المُقدّمة

يعد Metaprogramming جانبًا رائعًا من تطوير البرمجيات، حيث يسمح للمطورين بكتابة برامج تتعامل مع الكود نفسه، وتعديل أو إنشاء الكود ديناميكيًا. تفتح هذه التقنية القوية عالمًا من الإمكانيات الأتمتةوتوليد التعليمات البرمجية وتعديلات وقت التشغيل. في بايثون، لا تعد البرمجة الوصفية باستخدام الفئات الوصفية مجرد ميزة ولكنها جزء لا يتجزأ من فلسفة اللغة، مما يتيح إنشاء فئات ووظائف وحتى وحدات كاملة بشكل سريع ومرن. في هذه المقالة، سنناقش أساسيات البرمجة الوصفية باستخدام الفئات الوصفية في بايثون.

تتعلق البرمجة الوصفية بكتابة التعليمات البرمجية التي يمكنها إنتاج أو تعديل أو استبطان تعليمات برمجية أخرى. إنها تقنية برمجة عالية الترتيب حيث يتم تنفيذ العمليات على البرامج نفسها. فهو يمكّن المطورين من الرجوع إلى الوراء ومعالجة العناصر الأساسية للتعليمات البرمجية الخاصة بهم، مثل الوظائف والفئات وحتى الوحدات النمطية، برمجيًا.

قد يبدو هذا المفهوم مجردًا في البداية، ولكنه يستخدم على نطاق واسع في تطوير البرمجيات لأغراض مختلفة، بما في ذلك إنشاء التعليمات البرمجية، وتبسيط التعليمات البرمجية، وأتمتة المهام المتكررة. من خلال الاستفادة من البرمجة الوصفية، يمكن للمطورين كتابة تعليمات برمجية أكثر عمومية ومرونة، مما يقلل من النمط المعياري ويجعل صيانة برامجهم وتوسيعها أسهل.

اقرأ أيضا: 12 أدوات للذكاء الاصطناعي يمكنها إنشاء تعليمات برمجية لمساعدة المبرمجين

مفهوم الكود الذي يتعامل مع الكود

لفهم البرمجة الفوقية بشكل حقيقي، من الضروري أن نفهم أنه في لغات مثل بايثون، كل شيء هو كائن، بما في ذلك تعريفات الفئة والوظائف. هذا يعني أنه يمكن التعامل مع الفئات والوظائف تمامًا مثل أي كائن آخر في اللغة. يمكنك إنشاؤها أو تعديلها أو حذفها في وقت التشغيل، مما يتيح السلوك الديناميكي استنادًا إلى حالة البرنامج أو المدخلات الخارجية.

على سبيل المثال، من خلال البرمجة الفوقية، يمكن لبرنامج Python النصي إنشاء سلسلة من الوظائف تلقائيًا بناءً على أنماط أو تكوينات معينة محددة في وقت التشغيل، مما يقلل بشكل كبير من جهود البرمجة اليدوية. وبالمثل، يمكنه فحص وتعديل خصائص الكائنات أو الفئات، وتغيير سلوكها دون تغيير الكود الأصلي مباشرة.

تتبنى فلسفة تصميم بايثون البرمجة الفوقية، وتوفر ميزات مدمجة تدعم وتشجع استخدامها. تعد ميزات مثل الديكورات والفئات الوصفية وواجهة برمجة تطبيقات الانعكاس كلها أمثلة على إمكانات البرمجة الوصفية المدمجة في اللغة. تسمح هذه الميزات للمطورين بتنفيذ أنماط وتقنيات قوية، مثل:

• تحسين أو تعديل سلوك الوظائف أو الأساليب دون تغيير التعليمات البرمجية الخاصة بها.
• قم بتخصيص إنشاء الفئات لفرض أنماط معينة أو إضافة وظائف تلقائيًا، مما يتيح تقنيات البرمجة الوصفية المتقدمة مثل Metaprogramming مع Metaclasses في Python.
• فحص خصائص الكائنات في وقت التشغيل، مما يتيح الاستدعاء الديناميكي للطرق أو الوصول إلى السمات.

من خلال هذه الآليات، يمكن لمطوري بايثون كتابة تعليمات برمجية لا تتعلق فقط بأداء المهام، بل أيضًا بالتحكم في كيفية أداء تلك المهام وكيفية هيكلة التعليمات البرمجية نفسها. يؤدي هذا إلى برامج موجزة وقابلة للتكيف بدرجة عالية يمكنها التعامل مع المتطلبات المعقدة بحلول أنيقة.

الخروج: 5 حيل مذهلة من Google Colab عليك تجربتها اليوم

أساسيات فئات وكائنات بايثون

تعمل لغة بايثون، وهي شركة قوية في عالم البرمجة، وفقًا لمفهوم بسيط ولكنه عميق: كل شيء هو كائن. تشكل هذه الفلسفة حجر الأساس لبنية بايثون، مما يجعل فهم الفئات والأشياء ضروريًا لأي مبرمج بايثون. تهدف هذه المقالة إلى إزالة الغموض عن هذه المفاهيم، والتعمق في أساسيات فئات وكائنات بايثون، وعالم الفئات الوصفية المثير للاهتمام، وكيف تلعب دورًا محوريًا في طبيعة بايثون الديناميكية. بالإضافة إلى ذلك، سنستكشف المجال الرائع للبرمجة الوصفية باستخدام Metaclasses في Python، ونكشف عن قدراتها وسيناريوهات استخدامها.

تلخيص سريع لفئات وكائنات بايثون

في بايثون، الفصل هو مخطط لإنشاء الكائنات. الكائنات هي مثيلات للفئات وتغليف البيانات والوظائف المتعلقة بتلك البيانات. تحدد هذه الوظائف، المعروفة بالطرق، سلوكيات الكائن. توفر الفئات وسيلة لتجميع البيانات والوظائف معًا، مما يؤدي إلى إنشاء طريقة نظيفة وبديهية لتنظيم البرامج.

class Dog:

def __init__(self, name):

     self.name = name

def speak(self):

     return f"{self.name} says Woof!

في هذا المثال البسيط، Dog عبارة عن فئة تمثل كلبًا، مع سمة اسم وطريقة تحدث تحاكي نباح الكلب. يعد إنشاء مثيل لـ Dog أمرًا بسيطًا:

my_dog = Dog("Rex")

print(my_dog.speak())  # Output: Rex says Woof!

اكتب التسلسل الهرمي في بايثون

يتميز نظام الكتابة في Python بالمرونة بشكل ملحوظ، حيث يستوعب كل شيء بدءًا من أنواع البيانات البدائية مثل الأعداد الصحيحة والسلاسل وحتى هياكل البيانات المعقدة. في الجزء العلوي من هذا النوع من التسلسل الهرمي توجد فئة الكائن، مما يجعلها الفئة الأساسية لجميع فئات بايثون. يعني هذا الهيكل الهرمي أن كل فئة بايثون هي سليل فئة الكائن العالمية هذه، وترث خصائصها.

الطبقات هي كائنات أيضا

أحد الجوانب المثيرة للاهتمام في بايثون هو أن الفئات نفسها هي كائنات. إنها أمثلة لشيء يسمى metaclass. الطبقة الوصفية في بايثون هي التي تنشئ كائنات الفئة. فئة التعريف الافتراضية هي النوع. قد يبدو هذا المفهوم متكررًا، لكنه ضروري لطبيعة بايثون الديناميكية، مما يسمح بإنشاء فئات في وقت التشغيل وحتى تغيير سلوك الفصل.

هل ترغب في تعلم لغة بايثون مجانًا؟ قم بالتسجيل في موقعنا مقدمة لبرنامج بايثون اليوم!

من الأفضل فهم فئة metaclass على أنها "فئة الفصل". إنه يحدد كيف يتصرف الفصل. تحدد الفئة كيفية تصرف مثيل الفئة. وبالتالي، تسمح لنا الفئات الوصفية بالتحكم في إنشاء الفئات، مما يوفر مستوى عالٍ من التخصيص في البرمجة الموجهة للكائنات.

كيف تختلف Metaclasses عن الفئات؟

الفرق الرئيسي بين الفئة و metaclass هو مستوى التجريد. في حين أن الفئة عبارة عن مخطط لإنشاء الكائنات، فإن الطبقة الوصفية هي مخطط لإنشاء الفئات. تعمل الفئات الوصفية على مستوى أعلى، حيث تتلاعب بالفئة نفسها، وليس فقط مثيلاتها.

فئة Metaclass الافتراضية في Python: النوع

وظيفة الكتابة هي فئة التعريف المضمنة التي تستخدمها Python افتراضيًا. إنه متعدد الاستخدامات وقادر على إنشاء فئات جديدة بسرعة. يمكن استخدام النوع كدالة لإرجاع نوع الكائن وكفئة تعريفية أساسية لإنشاء فئات جديدة.

فهم دور وظيفة الكتابة في إنشاء الفصل

تلعب وظيفة الكتابة دورًا محوريًا في إنشاء الفصل. يمكنه إنشاء فئات جديدة ديناميكيًا، مع أخذ اسم الفئة ومجموعة من الفئات الأساسية وقاموس يحتوي على السمات والأساليب كوسيطات.

عند تنفيذ تعريف فئة في بايثون، يتم استدعاء نوع metaclass لإنشاء كائن الفئة. بمجرد إنشاء الفئة، يتم إنشاء مثيلات الفئة عن طريق استدعاء كائن الفئة، والذي بدوره يستدعي الأسلوب __call__ لتهيئة الكائن الجديد.

الأساليب الجديدة والبادئة في Metaclasses

يمكن للفئات الوصفية تخصيص إنشاء الفصل من خلال الأساليب __new__ و __init__. __new__ مسؤول عن إنشاء كائن الفئة الجديد، بينما يقوم __init__ بتهيئة كائن الفئة المنشأ حديثًا. تسمح هذه العملية باعتراض إنشاء الفصل وتخصيصه.

class Meta(type):

def __new__(cls, name, bases, dct):

     # Custom class creation logic here

     return super().__new__(cls, name, bases, dct)

تخصيص إنشاء الفصل باستخدام Metaclasses

تسمح الفئات الوصفية بالتخصيص المتقدم لإنشاء الفصل. يمكنهم تعديل سمات الفئة تلقائيًا أو فرض أنماط معينة أو إدخال أساليب وخصائص جديدة.

طريقة الاستدعاء: التحكم في إنشاء المثيل

يمكن للأسلوب __call__ في الفئات التعريفية التحكم في كيفية إنشاء مثيلات الفئات، مما يسمح بإجراء فحوصات ما قبل التهيئة، أو فرض أنماط مفردة، أو تعديل المثيل ديناميكيًا.

تعتبر الفئات الوصفية في لغة بايثون ميزة عميقة ولكن غالبًا ما يُساء فهمها. أنها توفر آلية لتعديل إنشاء الفئة، وتمكين المطورين من تنفيذ الأنماط والسلوكيات التي قد تكون مرهقة أو مستحيلة التحقيق مع الفئات القياسية. سوف ترشدك هذه المقالة خلال البرمجة الوصفية باستخدام Metaclasses في Python، وتوضح كيفية إنشاء فئات تعريفية مخصصة، وتوضح هذا المفهوم بأمثلة بسيطة، وتستكشف حالات الاستخدام العملي حيث تتألق الفئات التعريفية.

دليل خطوة بخطوة لتحديد Metaclass

يتضمن تعريف فئة التعريف في Python تصنيفًا فرعيًا من نوع metaclass. فيما يلي دليل مبسط خطوة بخطوة لإنشاء فئة التعريف الخاصة بك:

1. فهم نوع ميتا كلاس: تعرف على أن هذا النوع هو فئة التعريف المضمنة التي تستخدمها Python افتراضيًا لإنشاء جميع الفئات.
2. تعريف Metaclass: قم بإنشاء فئة جديدة، تسمى عادةً بلاحقة Meta، واجعلها ترث من النوع. هذه الفئة هي فئة التعريف المخصصة الخاصة بك.
3. تنفيذ السلوك المخصص: تجاوز الأساليب __new__ و/أو __init__ لتقديم سلوك إنشاء فئة مخصصة.
4. استخدم Metaclass في الفصل الدراسي: حدد فئة التعريف المخصصة الخاصة بك باستخدام الكلمة الأساسية فئة التعريف في تعريف الفئة.

مثال

# Step 2: Define the Metaclass

class CustomMeta(type):

# Step 3: Implement Custom Behavior

def __new__(cls, name, bases, dct):

     # Add custom behavior here. For example, automatically add a class attribute.

     dct['custom_attribute'] = 'Value added by metaclass'

     return super().__new__(cls, name, bases, dct)

# Step 4: Use the Metaclass in a Class

class MyClass(metaclass=CustomMeta):

pass

# Demonstration

print(MyClass.custom_attribute)  # Output: Value added by metaclass

سمة التحقق من صحة Metaclass

تتحقق فئة التعريف هذه من وجود سمات معينة في تعريف الفئة.

class ValidatorMeta(type):

def __new__(cls, name, bases, dct):

     if 'required_attribute' not in dct:

         raise TypeError(f"{name} must have 'required_attribute'")

     return super().__new__(cls, name, bases, dct)

class TestClass(metaclass=ValidatorMeta):

required_attribute = True

سينجلتون ميتاكلاس

وهذا يضمن أن الفصل يحتوي على مثيل واحد فقط.

class SingletonMeta(type):

_instances = {}

def __call__(cls, *args, **kwargs):

     if cls not in cls._instances:

         cls._instances[cls] = super().__call__(*args, **kwargs)

     return cls._instances[cls]

class SingletonClass(metaclass=SingletonMeta):

pass

نمط سينجلتون

يضمن النمط المفرد أن تحتوي الفئة على مثيل واحد فقط وتوفر نقطة وصول عالمية إليها. يعد مثال SingletonMeta metaclass أعلاه تطبيقًا مباشرًا لهذا النمط، حيث يتحكم في إنشاء المثيل لضمان وجود مثيل واحد فقط.

التحقق من صحة خاصية الفئة

يمكن استخدام الفئات الوصفية للتحقق من صحة خصائص الفئة في وقت الإنشاء، مما يضمن استيفاء شروط معينة. على سبيل المثال، يمكنك فرض أن جميع الفئات الفرعية للفئة الأساسية تنفذ أساليب أو سمات محددة، مما يوفر فحوصات وقت الترجمة بدلاً من أخطاء وقت التشغيل.

التسجيل التلقائي للفئات الفرعية

يمكن للفئات الوصفية تسجيل جميع الفئات الفرعية لفئة معينة تلقائيًا، وهو أمر مفيد لأنظمة أو أطر العمل الإضافية حيث يجب اكتشاف جميع الامتدادات وإتاحتها دون تسجيل صريح:

class PluginRegistryMeta(type):

registry = {}

def __new__(cls, name, bases, dct):

     new_class = super().__new__(cls, name, bases, dct)

     if name not in ['BasePlugin']:

         cls.registry[name] = new_class

     return new_class

class BasePlugin(metaclass=PluginRegistryMeta):

pass

# Subclasses of BasePlugin are now automatically registered.

class MyPlugin(BasePlugin):

pass

print(PluginRegistryMeta.registry)  # Output includes MyPlugin

class PluginRegistryMeta(type):

registry = {}

def __new__(cls, name, bases, dct):

     new_class = super().__new__(cls, name, bases, dct)

     if name not in ['BasePlugin']:

         cls.registry[name] = new_class

     return new_class

class BasePlugin(metaclass=PluginRegistryMeta):

pass

# Subclasses of BasePlugin are now automatically registered.

class MyPlugin(BasePlugin):

pass

print(PluginRegistryMeta.registry)  # Output includes MyPlugin

وفي الختام

تعد الفئات الوصفية ميزة قوية في لغة Python، مما يسمح بمعالجة معقدة لإنشاء الفئات. من خلال فهم كيفية إنشاء فئات تعريفية مخصصة واستخدامها، يمكن للمطورين تنفيذ أنماط وسلوكيات متقدمة، مثل المفردات والتحقق من الصحة والتسجيل التلقائي. في حين أن الفئات الوصفية يمكن أن تقدم التعقيد، فإن استخدامها الحكيم يمكن أن يؤدي إلى تعليمات برمجية أكثر وضوحًا وأكثر قابلية للصيانة وأكثر بديهية.

هل تريد إتقان برمجة بايثون؟ سجل في دورتنا المجانية ل مقدمة إلى بايثون.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://www.analyticsvidhya.com/blog/2024/02/understanding-metaprogramming-with-metaclasses-in-python/