يجب أن يوجد الملف ويبدأ القراءة من البداية. WRITE: يتم إنشاء ملف جديد، ويتم حل محل ملف موجود بنفس الاسم. APPEND: الكتابة تضيف إلى نهاية ملف موجود. يُغلق كل ملف مفتوح بـ CLOSEFILE، وتكون EOF(name) TRUE عند قراءة آخر عنصر.

ثلاث تنظيمات للملفات. في ملف تسلسلي تكون السجلات بالترتيب الذي أضيفت فيه؛ في ملف متسلسل تكون بترتيب المفتاح؛ كلاهما يُقرأ من البداية. ملف عشوائي (ملف الوصول المباشر) يخزن كل سجل عند عنوان محسوب من مفتاحه بواسطة دالة تشفير (Hashing)، بحيث يُوجد سجل واحد دون قراءة البقية. تُصنّع السجلات كنوع محدد مسبقًا من المستخدم:

TYPE AccountRecord
    DECLARE AccNo : INTEGER
    DECLARE Name : STRING
    DECLARE Balance : REAL
    DECLARE Active : BOOLEAN
ENDTYPE

عمليات ملف الوصول العشوائي في الشبه كود هي OPENFILE "Acc.dat" FOR RANDOM، SEEK "Acc.dat", Address (تحريك مؤشر الملف إلى ذلك السجل)، GETRECORD "Acc.dat", Rec (قراءة السجل هناك) وPUTRECORD "Acc.dat", Rec (كتابة السجل هناك). إيجاد عميل برقم الحساب، كما وضعته Paper 3:

DECLARE Rec : AccountRecord
DECLARE Target, Address : INTEGER
INPUT Target
Address ← Target MOD 1000              // the hashing function
OPENFILE "Acc.dat" FOR RANDOM
SEEK "Acc.dat", Address
GETRECORD "Acc.dat", Rec
WHILE Rec.AccNo <> Target AND Rec.AccNo <> 0    // 0 marks an empty slot
    Address ← Address + 1               // a collision: try the next slot
    SEEK "Acc.dat", Address
    GETRECORD "Acc.dat", Rec
ENDWHILE
IF Rec.AccNo = Target THEN
    OUTPUT Rec.Name, Rec.Balance
ELSE
    OUTPUT "No such account"
ENDIF
CLOSEFILE "Acc.dat"

لتخزين سجل، شفر مفتاحه، SEEK إلى العنوان وPUTRECORD، متجاوزًا أي خانة مشغولة بالفعل. تُمنح العلامات للتشفير، الـ SEEK قبل GET أو PUT، المقارنة مع المستهدف، ومعالجة الاصطدام، وإغلاق الملف.

مثال محلول. ActiveFile.dat يحتوي على AccountRecord سجلات. اكتب شبه كود ينسخ كل سجل يكون مجال Active فيه FALSE إلى نهاية ArchiveFile.dat.

DECLARE Rec : AccountRecord
OPENFILE "ActiveFile.dat" FOR READ
OPENFILE "ArchiveFile.dat" FOR APPEND
WHILE NOT EOF("ActiveFile.dat")
    READFILE "ActiveFile.dat", Rec
    IF Rec.Active = FALSE THEN
        WRITEFILE "ArchiveFile.dat", Rec
    ENDIF
ENDWHILE
CLOSEFILE "ActiveFile.dat"
CLOSEFILE "ArchiveFile.dat"

ملفات النص في Python (Paper 4): file = open("HighScore.txt", "r")، ثم for line in file: مع line.strip() وline.split(",") لفصل الحقول، int(…) لتحويل درجة، وfile.close()؛ للكتابة، open(name, "w") (أو "a" للإضافة) وfile.write(str(score) + "\n"). تُقرأ جدول أعلى الدرجات في قائمة سجلات، تُدرج الدرجة الجديدة في مكانها، وتُكتب القائمة كاملة مرة أخرى. يمنح المصحح العلامات للفتح بالوضع الصحيح، وحلقة تقرأ كل سطر، وتحويل النص إلى أرقام، والإغلاق.

فخاخ

نسيان إغلاق الملف (قد تُفقد البيانات)؛ الفتح للـ WRITE بينما كنت تقصد APPEND (يحل محل كل شيء)؛ القراءة beyond EOF؛ المسارات الثابتة — مثل مسار /Users/Admin/data.txt لا يعمل على جهاز آخر، لذا استخدم ثابتًا نسبيًا مثل DataFile = "./data/scores.txt".

الاستثناء هو خطأ أو حالة غير متوقعة أثناء التنفيذ — القسمة على صفر، ملف غير موجود، فشل الشبكة، فهرس مصفوفة خارج النطاق. يسمح معالجة الاستثناءات للبرنامج باكتشافها والتفاعل معها بلطف بدلاً من انهياره.

يهم ذلك لأن البرامج الحقيقية تواجه أخطاء لا يمكن منعها مسبقاً (تم نقل الملفات، انقطاع الشبكات، إدخال خاطئ)؛ بدونها، تحتاج كل عملية إلى التحقق IF خاص بها؛ وتفصل بين التدفق الطبيعي ومعالجة الأخطاء، مما يجعل المسار الرئيسي نظيفاً. على سبيل المثال، قد يحذف مستخدم آخر ملفاً بينما يتحقق برنامجك من وجوده وفتحه فعلياً — لا يمكنك منع ذلك، بل فقط التعامل مع الفشل عند وقوعه.

"صِف، بمثال، ما يُقصد بالاستثناء" (علامتان). حدث غير متوقع أو خطأ يحدث أثناء تنفيذ البرنامج (وقت التشغيل) ويقطع تدفقه الطبيعي؛ مثل القسمة على صفر، فتح ملف غير موجود، تحويل إدخال غير رقمي إلى عدد صحيح، فهرس مصفوفة خارج النطاق، أو نفاد الذاكرة. "حدد سببين محتملين للاستثناءات" يُجاب عنه من تلك القائمة، بالإضافة إلى "الجهاز أو الشبكة غير متاح" و"تم إدخال نوع بيانات غير صالح".

"اذكر أسباب تضمين معالجة الاستثناء" (ثلاث علامات). لمنع البرنامج من الانهيار (التوقف بشكل غير متوقع)؛ لإخراج رسالة ذات معنى للمستخدم بدلاً من خطأ النظام؛ للسماح للبرنامج بالاستعادة والاستمرار، على سبيل المثال بطلب الإدخال مرة أخرى، أو إغلاق الملفات بأمان قبل انتهائه؛ ولأن بعض الأخطاء لا يمكن التنبؤ بها عند كتابة البرنامج. "وصف كيفية تجنب إنهاء البرنامج بسبب استثناء": ضع الجمل التي قد تثير الاستثناء داخل كتلة TRY؛ اكتب كتلة EXCEPT (مقبض) لذلك الاستثناء تتعامل معه، على سبيل المثال بإخراج رسالة، حتى يستمر التنفيذ بعد الكتلة بدلاً من التوقف. "اشرح ما يُقصد بمعالجة الاستثناءات": اكتشاف الاستثناء عند وقوعه وتشغيل الكود (المقبض) الذي يتعامل معه حتى يستمر البرنامج.

النمط

TRY
    OPENFILE "data.txt" FOR READ
    READFILE "data.txt", line
    OUTPUT line
    CLOSEFILE "data.txt"
EXCEPT FileNotFound
    OUTPUT "Sorry, the file does not exist."
EXCEPT ReadError
    OUTPUT "Sorry, error reading the file."
ENDTRY

كتلة TRY تحتوي على الكود الذي قد يفشل؛ كتلة EXCEPT الأولى المتطابقة تعمل. اللغات الحقيقية أيضاً تحتوي على مقبض شامل EXCEPT وكتلة FINALLY تعمل سواء حدث استثناء أم لا — مفيدة للتنظيف (إغلاق الملفات).

*تدفق الاستثناء: يقفز الاستثناء إلى EXCEPT المطابق؛ كتلة FINALLY تعمل دائماً قبل أن يستمر البرنامج

إثارة استثناء

الوظيفة الفرعية التي تكتشف الخطأ يمكنها إثارة استثناء لكي يتعامل معه الداع:

PROCEDURE Divide(a : INTEGER, b : INTEGER) RETURNS INTEGER
    IF b = 0 THEN
        RAISE DivideByZero
    ENDIF
    RETURN a DIV b
ENDPROCEDURE

حيث يتم التعامل مع الاستثناءات

تعامل معها قريباً من الخطأ إذا كانت الاستجابة بسيطة (رسالة، إعادة المحاولة)، أو أعلى في مكدس الاستدعاءات إذا كان الكود الخارجي فقط يعرف ما يجب فعله (حلقة واجهة رسومية عليا تسجل الخطأ وتعرض حواراً ودوداً). لا ابتلع الاستثناءات بصمت — على الأقل سجلها، وإلا يصبح التصحيح مستحيلاً.

استثناءات شائعة: FileNotFound، IOError، DivisionByZero، IndexOutOfRange، InvalidArgument، NullReference، OutOfMemory. تغليف كل عملية فاشلة في TRY مع المعالجات EXCEPT الصحيحة يمنح برنامجًا يتدهور بشكل لطيف بدلاً من الانهيار.

مثال محلول (ورقة 4). اكتب دالة تقرأ أعداداً صحيحة، واحد لكل سطر، من ملف يكون اسمه مُمرراً كمعامل وتعيدها في قائمة. لا يجب أن ينهار إذا لم يكن الملف موجوداً أو لم يكن السطر عدداً صحيحاً.

def read_scores(filename):
    scores = []
    try:
        file = open(filename, "r")
        for line in file:
            scores.append(int(line))
        file.close()
    except FileNotFoundError:
        print("The file", filename, "does not exist")
    except ValueError:
        print("A line in the file was not a whole number")
    return scores

كتلة try تحتوي على الكود الذي يمكن أن يفشل (الفتح والتحويل)؛ كل except يسمي استثناءً واحداً ويفعل شيئاً مفيداً؛ لا تزال الدالة تعيد قائمة، لذا يستمر الداع. في Java نفس الشكل هو try { … } catch (FileNotFoundException e) { … } catch (NumberFormatException e) { … }؛ في VB.NET Try … Catch ex As FileNotFoundException … End Try. العلامات: الجمل الخطرة داخل try، أسماء الاستثناءات الصحيحة، رسالة لكل منها، واستمرار البرنامج afterwards؛ مقبض شامل except: يحصل على علامة الانهيار لكن ليس علامة "الاستثناء المناسب".

مثال محلول. ملف نصي للأعضاء يحتاج تغيير رقم هاتف عضو واحد. لماذا لا يمكن للبرنامج ببساطة الكتابة فوق هذا السطر، وما هو النمط؟ أسطر الملف النصي أطوال مختلفة، والملف لا يحتوي على فراغات لامتصاص الفرق: بديل أطول سيصطدم بالسجل التالي، وبديل أقصر سيترك جزءاً من السطر القديم خلفه. لذا النمط هو فتح الأصلي لـ READ وملف مؤقت لـ WRITE، قراءة كل سطر على التوالي، كتابة النسخة الجديدة للسطر المتغير والأصلية لجميع الأخرى، إغلاق كليهما، ثم استبدال الأصلي بالمؤقت. نفس الشكل يعالج الحذف (تخطي السطر) والإدراج (كتابة السطر الإضافي). لاحظ أن كل سطر يتم كتابته، ليس فقط المتغير - كتابة السجل الجديد فقط وفقدان باقي الملف هي الخطأ الكلاسيكي.

تُصنّف أسئلة التعريف بناءً على صياغة ثابتة. احفظ هذه التعريفات بدقة، وقدم إجابة واحدة فقط.

• النماذج: تعرف الوصف الخطي الواحد لكل نموذج وكن مستعدًا لتسمية النموذج من عينة برمجية؛ الأسئلة منخفضة المستوى تريد أوضاع العنونة الخمسة وما يستقبله المجمع.
• تعريفات البرمجة كائنية-directions تظهر في كل جلسة: فئة، كائن، خاصية، وظيفة، تغليف، وراثة، تعددية أشكال، دالة بانية. اكتب فئة بلغة وهمية بخصائص خاصة ودالة بانية عامة وجوالب؛ فئة فرعية ترث وتستخدم دالة بانية أم.
• إعلانية: هدف بمتغير يعيد كل حقيقة مطابقة؛ القاعدة هي استنتاج إذا كانت الشروط مرتبطة بـ AND؛ انسخ أسماء القواعد من السؤال حرفيًا.
• الملفات: الأوضاع الثلاثة وما يفعلونه في ملف موجود؛ قراءة ملف في حلقة بينما ليس نهاية الملف؛ الملفات العشوائية تستخدم تجزئة، بحث، جلب سجل ووضع سجل، مع خطوة فوق للتصادمات.
• الاستثناءات: التعريف بمثال، ثلاثة أسباب لمعالجتها، وحاول مع استثناء مسمى يسمح للبرنامج بالاستمرار.

أخطاء شائعة

• وصف برنامج إعلاني بأنه "تسلسل خطوات يعطي الإجابة"؛ هو يحدد ما هو صحيح وما هو مطلوب، وليس كيف.
• الخلط بين كائن وفئة، أو مثال وخاصية؛ السؤال "حدوث لكائن" يريد مثالاً.
• إعلان الخصائص عامة، أو الوصول إليها من خارج الفئة بدلاً من عبر جواب، مما يفقد علامات التغليف.
• دالة بانية فرعية تضع خصائص الأم مباشرةً بدلاً من استدعاء دالة بانية أم.
• شرح تعددية الأشكال بأنها "كثير من الكائنات"؛ هي نفس اسم الوظيفة يتصرف بشكل مختلف حسب الفئات المختلفة.
• فتح ملف للكتابة لإضافة سجل، مما يدمر المحتوى الموجود؛ استخدم الإضافة.
• قراءة ملف عشوائي من البداية؛ ابحث عن العنوان المجزأ أولاً.
• وضع معالج الاستثناء حول الكود الذي لا يمكن أن يفشل، أو التقاط كل شيء بدون رسالة، أو وصف معالجة الاستثناءات بأنها "فحص الإدخال باستخدام IF".