مبادئ الكود النظيف: صياغة تطبيقات بايثون قابلة للصيانة

في عالم تطوير البرمجيات، لا يمكن المبالغة في أهمية كتابة كود نظيف وقابل للصيانة. في حين أن البرنامج قد يعمل في البداية بشكل صحيح، إلا أن التكلفة طويلة الأجل للكود المكتوب بشكل سيئ يمكن أن تكون كبيرة. هذا صحيح بشكل خاص في بايثون، وهي لغة معروفة بقابليتها للقراءة وتنوعها. من خلال الالتزام بمبادئ الكود النظيف، يمكنك إنشاء تطبيقات بايثون أسهل للفهم والتعديل والتعاون عليها، مما يوفر الوقت والموارد في النهاية.

لماذا يهم الكود النظيف

الكود النظيف ليس مجرد مسألة جمالية؛ بل يتعلق ببناء برامج مستدامة. إليك سبب أهميته:

• تحسين قابلية القراءة: يجب أن يكون الكود سهل القراءة والفهم، حتى من قبل المطورين غير المعتادين على قاعدة الكود. هذا يقلل الوقت المستغرق لفهم المنطق وإجراء التغييرات.
• تقليل وقت التصحيح: الكود النظيف أسهل في التصحيح لأن المنطق واضح والمصادر المحتملة للأخطاء يمكن تحديدها بسهولة أكبر.
• تعزيز قابلية الصيانة: الكود المهيكل جيدًا أسهل في الصيانة والتعديل بمرور الوقت، مما يسمح بتحديثات أسرع وإصلاحات للأخطاء.
• زيادة التعاون: الكود النظيف يسهل التعاون بين المطورين، حيث يسهل فهم والمساهمة في قاعدة كود منظمة جيدًا.
• تقليل الديون التقنية: الكود النظيف يقلل من الديون التقنية، وهي التكلفة الضمنية لإعادة العمل الناتجة عن اختيار حل سهل الآن بدلاً من استخدام نهج أفضل قد يستغرق وقتًا أطول.
• تحسين قابلية الاختبار: الكود النظيف أسهل في الاختبار، مما يسمح لك بكتابة اختبارات وحدة وتكامل فعالة تضمن جودة برنامجك.

المبادئ الأساسية للكود النظيف في بايثون

توجد عدة مبادئ توجه إنشاء كود نظيف في بايثون. هذه المبادئ ليست قواعد جامدة ولكنها بالأحرى إرشادات يمكن أن تساعدك في كتابة كود أكثر قابلية للصيانة والقراءة.

1. اتبع PEP 8 - دليل الأسلوب لكود بايثون

PEP 8 هو دليل الأسلوب الرسمي لكود بايثون. يضمن الالتزام بـ PEP 8 الاتساق وسهولة القراءة عبر قاعدة الكود الخاصة بك. يمكن لأدوات مثل flake8 و pylint التحقق تلقائيًا من كودك للتأكد من توافقه مع PEP 8. يمكن أن يؤدي تجاهل PEP 8 إلى عدم الاتساق ويجعل من الصعب على مطوري بايثون الآخرين قراءة التعليمات البرمجية الخاصة بك. تتضمن أمثلة إرشادات PEP 8 ما يلي:

• المسافة البادئة: استخدم 4 مسافات للمسافة البادئة.
• طول السطر: حدد الأسطر بـ 79 حرفًا.
• الأسطر الفارغة: استخدم الأسطر الفارغة لفصل الوظائف والفئات والكتل المنطقية من التعليمات البرمجية.
• اتفاقيات التسمية: استخدم اتفاقيات تسمية وصفية ومتسقة للمتغيرات والوظائف والفئات (مثل snake_case للمتغيرات والوظائف، و CamelCase للفئات).
• التعليقات: اكتب تعليقات واضحة وموجزة لشرح المنطق المعقد أو التعليمات البرمجية غير الواضحة.

مثال:

غير متوافق مع PEP 8:

            def calculate_area(length,width):
 area=length*width
 return area
            

              
                Copy
              
            
          

متوافق مع PEP 8:

            def calculate_area(length, width):
  """Calculates the area of a rectangle."""
  area = length * width
  return area

            

              
                Copy
              
            
          

2. أسماء ذات معنى

يعد اختيار أسماء وصفية وذات مغزى للمتغيرات والوظائف والفئات أمرًا بالغ الأهمية لقابلية قراءة التعليمات البرمجية. يجب أن تشير الأسماء بوضوح إلى الغرض من الكيان الذي تمثله.

• كن وصفيًا: اختر أسماء تصف بدقة الغرض أو الوظيفة من الكيان.
• كن متسقًا: استخدم اتفاقيات تسمية متسقة في جميع أنحاء قاعدة التعليمات البرمجية الخاصة بك.
• تجنب الاختصارات: قلل من استخدام الاختصارات، وخاصة الغامضة منها. في حين أن بعض الاختصارات الشائعة مقبولة (مثل i للفهرس في حلقة)، تجنب الأسماء المختصرة بشكل مفرط والتي قد يكون من الصعب فهمها.
• استخدم أسماء قابلة للنطق: يجب أن يكون من السهل نطق الأسماء، مما يسهل مناقشتها وتذكرها.

مثال:

تسمية ضعيفة:

            def calc(x, y):
  return x * y

            

              
                Copy
              
            
          

تسمية جيدة:

            def calculate_total_price(quantity, unit_price):
  """Calculates the total price based on quantity and unit price."""
  return quantity * unit_price

            

              
                Copy
              
            
          

3. يجب أن تفعل الوظائف شيئًا واحدًا

يجب أن يكون للوظيفة غرض واحد ومحدد جيدًا. إذا كانت الوظيفة تؤدي مهام متعددة، يصبح من الصعب فهمها واختبارها وصيانتها. قسّم الوظائف المعقدة إلى وظائف أصغر وأكثر تركيزًا.

• حافظ على الوظائف صغيرة: استهدف الوظائف التي تكون قصيرة وموجزة، وعادةً لا تزيد عن بضعة أسطر من التعليمات البرمجية.
• تجنب الآثار الجانبية: من الناحية المثالية، يجب على الوظيفة تعديل متغيراتها المحلية فقط وإرجاع قيمة. تجنب الوظائف التي لها آثار جانبية غير مقصودة، مثل تعديل المتغيرات العامة أو إجراء عمليات الإدخال/الإخراج.
• استخدم أسماء وصفية: يمكن أن يساعد اسم الوظيفة المختار جيدًا في توصيل غرضه الفردي.

مثال:

وظيفة تقوم بأشياء متعددة:

            def process_order(order):
  """Processes an order, including validation, calculation, and database update."""
  if not order.is_valid():
   print("Invalid order")
   return
  total = order.calculate_total()
  order.update_database(total)

            

              
                Copy
              
            
          

تمت إعادة هيكلتها إلى وظائف أصغر:

            def is_order_valid(order):
  """Validates an order."""
  # Validation logic
  return order.is_valid()

def calculate_order_total(order):
  """Calculates the total for an order."""
  return order.calculate_total()

def update_order_database(order, total):
  """Updates the order database with the total."""
  order.update_database(total)

def process_order(order):
  """Processes an order by validating, calculating total, and updating the database."""
  if not is_order_valid(order):
   print("Invalid order")
   return
  total = calculate_order_total(order)
  update_order_database(order, total)

            

              
                Copy
              
            
          

4. تجنب الازدواجية (DRY - لا تكرر نفسك)

يعد ازدواجية التعليمات البرمجية مصدرًا شائعًا للأخطاء ويجعل التعليمات البرمجية أكثر صعوبة في الصيانة. إذا وجدت نفسك تكرر نفس التعليمات البرمجية في أماكن متعددة، ففكر في استخراجها إلى وظيفة أو فئة قابلة لإعادة الاستخدام.

• استخراج المنطق الشائع: حدد واستخرج المنطق الشائع إلى وظائف أو فئات يمكن إعادة استخدامها في جميع أنحاء قاعدة التعليمات البرمجية الخاصة بك.
• استخدم الحلقات والتكرارات: استخدم الحلقات والتكرارات لتجنب تكرار التعليمات البرمجية المماثلة لعناصر بيانات مختلفة.
• ضع في اعتبارك نمط تصميم القالب: بالنسبة للسيناريوهات الأكثر تعقيدًا، ضع في اعتبارك استخدام أنماط التصميم مثل طريقة القالب لتجنب الازدواجية.

مثال:

تعليمات برمجية مكررة:

            def calculate_square_area(side):
  return side * side

def calculate_cube_volume(side):
  return side * side * side

            

              
                Copy
              
            
          

كود DRY:

            def calculate_power(base, exponent):
  return base ** exponent

def calculate_square_area(side):
  return calculate_power(side, 2)

def calculate_cube_volume(side):
  return calculate_power(side, 3)

            

              
                Copy
              
            
          

5. اكتب تعليقات جيدة

يجب أن تشرح التعليقات السبب وليس ماذا. يجب أن تكون التعليمات البرمجية واضحة بذاتها، ولكن يمكن أن توفر التعليقات سياقًا ورؤى قيمة حول الأسباب الكامنة وراء بعض القرارات. تجنب التعليقات الزائدة التي تعيد ببساطة ذكر ما تفعله التعليمات البرمجية بالفعل.

• اشرح الغرض: يجب أن تشرح التعليقات الغرض من التعليمات البرمجية، خاصةً إذا لم يكن ذلك واضحًا على الفور.
• توثيق الافتراضات: قم بتوثيق أي افتراضات أو قيود تعتمد عليها التعليمات البرمجية.
• اشرح المنطق المعقد: استخدم التعليقات لشرح الخوارزميات المعقدة أو التعليمات البرمجية غير الواضحة.
• حافظ على تحديث التعليقات: تأكد من تحديث التعليقات كلما تم تعديل التعليمات البرمجية. يمكن أن تكون التعليقات القديمة أكثر ضررًا من عدم وجود تعليقات على الإطلاق.
• استخدم سلاسل التوثيق: استخدم سلاسل التوثيق ("""...""") لتوثيق الوحدات والفئات والوظائف. يتم استخدام سلاسل التوثيق بواسطة مولدات الوثائق و IDEs لتوفير المساعدة والمعلومات حول التعليمات البرمجية الخاصة بك.

مثال:

تعليق سيئ:

            x = x + 1  # Increment x

            

              
                Copy
              
            
          

تعليق جيد:

            x = x + 1  # Increment x to move to the next item in the list

            

              
                Copy
              
            
          

6. التعامل مع الأخطاء بأمان

تتوقع التعليمات البرمجية القوية الأخطاء المحتملة وتتعامل معها بأمان. استخدم كتل try-except للقبض على الاستثناءات ومنع برنامجك من التعطل. قم بتوفير رسائل خطأ إعلامية لمساعدة المستخدمين على تشخيص المشكلات وحلها.

• استخدم كتل try-except: قم بتضمين التعليمات البرمجية المعرضة للأخطاء المحتملة في كتل try-except للقبض على الاستثناءات.
• التعامل مع استثناءات محددة: التقط استثناءات محددة بدلاً من استخدام كتلة except عامة. يتيح لك ذلك التعامل مع أنواع مختلفة من الأخطاء بطرق مختلفة.
• توفير رسائل خطأ إعلامية: قم بتضمين رسائل خطأ إعلامية تساعد المستخدمين على فهم سبب الخطأ وكيفية إصلاحه.
• تسجيل الأخطاء: سجل الأخطاء في ملف أو قاعدة بيانات لتحليلها لاحقًا. يمكن أن يساعدك هذا في تحديد وإصلاح المشكلات المتكررة.

مثال:

            def divide(x, y):
  try:
   result = x / y
   return result
  except ZeroDivisionError:
   print("Error: Cannot divide by zero.")
   return None

            

              
                Copy
              
            
          

7. كتابة اختبارات الوحدة

اختبارات الوحدة هي اختبارات صغيرة ومؤتمتة تتحقق من وظائف وحدات التعليمات البرمجية الفردية، مثل الوظائف أو الفئات. كتابة اختبارات الوحدة هو جزء أساسي من تطوير التعليمات البرمجية النظيفة. تساعدك اختبارات الوحدة على:

• تحديد الأخطاء مبكرًا: يمكن لاختبارات الوحدة اكتشاف الأخطاء في وقت مبكر من دورة التطوير، قبل أن تشق طريقها إلى الإنتاج.
• ضمان جودة التعليمات البرمجية: توفر اختبارات الوحدة شبكة أمان تتيح لك إعادة هيكلة التعليمات البرمجية الخاصة بك بثقة، مع العلم أنه يمكنك بسهولة التحقق من أن التغييرات التي أجريتها لم تدخل أي تراجعات.
• توثيق التعليمات البرمجية: يمكن أن تكون اختبارات الوحدة بمثابة وثائق للتعليمات البرمجية الخاصة بك، مما يوضح كيفية استخدامها في الغرض المقصود.

توجد في بايثون العديد من أطر الاختبار الشائعة، بما في ذلك unittest و pytest. يمكن أن يؤدي استخدام التطوير القائم على الاختبار (TDD) حيث تكتب الاختبارات قبل كتابة التعليمات البرمجية إلى تحسين تصميم التعليمات البرمجية بشكل كبير. ضع في اعتبارك استخدام مكتبات المحاكاة (مثل unittest.mock) لعزل الوحدات قيد الاختبار.

مثال (باستخدام unittest):

            import unittest

def add(x, y):
  return x + y

class TestAdd(unittest.TestCase):
  def test_add_positive_numbers(self):
   self.assertEqual(add(2, 3), 5)
  def test_add_negative_numbers(self):
   self.assertEqual(add(-2, -3), -5)
  def test_add_mixed_numbers(self):
   self.assertEqual(add(2, -3), -1)

if __name__ == '__main__':
  unittest.main()

            

              
                Copy
              
            
          

8. اجعل الأمر بسيطًا (KISS - اجعل الأمر بسيطًا، أيها الغبي)

البساطة فضيلة في تطوير البرمجيات. اسعَ لكتابة تعليمات برمجية بسيطة ومباشرة قدر الإمكان. تجنب الإفراط في الهندسة أو إضافة تعقيد غير ضروري. غالبًا ما يكون الحل الأبسط هو أفضل حل.

• تجنب الإفراط في الهندسة: لا تقم بإضافة ميزات أو تعقيد غير مطلوب حاليًا.
• استخدم هياكل بيانات بسيطة: اختر أبسط بنية بيانات تلبي متطلباتك.
• اكتب تعليمات برمجية واضحة وموجزة: استخدم لغة واضحة وموجزة وتجنب التعليمات البرمجية غير الضرورية.

9. لن تحتاج إليها (YAGNI)

يرتبط هذا المبدأ ارتباطًا وثيقًا بـ KISS. تنص YAGNI على أنه يجب عدم إضافة وظائف حتى تكون هناك حاجة فعلية إليها. تجنب إضافة ميزات أو تعقيد بناءً على التكهنات حول المتطلبات المستقبلية. يساعد هذا في منع الإفراط في الهندسة ويحافظ على تركيز التعليمات البرمجية الخاصة بك على الاحتياجات الحالية.

10. تفضيل التركيب على الوراثة

في حين أن الوراثة يمكن أن تكون أداة مفيدة، إلا أنها يمكن أن تؤدي أيضًا إلى تعليمات برمجية معقدة وهشة، خاصةً عند استخدامها بشكل مفرط. من ناحية أخرى، يتضمن التركيب إنشاء كائنات من خلال الجمع بين كائنات أصغر وأكثر تخصصًا. يوفر التركيب مرونة أكبر ويقلل من خطر ربط الفئات ببعضها البعض بإحكام.

مثال: بدلاً من إنشاء فئة Dog ترث من فئة Animal وتنفذ أيضًا واجهة Barkable، يمكنك إنشاء فئة Dog تحتوي على كائن Animal وكائن BarkingBehavior.

إعادة الهيكلة: تحسين التعليمات البرمجية الحالية

إعادة الهيكلة هي عملية تحسين البنية الداخلية للتعليمات البرمجية الحالية دون تغيير سلوكها الخارجي. إعادة الهيكلة هي جزء أساسي من تطوير التعليمات البرمجية النظيفة. يتيح لك تحسين جودة التعليمات البرمجية الخاصة بك تدريجيًا بمرور الوقت.

تقنيات إعادة الهيكلة الشائعة:

• استخراج الوظيفة: استخراج كتلة من التعليمات البرمجية إلى وظيفة جديدة.
• إعادة تسمية متغير/وظيفة/فئة: إعادة تسمية متغير أو وظيفة أو فئة لجعل الغرض منها أكثر وضوحًا.
• تقديم كائن المعلمة: استبدال معلمات متعددة بكائن معلمة واحد.
• استبدال الشرطية بتعدد الأشكال: استبدال عبارة شرطية معقدة بتعدد الأشكال.

أدوات للكود النظيف

توجد عدة أدوات يمكن أن تساعدك في كتابة تعليمات برمجية أنظف في بايثون:

• flake8: مدقق نحوي يتحقق من التعليمات البرمجية الخاصة بك للتأكد من توافقها مع PEP 8 ومشكلات الأسلوب الأخرى.
• pylint: مدقق نحوي أكثر شمولاً يحلل التعليمات البرمجية الخاصة بك بحثًا عن الأخطاء المحتملة ومشكلات الأسلوب والروائح الكريهة في التعليمات البرمجية.
• black: منسق تعليمات برمجية متسق يقوم تلقائيًا بتنسيق التعليمات البرمجية الخاصة بك لتتوافق مع نمط متسق.
• mypy: مدقق أنواع ثابت يساعدك على اكتشاف أخطاء النوع في وقت مبكر من دورة التطوير.

خاتمة

تعد كتابة تعليمات برمجية نظيفة استثمارًا في الصحة طويلة الأجل لبرنامجك. من خلال اتباع مبادئ التعليمات البرمجية النظيفة، يمكنك إنشاء تطبيقات بايثون أسهل للفهم والصيانة والتعاون عليها. يؤدي هذا في النهاية إلى زيادة الإنتاجية وتخفيض التكاليف وبرامج ذات جودة أعلى. احتضن هذه المبادئ والأدوات، وستكون في طريقك لتصبح مطور بايثون أكثر فعالية واحترافًا. تذكر أن التعليمات البرمجية النظيفة ليست مجرد شيء لطيف، بل هي ضرورة لبناء مشاريع برمجية مستدامة وناجحة، بغض النظر عن مكان وجودك أنت أو فريقك في العالم.