שלום,
נראה שכבר הכרתם את אאוריקה. בטח כבר גיליתם כאן דברים מדהימים, אולי כבר שאלתם שאלות וקיבלתם תשובות טובות.
נשמח לראות משהו מכם בספר האורחים שלנו: איזו מילה טובה, חוות דעת, עצה חכמה לשיפור או כל מה שיש לכם לספר לנו על אאוריקה, כפי שאתם חווים אותה.
»
«
מהי מחלקה בתכנות מונחה עצמים?
אבני בניין עיקריות ומשמעותיות במיוחד לכתיבת קוד מובנה בתכנות מונחה עצמים, הן ה-Classes, בעברית "מחלקות". המחלקות מאפשרות לכתוב תכניות מודולריות, יעילות וחסכוניות מאוד בקוד.
המחלקה (class) היא סוג של מנגנון להגדרה של טיפוסים בתכנית. יש בה אוסף של נתונים ולצידם מבחר פעולות שאפשר לעשות עליהם. יש בה שני מרכיבים עיקריים. הראשון כולל את השדות, סוג של משתנים אוגרי נתונים. השני כולל מתודות או שיטות, שהן פונקציות הפועלות על המשתנים הללו.
המחלקה משפרת משמעותית את המבנה של כל תכנית מחשב. במקום לכתוב המון קוד שחוזר על עצמו, מסורבל, ארוך, בעל סיכויים גדולים לטעויות ובחלקו הגדול מיותר ולא יעיל, מהווה המחלקה שיטת תכנות שיוצרת קוד יעיל ופשוט.
#בואו נבחן את העולם לרגע
בואו נביט רגע על ציפורים. לכל הציפורים יש מאפיינים משותפים, כמו מקור, זנב וכנפיים. אבל האם לכולן יש למשל את אותן כנפיים? - התשובה היא כמובן שלא. המאפיינים אם כך, הם בעצם סוג של משתנים (Variables), שיכולים להשתנות מסוג לסוג ואפילו בין ציפורים מסוג זהה. אם נביט על העורב למשל, הרי שהוא אובייקט (Object), כלומר פרט במחלקה הזו של הציפורים. מכאן שיש לו נוצות.
הנוצות בדוגמה של הציפורים הן מאפיינים (properties). לכל החברים במחלקה יש מאפיינים משותפים, שנוצות הוא אחד מהם.
אבל האם כל המאפיינים הללו זהים אצל כולם? - התשובה היא לא. הגדרת המחלקה לא אומרת למשל את הצבע של הנוצות של חבריה.
בתכנות מונחה עצמים הצבע הוא בעצם משתנה (Variable), שיכול לקבל ערכים שונים, כמו הערך (Value) שחור (Black) אצל האובייקט עורב או ורוד אצל אובייקט הפלמינגו.
זוכרים את המאפיינים? - בתכנות מונחה עצמים המשתנה הזה של צבע הנוצה נקרא "מאפיין" (Property). אז ה-Property, כלומר משתנה צבע הנוצה, מקבל אצל העורב ערך (Value) של... שחור.
#התבלבלתם? - עוד דוגמה...
בואו נחשוב על החיים, כשאנו מתארים את המכונית שקנינו. איננו נדרשים בכל פעם לתאר מהי מכונית, איך היא בנויה, כיצד היא נוסעת, עוצרת, ננעלת וכדומה - אנחנו פשוט מספרים שקנינו מכונית פורשה מהירה וחזקה במיוחד. זה מספיק כדי שהשומעים יבינו המון. את המשמעות הכללית של מהי מכונית הם הרי מכירים מזמן. הם יודעים המון על מכוניות. מחלקה חוסכת את ה"חפירה", כלומר את אותו מידע מיותר שניתן היה לפרט בכל פעם שמדברים על מכונית.
#אז מהי מחלקה?
כמו המושג "מכונית", המחלקה היא אבטיפוס של אובייקטים. מגדירים אותה פעם אחת ואז ניתן ליצור ממנה אינסוף אובייקטים.
כל מחלקה מכילה תכונות (attributes) או מאפיינים (properties) ושיטות או מתודות (methods).
המחלקה היא התבנית שממנה בנויים האובייקטים השונים. היחס שבין מחלקה לאובייקטים שלה הוא כמו היחס שבין שרטוט של בית לבתים שנבנים ממנו. השרטוט הוא לא הבית, אבל בית נבנה על פיו.
#אז איך זה יעבוד במחלקה "מכונית"...
יש בהגדרת המחלקה את התכונות, או הפרופרטיז של האובייקט (למשל הדגם, המידה, הצבע של המכונית), אבל בלי הערכים הספציפיים (כמו פג'ו, אקסטרה לארג', צבע כחול).
יש במחלקה גם את השיטות (Methods) של האובייקט, כמו נסיעה, בלימה וכו'.
בשפת תוכנה מונחית עצמים יש המון קלאסז מוכנים, אבל גם המתכנת יכול ליצור לעצמו עצמים חדשים משל עצמו. זה הכוח של התכנות מונחה האובייקטים.
#המחלקה כבלופרינט
מחלקה (Class) בשפת תכנות מונחית עצמים היא סוג של בלופרינט (Blueprint), משהו בין תכנית אב לאבטיפוס בעולם האמיתי.
בלופרינטס הם שרטוטים המשמשים כתכניות להקמה של מבנים. כך יכולה אותה תכנית לשמש לבנייה של בניינים שונים, בעלי מאפיינים משותפים שהוגדרו באותה ארכיטקטורה בסיסית., אך גם דברים ייחודיים של כל אחד לעצמו, שאין למקביליו, שנבנו מאותו בלופרינט.
כל בית שנבנה באמצעות התכנית הזו יכלול את החדרים, אך בבית אחד הקירות יכולים להיות צבועים בצהוב ובאחר הם לבנים. כלומר הם ייחודיים מצד אחד ומצד שני הם עדיין קשורים באמצעות התוכנית. הבתים הללו הם האובייקטים של המחלקה של "מבנים" או "בתים".
#אובייקט הוא יחידה של מחלקה
אם המחלקה בשפת תכנות היא תכנית שממנה ניתן ליצור אובייקטים, אז האובייקט הוא מקרה פרטי, או יחידה של מחלקה. אם הקלאס הוא רעיון, האובייקט הוא הממשות שלו, משהו מעין פיזיקלי שנוצר מקלאס.
המשותף לכל האובייקטים שנוצרו על בסיס מחלקה כלשהי הוא שלכולם אותן תכונות (Properties) וכולם יכולים לבצע פעולות זהות (Methods). לדוגמה, לכל המכוניות יש מנוע וצבע משלהן וכולן יוכלו לנסוע ולבלום.
הגדרת הקלאס מאפשרת לפרט את מאפייני האובייקט ולציין גם את השיטות והפעולות בהן יכול האובייקט להשתמש. המחלקה, כלומר הקלאס (Class), קובעת איך כל אובייקט נראה ואיך הוא מתנהג ואחרי כן ניתן לעשות עליו מניפולציות, באמצעות ערכים (Values) ספציפיים.
#תיאורטית...
הקלאס הוא מרכיב המאחסן משתנים ופונקציות. בקלאסז נשתמש לאחסן את הדאטה ואת הפונקציונליות שרלוונטית לדאטה הזו, כלומר המרכיבים הלוגיים שלה.
הקלאס הוא, אם כן, קטע תוכנה שמגדיר את כל המידע והפונקציות שעובדות עם המידע. מחלקה מכילה אוסף המאוגד במבנה לוגי משותף, של משתנים (פרופרטיז), מאפיינים ופונקציות (מתודות) הפועלים יחד.
כדי להבדיל ביניהם לבין משתנים ופונקציות רגילים, נוהגים לקרוא למשתנה בתוך מחלקה "תכונה" (Property) ולפונקציה בתוך מחלקה קוראים "שיטה" (Method).
#דוגמה אחרונה
אם מחלקה או class היא blueprint, תכנית-אב לאובייקט חדש, אז בואו נגדיר מחלקה של "מטוס נוסעים".
אובייקט שנוצר ממנו הוא ההתממשות הספציפית של רעיון "מטוס הנוסעים". מטוס בואינג דרימליינר, בצבע לבן, עם מנוע סילון מדגם 234 הוא אובייקט, עם מאפיינים וערכים משלו.
הסבר של המאפיינים וכיצד הם משתייכים למחלקות:
https://youtu.be/tE2e9SXLyQs?end=2m14s
סרטון שמסביר את הגדרת המחלקות והשימוש בהן בשפת Java:
https://youtu.be/L5XI50A1az4
למדו על המחלקה בתכנות בשפת פייתון:
https://youtu.be/ZZCnfRmxq6s
והסבר על הגדרת מחלקות ב-Javascript, ביחד עם עוד דברים:
https://youtu.be/Q0IFtEB1RH4
מהי פונקציה בתכנות?
מכירים את זה שאתם עושים שוב ושוב, כל יום או כל כמה שעות את אותה פעולה וזה נראה לכם לא הגיוני?
גם מתכנתים לא אוהבים לעשות שוב ושוב את אותה פעולה. לכן הם למשל משתמשים בלולאות (Loops). אבל יש מרכיב שחוסך עוד יותר עבודה וכתיבת קוד מיותר. כי מתכנתים אוהבים לשמור את הקוד שלהם DRY, קיצור של "don’t repeat yourself".
לרכיב מקצר העבודה הזה קוראים פונקציה (Function). הפונקציה היא פלא של ייעול. כל מטרתה היא "לקודד פעם אחת, להשתמש הרבה פעמים".
#אבל מהי פונקציה?
פונקציה היא קוד שמבצע פעולה. הרעיון בכתיבת פונקציה הוא לכתוב פעם אחת קוד והוא יחליף את הצורך לכתוב פעולות דומות שוב ושוב, במקומות שונים בתוכנה.
דמייני שאת מתכנתת פעם אחת קטע של קוד ואחרי כן קוראת לו בתוכנה, בכל פעם שצריך שהוא יבצע את תפקידו.
מדהים לא?
ואכן, פונקציה בתכנות היא מרכיב פשוט אבל משמעותי מאוד, המקל את הקידוד ואת הארגון הנכון של תכנית מחשב. כך הוא מקצר את הקוד, חוסך זמן ומקטין את האפשרויות לשגיאות.
כמו במכשיר מיקרוגל או במכונית, בפונקציה משתמשים בכל פעם שרוצים לבצע את הפעולה שהיא יודעת ותוכנתה לעשות. מכונית תסיע אותנו ומיקרו יחמם לנו או יפשיר את האוכל. כל אחד יודע כמה הם שיפרו את חיינו לעומת העולם שלפני המכונית או המיקרוגל.
במילים פשוטות, הפונקציה היא קטע קוד המבצע פעולה, Action כלשהי. המתכנתים כותבים את הפונקציה פעם אחת ויכולים לקרוא לה בקוד מתי שרק ירצו.
#שיטת התכנות של פונקציות
אז השיטה היא פשוטה - מגדירים ומשתמשים. כלומר, מתכנתים פונקציה ונותנים לה שם. מעתה נוכל להשתמש בה בקוד, כלומר לקרוא לה בכל פעם שנצטרך שהיא תבצע את תפקידה.
#איך פונקציה פועלת?
בקריאה לפונקציה, לעתים נצטרך לתת לה נתונים. בשביל זה לפונקציה יש סוגריים. בתוכן נצרף לה לעתים פרמטרים, כלומר נתונים מסויימים שבהם היא תשתמש כדי לחשב ולבצע את מה שהיא תוכנתה לעשות.
כשהפונקציה תסיים "לעבוד" (וזה יהיה מאוד מהיר כמובן) היא תחזיר את הפלט להמשך התכנית, או תבצע פעולה כמו הדפסה או הפעלה של פונקציות אחרות.
#דוגמה לפונקציות בחיים
נסביר את זה רגע בדימוי מהחיים: דמיינו שאתם בפסטיבל עם המון אנשים ואיבדתם את החברה שלכם. אתם ניגשים לבמה ומבקשים להכריז שאתם ממתינים לה. אומרים לכם לדבר עם שמעון, הכרוז של הפסטיבל. הוא בחור נחמד וענייני ומבקש מכם מידע, דאטה. במילים פשוטות - הוא שואל איך קוראים לה ומה שמכם. כשאתם נותנים את הפרטים הללו, שמעון ממהר להכריז במיקרופון "ברכה לוי, בואי ליד הבמה! יוסי ושרון ממתינים לך". דקות אחר כך ברכה מגיעה אליכם ליד הבמה.
סוף טוב הכל טוב!
כלומר, שמעון הוא פונקציה שיודעת להכריז על אבדות. הוא צריך פרמטרים, דאטה הכרחי שבדוגמה הזו הוא שם הגברת ושמות הממתינים לה. כשהוא מבצע את הפעולה שלו, המשימה מתבצעת. אם הוא היה מחזיר תשובה, כמו" ברכה כבר בבית" זה כנראה היה ארגומנט.
#יתרונות הפונקציה
פונקציה מקצרת את הקוד, חוסכת מאוד בזמן פיתוח ומונעת באגים. במילים פשוטות, הרעיון בפונקציה "קודד פעם אחת, השתמש הרבה פעמים!"
איך זה עובד?
דמיינו שהייתם צריכים גם לתקן בעצמכם את המכונית, גם להכין אוכל, גם לבנות את הבית שלכם, לטפל וללמד את הילדים, לתקן את החשמל, את הביוב וכל הדברים שצריך לעשות. אולי זה אפשרי אבל זה לא חכם, נכון?
קוד ללא פונקציות הוא כמו עולם בלי בעלי תפקידים שיודעים היטב כיצד למלא משימות מוגדרות, בלי אנשי מקצוע שהם מומחים בתפקידם ובלי מכשירים שעושים לנו את החיים קלים ונוחים.
זה עולם מסובך ומבולגן. המתכנתים קוראים לקוד כזה "קוד ספגטי". מרוב שהוא עמוס ומנוהל לא נכון, לא מוצאים בו את הידיים והרגליים...
חישבו על הפונקציה כסוג של מכונה, מתקן או חלק בקוד. כשנותנים להם סוג של אינפוט, מידע, הם יודעים לבצע במידע הזה משימה שהוגדרה להם מראש בתכנות.
פעולה כזו של פונקציה יכולה לפעמים לתת לנו משהו בחזרה, ערך או ערכים מוגדרים. ערך כזה בדוגמה שלנו הוא כמו תשובה ששמעון יכול לתת לנו, שברכה נמצאה וממתינה לנו במקום כלשהו.
לעתים פונקציה יכולה לשנות את הדאטה שנתנו לה ולפעמים לקבל החלטה על בסיס הדאטה הזה. בשפות מונחות עצמים יש בדרך כלל סוגריים אחרי שם הפונקציה. כשמכריזים על הפונקציה, כלומר כשמהמתכנתים מציגים אותה לראשונה, הם מגדירים שבסוגריים האלה יוכנס הדאטה לצורך הביצוע. בכך הם מגדירים באמצעות "פרמטרים" מה יהיה הדאטה המצופה, כדי שהפונקציה תעשה את תפקידה.
כשקוראים לפונקציה, זה כמו למלא טופס. לתוך הסוגריים, מכניסים את הפרמטרים, האינפוט, את המידע שהפונקציה רוצה (כמו ששמעון שואל "איך קוראים לילדה שנעלמה לכם?")
אחרי ביצוע הפעולה, הפונקציה תחזיר את הארגומנט. כלומר, את התוצאה או המידע שביקשנו ממנה לייצר מהפרמטרים שסיפקנו לה בקריאה.
בשפות תכנות נהוג שהסוגריים נכללות בפונקציה בכל מקרה, גם אם אין מידע, כלומר פרמטרים שהפונקציה דורשת כדי למלא את תפקידה, יהיו שם סוגריים ריקות.
ואגב, בשפות התכנות השונות יש פונקציות מובנות, שנכתבו מראש, ברמת השפה כולה. ניתן להשתמש בהן מראש, מבלי שהמתכנת יצטרך לפתח בעצמו או בעצמה פונקציות לדברים שמתכנתים צריכים הרבה. יש גם ספריות שלמות, שאותן תוכלו לייבא לקוד שלכם ולחסוך זמן פיתוח. הן כוללות פונקציות שימושיות, בתחום בו הספריה שימושית.
הנה סרטון שמסביר את הפונקציה בפשטות:
https://youtu.be/3JIZ40yuZL0?end=2m40s
הפונקציה לתלמידי תכנות שפת פייתון (עברית):
https://youtu.be/o0wyYsNbJeY
והסבר הפונקציות ב-javascript (עברית):
https://youtu.be/c7mqY6QtdQQ
מהו תכנות מונחה עצמים?
תכנות מונחה עצמים (Object Oriented Programming) מחקה את החשיבה האנושית. אנו כבני האדם נוטים לסווג את כל מה שבו בקטגוריות. כל עצם בעולם נמצא בקטגוריות מסוימות, שחוסכות לנו את הצורך לציין פרטים שמשותפים לקטגוריות הללו. אם נתאר מכונית מדגם מסוים, נוכל לתאר רק את מה שייחודי לה, כי תכונות כמו מנוע, או 4 גלגלים, ברורות מעצם זה שהיא משתייכת לקטגוריית המכוניות.
בדומה לכך, התכנות מונחה העצמים במדעי המחשב מאופיין בביצוע פעולות על עצמים ממוחשבים שנקראים "אובייקטים" (Objects). זהו סגנון תכנות יעיל מאוד, המאפשר קוד מאורגן יותר, קצר משמעותית ופחות חוזר על עצמו ומשום כך גם חסכוני בקידוד ובשגיאות אפשריות.
שפות כמו ++C ו-TypeScript הציעו הרחבות מבוססות אובייקטים לשפות כמו C ו-JavaScript, מה שהפך את ההגירה אליהן קלה יחסית, מהשפות חפרוצדורליות, חסרות האובייקטים.
בתכנות מבוסס אובייקטים, שבראשי תיבות קוראים לו OOP, מקבצים את כל המשתנים והפונקציות של עניין מסוים אל תוך מחלקה (class).
בדומה לצורת החשיבה שלנו על העולם, האובייקטים בתכנות OOP מתייחסים ומתקשרים אחד עם השני, כשכל אובייקט מתאר מהו ומה הוא יכול לעשות, אבל הידיעה שלנו למי הוא דומה או משתייך, חוסכת הרבה מידע מיותר. אם נראה נשר בשמיים, נזהה מיד שהוא עוף ומכאן צריך רק לדעת מה מיוחד בו לעומת העופות ככלל, בעוד שכנפיים, מקור או נוצות הם ברורים מאליהם.
#יתרונות
יתרונו הגדול של תכנות OOP הוא בכך שאנו מתכנתים בו אובייקטים ומגדירים ביניהם פעולות ובכך מארגנים ומפשטים את הקוד ועושים את העבודה איתו קלה, מדויקת ויעילה יותר.
אבל יש עוד משהו טוב בתכנות כזה. תכנות מונחה עצמים היא שיטה המחקה את החשיבה האנושית. היא אינטואיטיבית וקרובה יותר לדרך החשיבה בה רובנו חושבים ומטפלים בבעיות שבפניהן אנו ניצבים.
למעשה, גם בתכנות וגם בחיים, סידור וארגון המידע בצורה כזו מקלים את השליטה בכמות המידע העצומה שבה אנו מוצפים ומאפשרים לסדר את המידע הזה במוחנו ובמחשב, בצורה נוחה ויעילה מאוד.
באופן כזה ניתן לשלוף ולזהות מידע בקלות, כל אימת שנרצה ולנהל אותו היטב. גם העדכונים והשינויים בקוד כזה הם פשוטים הרבה יותר ומונעים שגיאות.
ניתן לומר שבפרויקטים גדולים, המבוססים על Frameworks קיימים ומעסיקים מספר מתכנתים, הקידוד בתכנות מונחה עצמים מתאים במיוחד ואולי אף הכרחי.
#עקרונות
הפשטה של הנתונים (Data Abstraction) - המתכנת מתרכז במאפיינים הרלוונטיים של העצם.
כימוס (Encapsulation)- הסתרה של פרטי המימוש מהמשתמש בעצם.
מודולריות (Modularity) - מפרידים עצמים ליחידות נושא.
היררכיה, או הורשה (Inheritance) - מגדירים יחסים היררכיים בין העצמים ואובייקט יורש תכונות מהמחלקה שלו.
טיפוסיות חזקה (Strong Typing) - מניעה של בלבול או ערבוב בין טיפוסי עצמים שונים זה מזה.
#האובייקט
בשיטת ה-Object Oriented Programming כל דבר הוא אובייקט.
בתכנות מונחה עצמים מגדירים מחלקות (Classes). לאחר הגדרת מחלקה אפשר לייצר מופעים שלה, שנקראים אובייקטים (Objects).
כך למשל מתכננים ומייצרים מטוס חדש, מחלקים ידועים ומוכרים המרכיבים אותו, שעל גבם תבוא החדשנות של הדגם החדש. איש בימינו לא מתחיל לייצר מטוס מכלום, כי יש הגדרות מוכרות ומוכחות למרכיבים העיקריים שמייצרים מטוס וממרכיבים אלה הוא ייבנה.
כך מחליף סדר וארגון יעיל את הקוד המשוטח, המסורבל והארוך של התכנות הרגיל של פעם (הפרוצדורלי למי שמכיר). במקום רצף הפקודות הענקי והמבולגן יחסית שמאפיין תכנות פשוט, עם המון קודים שחוזרים על עצמם שוב ושוב, מתכננים מחלקה מרכזית לכל דבר וממנה מייצרים בקלות את האובייקטים שנגזרים ממנה, גם עם מאפייניהם היחודיים.
#הגדרות
אם תכנות מונחה עצמים מתמקד בפיתוח של עצמים וביצירת פעולות ביניהם, אז כדאי שנגדיר כמה דברים:
עצם (Object) הוא מעין קפסולת קוד שבתוכה אנו מכניסים שילוב של מידע ופעולות. לרוב זו תהיה מחלקה (Class).
המידע במחלקה ייקרא "תכונות" (Attributes). התכונות שיוצגו הן רק אלה שרלוונטיות לפיתוח או לאפליקציה המסוימת שעליה אנו עובדים.
הפעולות באובייקט שנראות כמו פונקציות ייקראו "שיטות" או "מתודות" (methods). השיטות או המתודות הללו מתארות את מה שאובייקט במחלקה מסוגל לעשות.
ההודעות (Messages) הן מה שמניע את הפעולות. כי השיטות הן בגדר פוטנציאל ובלי הודעה לא תופעל שום שיטה.
#דוגמה
ניתן לראות אובייקט כמו String, בעברית מחרוזת, כשילוב של מידע, שהוא תוכן התווים שמהווה את המחרוזת. יוגדרו גם הפעולות שניתן יהיה לעשות על המחרוזת, כמו הדפסה, חיתוך רשימה, המרה לאותיות גדולות באנגלית וכדומה.
עוד דוגמה? - בתכנות מונחה עצמים ניתן לרשום עובדים למערכת מסוימת. אבל במקום לשמור בנפרד את הנתונים של כל אחד מהם (שם, גיל, תפקיד, השכלה, התמחות וכו') ניצור אובייקט של עובד. מהמחלקה הזו נגזור המון עובדים, על מאפייניהם ותכונותיהם ועל המידע הזה נוכל לבצע פעולות שונות, כמו הדפסה, שאילתות, חיתוכים ועוד.
#סיכום
בתכנות מבוסס עצמים יש תבניות שמתארות סוג של יישות, כמו בחיים עם ישויות כמו מכוניות, בני אדם וכדומה. התבניות הללו נקראות "מחלקות" (Class). תחת ה-Class כהגדרה מרכזית, עם ריכוז של מאפיינים (שהם בעצם משתנים) ומתודות (שהן פעולות שניתן לעשות במחלקה), כל אובייקט שיווצר תחת המחלקה ישאב אותם ממנה.
עוד על המחלקה בתגית "מחלקות".
הנה הסבר התכנות מונחה העצמים (עברית):
https://youtu.be/l6M3qp5Ykus
הסבר לילדים:
https://youtu.be/X3cFiJnxUBY
ההבדל בין תכנות פרוצדורלי של פעם לתכנות מונחה עצמים (מתורגם):
https://youtu.be/OEfSFrk_KEI
4 עמודי התכנות מונחה העצמים:
https://youtu.be/pTB0EiLXUC8
ויסודות התכנות מונחה העצמים עם הדגמות בשפת פייתון (עברית):
https://youtu.be/odRYxQLGb2U?long=yes
מהן שפות תכנות?
שפת תכנות (Programming language) היא שפה המובנת למחשב. קוד שנכתב בשפת התכנות הוא בעצם תוכנה, או חלק מתוכנה. כלומר קוד כזה הוא סדרה של פקודות שגורמות למחשב לבצע פעולות שונות ומגוונות.
את התחומים הללו ששפות התכנות מסוגלות לגרום למחשב לבצע, אתם מכירים היטב ונתקלים בהם כל יום וכל היום. מניווט מנקודה לנקודה (כן, גם טלפון חכם הוא מחשב!), דרך כתיבה ושליחה של מייל לאדם אחר, הפעלה של משחק מחשב, ציור במחשב או השמעת מוסיקה וכדומה.
שפת תכנות היא הכלי שמאפשר לבני אדם, לרוב בעלי מקצוע הידועים כ"מתכנתים", לתקשר עם מחשבים ולתת להם הוראות.
השפה הזו מאפשרת את קיומו של תִּכְנוּת המחשבים, אחד המקצועות המרכזיים של עידן המחשב.
לכל שפת תכנות יש סדרה של עקרונות וכללים מוגדרים. יש לה תחביר - כלומר דרך שבה יש לנסח את הפקודות שנותן המתכנת למחשב. כך יכול המתכנת לכתוב את קוד המקור של תכנית המחשב ובסיומו, לאחר ניפוי ותיקון השגיאות, מבצעת התכנית את תפקידה.
בחירת שפת התכנות המתאימה על ידי המתכנתת תהיה על פי אופי הפרויקט, תכונות השפה והתאמתה למקום עבודה והתמחותו.
בשפות תכנות מודרניות יש שימוש רב באובייקטים. בין השאר זה אומר שקוד המקור, כלומר מה שהמתכנת כותב, משתמש לא פעם ברכיבים שנכתבו על ידי אחרים ושותפו על ידם לטובת הכלל. כך יוצא שכתיבה בשפת תכנות כזו מתבססת לא פעם על הרחבות חיצוניות, המכונות "ספריות".
כיום, בעידן האינטרנט, יש שפות תכנות שמתמחות בצד השרת (אותו מחשב משוכלל שנמצא ב"ענן" ומבצע פעולות שיישלחו בדרך כלל לדפדפן שלנו) ואחרות מתמחות בצד המשתמש, הקליינט, כלומר שפועלות על ובמחשב שלנו.
שפת התכנות Javacript למשל, היא שפה שמתמחה בצד המשתמש, קליינט סייד. פייתון (Python), בניגוד לה, היא שפה המשמשת בעיקר לצד השרת, סרוור סייד.
רק להמחשה של העניין - שתיהן מהשפות הכי פופולריות ומוצלחות. הראשונה היא אולי השפה הכי נפוצה בימינו והשניה Python, היא אולי השפה הכי קלה ללימוד של מתחילים ועדיין היא שפה מעולה לפיתוחי צד שרת ולתעשיית הסייבר. Python (קורס מלא ומתורגם לעברית בסרטון האחרון) היא גם השפה העיקרית של עולם הלמידה העמוקה (Deep Learning) - העתיד של הבינה המלאכותית, שהולך ומשנה את עולם האינטרנט כיום.
מהי שפת תכנות? (עברית):
https://youtu.be/ur7o0dAUDTg
הכוח והיופי שבתכנות (מתורגם):
https://youtu.be/crw_U-UgvcY
על המצאת שפת התכנות:
https://youtu.be/Wchru8alhaE
מתכנת מסביר על שפות תוכנה שונות (עברית):
https://youtu.be/7Baq_Xw4azM
שפות התכנות הפופולריות ב-50 שנה האחרונות ועד היום:
https://youtu.be/Og847HVwRSI
ההיסטוריה של שפות התכנות:
https://youtu.be/mhpslN-OD_o?long=yes
וקורס מלא לשפת פייתון הפופולרית, קלה ומצליחה מאוד (מתורגם):
https://youtu.be/rfscVS0vtbw?long=yes
מהם פרונט אנד, בק אנד ופול סטאק בתכנות?
פרונט אנד (Front-End) ובק אנד (Back-End) הם שני מושגים שמשתמשים בהם הרבה בעולם התכנות והנדסת התוכנה ויש אנשי תוכנה ומהנדסים שמתמחים בכל אחד מהם.
אבל מה המשמעות וההבדלים ביניהם?
כשמדברים על פרונט ובק אנד מדובר בשתי קטגוריות של מתכנתים ומהנדסים שאחראים לתכנות וניהול אתר אינטרנט או יישום מקוון. חלק מהם בצד המשתמש, או הלקוח (פרונט אנד), והאחרים בצד השרת, במנוע של האתר (בק אנד).
#Frontend
הפרונט אנד, צד המשתמש, כולל את כל מה שרואים באתר או באפליקציה, כל הצדדים הנראים, הוויזיאליים של הפיתוח. בין השאר הוא כולל את המסך, החלונות, הכפתורים, השדות והתפריטים. את ה-Front End רואה המשתמש ולא רק המפתח.
זהו צד הלקוח (Client), או צד המשתמש (User). הוא מפותח בטכנולוגיות האינטרנט הידועות והקלאסיות, של HTML, CSS, JavaScript ועוד. ממשקי ה-WEB כאן נועדו לאפשר תמיכה בתקשורת עם מסדי הנתונים והשרתים, תקשורת שעליה אחראי הבק אנד.
#Backend
הבק אנד, צד השרת, נמצא אכן ברקע. כאן נעשה כל הצד הלוגי וחישובי של. ב"בק אנד" מנוהלת הפעילות שמאחורי הקלעים של האתר, האפליקציה או התוכנה שבה אנו משתמשים. הבק אנד הוא שאחראי לפעולה החלקה, התקינה והיעילה של השירות. יש לו אחריות על התקשורת עם השרתים (Servers), שעליהם שמורים בסיסי הנתונים.
מתכנתי הבק אנד משתמשים בקודים ובסקריפטים בשפת התכנות המיועדת לכך, כדי לנהל את התקשורת הזו בצורה המיטבית. למעשה, הבק-אנד אחראי לניהול ולתפעול התקין של כל השרתים, בסיסי הנתונים והנתונים עצמם. זה תפקיד חיוני, כי באמצעות השרתים הללו מופעלים האתר או היישום. בלי פעילות תקינה שלהם מתחילות הצרות. אותן, במידה והן יתחילו, גם המשתמש ירגיש.
#ומה זה Fullstack?
יש קטגוריה של Full Stack והיא כוללת את האינטגרציה, השילוב בין שתי הקודמות. אנשי פול סטאק מטפלים בכל הפעילות הזו, מקצה אל קצה. מדובר באנשים שיודעים לעשות את שני התפקידים או הקטגוריות שלמעלה ואת השילוב ביניהם.
למעשה, מפתחי פול סטאק יודעים לפתח בשפות השונות, הן בצד הלקוח והן בצד השרת. הם מפתחים גם את מה שנראה למבקרי האתר ונקרא ה-Frontend וגם את ה-backend, הצד שמאחורי הקלעים, זה שרובנו לא רואים וממילא לא מודעים לקיומו ולחשיבותו מספיק.
בכל מקרה, מדובר במפתחים בעלי ידע רב, השולטים בלא מעט שפות תכנות, סביבות פיתוח, פריימוורקים (Frameworks), עורכי קוד ובעיקר טכנולוגיות, שכל הזמן מתעדכנות, משתנות ומתחדשות.
היכולת של אנשי ה-Fullstack לנהל את הפרויקטים לכל אורכם הופך אותם לא פעם לבעלי יכולות ותפקידי ניהול פרויקטים בפיתוח, או לפחות פיקוח על בניית מוצרים בחברות גדולות.
בפרויקטים קטנים או בחברות סטארטאפ, מפתחים אנשי ה"פול סטאר" לא פעם לגמרי בעצמם את האתר, האפליקציה, התוכנה השלמה או הכל.
הנה הפרונט אנד, לעומת הבק אנד (עברית):
https://youtu.be/eU-C17D6hfU?t=17s
פרונט אנד:
https://youtu.be/WG5ikvJ2TKA
בק אנד:
https://youtu.be/XBu54nfzxAQ
והנה השניים וה"פול סטאק" שמשלב ידע בשניהם:
https://youtu.be/NMKdd1Hz06U
מה ההבדל בתכנות בין פריימוורק לספרייה?
שניים מהמושגים שתפגשו לא מעט בלימודי התכנות הם פריימוורק (Framework) וספרייה (Library). בעיקרון מרבית הספריות והפריימוורקים הם קודים לשימוש חוזר. הקודים האלה אמנם נכתבו על ידי אחרים, אבל יכולים לסייע לכם לפתור בקלות בעיות נפוצות בקוד שלכם.
אבל מהם השניים ומה ההבדל ביניהם?
#ההבדלים
ספריות ופריימוורקס (בעברית מסגרות) הן שתיהן רכיבי קוד שנכתב על ידי אחרים ומשמש לפתרון בעיות נפוצות.
מפתחים משתמשים בדרך כלל לסירוגין במונחים "ספרייה" (Library) ו"פריימוורק" (Framework), אבל יש ביניהן הבדל מהותי שכדאי להבין.
אם אתם מתכנתים ויצא לכם ליצור פונקציה, כדי שתחסוך לכם עבודה, אז ברכותינו - גם אם היא שלכם ונכתבה על ידכם, יצרתם ספרייה!
פריימוורק היא מסגרת תכנותית שאתם בוחרים והיא תקבע לכם את האופן בו תעבדו ותפתחו, בתמורה לקלות וליד מכוונת שהיא תציע לכם.
#המחשת ההבדלים
בואו נדמה את השניים לדברים שאתם מכירים מהבית שלכם:
ספרייה היא כמו לקנות רהיטים מ-Ikea. נניח שיש לכם בית (במטפורה זהו הקוד שלכם) ואתם צריכים עזרה ברהיטים שיהיו בו. במקום שתצטרכו לבנות שולחן מאפס, כלומר לכתוב הכל בעצמכם, איקאה מציעה לכם שולחנות מוכנים שרק צריך להביא ולהרכיב בבית שלכם. עם הספריות אתם בשליטה ובקוד, בניגוד לאיקאה, זה אפילו בחינם!
פריימוורק, לעומת הספרייה, היא יותר כמו לבנות מודל של בית. ניתן לדמות את הפריימוורק לסדרה של שרטוטים ולמבחר אפשרויות מוגדר של האדריכלות והעיצוב שלו. עם פריימוורק לא תוכלו לעשות כל מה שברצונכם, אבל זה גם יתרון, כי השליטה היא בידיו והוא יבקש מכם לתת את מה שהוא צריך ויבנה לכם את מה שאתם צריכים.
#ההבדל הטכני ביניהם
ההבדל הטכני בין פריימוורק לספרייה קשור ב"היפוך שליטה". אם בספרייה השליטה היא בידי המתכנת שמשתמש בה כרצונו, בפריימוורק השליטה היא בידי הפריימוורק.
בשימוש בספרייה, המתכנת הוא האחראי על זרימת היישום. הוא שבוחר מתי ואיפה להתקשר לספריה. כשמשתמשים בפריימוורק, היא שאחראית על הזרימה. כי הפריימוורק מציע למתכנת כמה מקומות לחבר את הקוד אבל זה הוא שקורא לקוד הזה לפי הצורך.
#סיכום
פריימוורק וספריות הם שניהם קוד שנכתב על ידי אחרים וניתן להסתייע בו כדי לבצע משימות נפוצות עם פחות קוד.
הפריימוורק לוקח את השליטה בתוכנית ואומר למתכנת מה הוא צריך. הוא דעתן ונותן למפתח פחות חופש, אבל בתמורה מספק לו בטחון וקלות בקידוד.
בספריה זה הפוך. המפתח מתקשר לספרייה ומשתמש בה כשהוא זקוק לה. למקודד יש כאן הרבה יותר חופש, אבל גם יותר אחריות וקידוד.
הנה המחשה מעניינת ומסבירה של ההבדלים בין הפריימוורק והספרייה:
https://youtu.be/D_MO9vIRBcA
פריימוורק:
https://youtu.be/BfhSoFARn6w
דוגמה לספריה הפופולרית ריאקט:
https://youtu.be/N3AkSS5hXMA
מה הרעיון ב"Hello World"?
"hello world" היא מחרוזת אותיות או ביטוי שתכנית מחשב מדפיסה אותה והיא סוג של קטע אצל מורים לתכנות, במיוחד מי שמלמדים להוציא פלט בשפות המתבססות על שורת פקודה.
ב-"Hello World" משתמשים בהדגמות ראשוניות ללימוד שפות תכנות שונות. עבור לומדים רבים התכנית הזו היא בעצם ניסיון התכנות הראשון שלהם בשפת התכנות שהם לומדים.
כמובן שניתן לכתוב כתכנית ראשונה בלימוד תכנות כל ביטוי אחר, אבל כתיבת הביטוי "hello world" הפכה כבר מזמן למסורת בלימודי תכנות.
מסורת התכנית הראשונה עם הודעת בדיקה של "Hello World" נולדה כתןצאה מחיקוי של תכנית דוגמה, שהופיעה לראשונה בספרם של בריאן קרניגהאן ודניס ריצ'י "The C Programming Language".
אגב, העובדה שכתיבת תכנית זו היא פשוטה מאוד הפכה אותה לשימושית גם בבדיקה שהמהדר, סביבת הריצה או הפיתוח של השפה הותקנו כראוי.
הנה תוכנית "hello world" בשפת פייתון (עברית):
https://youtu.be/rmmRRg_IcgA
ובשפת סי שארפ C#(עברית):
https://youtu.be/_Z27SlmU6qg
אילו תכונות מאפיינות אלגוריתמים?
האלגוריתם הוא הדרך לפתרון בעיה אלגוריתמית. הוא הבסיס לתוכנת מחשב.
כשהוא בנוי נכון יש לאלגוריתם כמה תכונות:
#הוראות מסודרות
הוא מורכב מהוראות המוגדרות ברמת פירוט הנדרשת למבצע ההוראות. כל ההוראות חייבות להיות ברורות ואפשריות לביצוע.
#פתרון לכל נקודת מוצא
עליו לתת פתרון, או לפחות מענה, המתאימים לכל קלט חוקי שהוא מקבל בנקודת המוצא שלו.
#מספר סופי של צעדים
על האלגוריתם להיות בעל מספר סופי של צעדים מהבעיה לפתרון. בכל מקרה אחר הוא יהיה אינסופי ולפיכך לא יעיל.
הנה האלגוריתם ותכונותיו (מתורגם):
https://youtu.be/6hfOvs8pY1k
מהם פרמטרים וארגומנטים בקוד התוכנה?
נהוג לומר שהשם הנרדף של "ארגומנטים" הוא "משתנים" או גם "פרמטרים".
אז באמת מתכנתים מבלבלים לא פעם בין פרמטרים וארגומנטים וזה בסדר, כי ההבדל ביניהם הוא בעיקרו סמנטי, עניין של הגדרה ולא של מהות שיכולה לפגוע בעבודה.
אבל בכל זאת... כשאנו מגדירים פונקציה, נרצה להגדיר לה את הנתונים שהיא תצפה לקבל בעת קריאה וזימון שלה.
#דוגמה
למשל כאן, ניתן לראות ש-x הוא פרמטר, בעוד ש-y הוא ארגומנט.
int f(struct S *x);
return f(&y);
#אז בהגדרה אלה יהיו פרמטרים.
כלומר, פרמטרים (משתנים) מתקבלים על ידי הפונקציה כשמגדירים אותה. כל ארגומנט מופיע בצורה של סוג (type) ואז שם. כך יהיו למשל ארגומנטים מסוג int שבהם יופיעו מספרים שלמים, מסוג double שיהיה בו מספר עשרוני, או String עם מחרוזת טקסט.
#בקריאה לפונקציה אלה ארגומנטים
כשאנו מריצים פונקציה, היא מבצעת פעולה מסוימת. אלא שלא תמיד נרצה שהיא תעשה בדיוק את אותה פעולה בדיוק, או עם אותם נתונים. כך למשל, אם נרצה להשתמש בפונקציה כמו printInBold, כדי להדגיש מחרוזת טקסט בכתב Bold, נרצה לספק בכל פעם מחרוזת טקסט אחרת. זה בדיוק מה שהארגומנט (Argument) מאפשר לנו. כשנקרא לפונקציה, נכניס באמצעותו משתנה לתוך הסוגריים שלה וכך היא תבצע את הפעולה על המשתנה הזה.
כמובן שלא רק מחרוזות יכולות להיכנס כארגומנטים. לארגומנטים ניתן להכניס גם משתנים, ספרות וכדומה.
ארגומנטים, אם כן, הם פרמטרים שפונקציה מצפה לקבל דה פקטו. באמצעות הקוד שתוכנת בה לביצוע היא תייצר את ה-return שלה ממנו, או תדפיס אותו בפקודת print לטרמינל.
#לכן תיאורטית...
ה"פרמטרים" שההגדרנו בפונקציה עצמה, אלה "פרמטרים פורמליים" (Formal Parameters). לעומתם, ה"פרמטרים" שנשלחים לפונקציה הקיימת, נקראים "פרמטרים אקטואליים" (Actual Parameters) והם הארגומנטים.
#ומעשית...
המונח "פרמטרים" יכול לשמש למעשה בכדי לתאר, גם את ה"פרמטרים" וגם את ה"ארגומנטים".
הנה ארגומנטים בפייתון:
https://youtu.be/tQ7it_vlptA
ופרמטרים וארגומנטים בשפת Javascript:
https://youtu.be/G4lZSWssoqA
אבני בניין עיקריות ומשמעותיות במיוחד לכתיבת קוד מובנה בתכנות מונחה עצמים, הן ה-Classes, בעברית "מחלקות". המחלקות מאפשרות לכתוב תכניות מודולריות, יעילות וחסכוניות מאוד בקוד.
המחלקה (class) היא סוג של מנגנון להגדרה של טיפוסים בתכנית. יש בה אוסף של נתונים ולצידם מבחר פעולות שאפשר לעשות עליהם. יש בה שני מרכיבים עיקריים. הראשון כולל את השדות, סוג של משתנים אוגרי נתונים. השני כולל מתודות או שיטות, שהן פונקציות הפועלות על המשתנים הללו.
המחלקה משפרת משמעותית את המבנה של כל תכנית מחשב. במקום לכתוב המון קוד שחוזר על עצמו, מסורבל, ארוך, בעל סיכויים גדולים לטעויות ובחלקו הגדול מיותר ולא יעיל, מהווה המחלקה שיטת תכנות שיוצרת קוד יעיל ופשוט.
#בואו נבחן את העולם לרגע
בואו נביט רגע על ציפורים. לכל הציפורים יש מאפיינים משותפים, כמו מקור, זנב וכנפיים. אבל האם לכולן יש למשל את אותן כנפיים? - התשובה היא כמובן שלא. המאפיינים אם כך, הם בעצם סוג של משתנים (Variables), שיכולים להשתנות מסוג לסוג ואפילו בין ציפורים מסוג זהה. אם נביט על העורב למשל, הרי שהוא אובייקט (Object), כלומר פרט במחלקה הזו של הציפורים. מכאן שיש לו נוצות.
הנוצות בדוגמה של הציפורים הן מאפיינים (properties). לכל החברים במחלקה יש מאפיינים משותפים, שנוצות הוא אחד מהם.
אבל האם כל המאפיינים הללו זהים אצל כולם? - התשובה היא לא. הגדרת המחלקה לא אומרת למשל את הצבע של הנוצות של חבריה.
בתכנות מונחה עצמים הצבע הוא בעצם משתנה (Variable), שיכול לקבל ערכים שונים, כמו הערך (Value) שחור (Black) אצל האובייקט עורב או ורוד אצל אובייקט הפלמינגו.
זוכרים את המאפיינים? - בתכנות מונחה עצמים המשתנה הזה של צבע הנוצה נקרא "מאפיין" (Property). אז ה-Property, כלומר משתנה צבע הנוצה, מקבל אצל העורב ערך (Value) של... שחור.
#התבלבלתם? - עוד דוגמה...
בואו נחשוב על החיים, כשאנו מתארים את המכונית שקנינו. איננו נדרשים בכל פעם לתאר מהי מכונית, איך היא בנויה, כיצד היא נוסעת, עוצרת, ננעלת וכדומה - אנחנו פשוט מספרים שקנינו מכונית פורשה מהירה וחזקה במיוחד. זה מספיק כדי שהשומעים יבינו המון. את המשמעות הכללית של מהי מכונית הם הרי מכירים מזמן. הם יודעים המון על מכוניות. מחלקה חוסכת את ה"חפירה", כלומר את אותו מידע מיותר שניתן היה לפרט בכל פעם שמדברים על מכונית.
#אז מהי מחלקה?
כמו המושג "מכונית", המחלקה היא אבטיפוס של אובייקטים. מגדירים אותה פעם אחת ואז ניתן ליצור ממנה אינסוף אובייקטים.
כל מחלקה מכילה תכונות (attributes) או מאפיינים (properties) ושיטות או מתודות (methods).
המחלקה היא התבנית שממנה בנויים האובייקטים השונים. היחס שבין מחלקה לאובייקטים שלה הוא כמו היחס שבין שרטוט של בית לבתים שנבנים ממנו. השרטוט הוא לא הבית, אבל בית נבנה על פיו.
#אז איך זה יעבוד במחלקה "מכונית"...
יש בהגדרת המחלקה את התכונות, או הפרופרטיז של האובייקט (למשל הדגם, המידה, הצבע של המכונית), אבל בלי הערכים הספציפיים (כמו פג'ו, אקסטרה לארג', צבע כחול).
יש במחלקה גם את השיטות (Methods) של האובייקט, כמו נסיעה, בלימה וכו'.
בשפת תוכנה מונחית עצמים יש המון קלאסז מוכנים, אבל גם המתכנת יכול ליצור לעצמו עצמים חדשים משל עצמו. זה הכוח של התכנות מונחה האובייקטים.
#המחלקה כבלופרינט
מחלקה (Class) בשפת תכנות מונחית עצמים היא סוג של בלופרינט (Blueprint), משהו בין תכנית אב לאבטיפוס בעולם האמיתי.
בלופרינטס הם שרטוטים המשמשים כתכניות להקמה של מבנים. כך יכולה אותה תכנית לשמש לבנייה של בניינים שונים, בעלי מאפיינים משותפים שהוגדרו באותה ארכיטקטורה בסיסית., אך גם דברים ייחודיים של כל אחד לעצמו, שאין למקביליו, שנבנו מאותו בלופרינט.
כל בית שנבנה באמצעות התכנית הזו יכלול את החדרים, אך בבית אחד הקירות יכולים להיות צבועים בצהוב ובאחר הם לבנים. כלומר הם ייחודיים מצד אחד ומצד שני הם עדיין קשורים באמצעות התוכנית. הבתים הללו הם האובייקטים של המחלקה של "מבנים" או "בתים".
#אובייקט הוא יחידה של מחלקה
אם המחלקה בשפת תכנות היא תכנית שממנה ניתן ליצור אובייקטים, אז האובייקט הוא מקרה פרטי, או יחידה של מחלקה. אם הקלאס הוא רעיון, האובייקט הוא הממשות שלו, משהו מעין פיזיקלי שנוצר מקלאס.
המשותף לכל האובייקטים שנוצרו על בסיס מחלקה כלשהי הוא שלכולם אותן תכונות (Properties) וכולם יכולים לבצע פעולות זהות (Methods). לדוגמה, לכל המכוניות יש מנוע וצבע משלהן וכולן יוכלו לנסוע ולבלום.
הגדרת הקלאס מאפשרת לפרט את מאפייני האובייקט ולציין גם את השיטות והפעולות בהן יכול האובייקט להשתמש. המחלקה, כלומר הקלאס (Class), קובעת איך כל אובייקט נראה ואיך הוא מתנהג ואחרי כן ניתן לעשות עליו מניפולציות, באמצעות ערכים (Values) ספציפיים.
#תיאורטית...
הקלאס הוא מרכיב המאחסן משתנים ופונקציות. בקלאסז נשתמש לאחסן את הדאטה ואת הפונקציונליות שרלוונטית לדאטה הזו, כלומר המרכיבים הלוגיים שלה.
הקלאס הוא, אם כן, קטע תוכנה שמגדיר את כל המידע והפונקציות שעובדות עם המידע. מחלקה מכילה אוסף המאוגד במבנה לוגי משותף, של משתנים (פרופרטיז), מאפיינים ופונקציות (מתודות) הפועלים יחד.
כדי להבדיל ביניהם לבין משתנים ופונקציות רגילים, נוהגים לקרוא למשתנה בתוך מחלקה "תכונה" (Property) ולפונקציה בתוך מחלקה קוראים "שיטה" (Method).
#דוגמה אחרונה
אם מחלקה או class היא blueprint, תכנית-אב לאובייקט חדש, אז בואו נגדיר מחלקה של "מטוס נוסעים".
אובייקט שנוצר ממנו הוא ההתממשות הספציפית של רעיון "מטוס הנוסעים". מטוס בואינג דרימליינר, בצבע לבן, עם מנוע סילון מדגם 234 הוא אובייקט, עם מאפיינים וערכים משלו.
הסבר של המאפיינים וכיצד הם משתייכים למחלקות:
https://youtu.be/tE2e9SXLyQs?end=2m14s
סרטון שמסביר את הגדרת המחלקות והשימוש בהן בשפת Java:
https://youtu.be/L5XI50A1az4
למדו על המחלקה בתכנות בשפת פייתון:
https://youtu.be/ZZCnfRmxq6s
והסבר על הגדרת מחלקות ב-Javascript, ביחד עם עוד דברים:
https://youtu.be/Q0IFtEB1RH4
מכירים את זה שאתם עושים שוב ושוב, כל יום או כל כמה שעות את אותה פעולה וזה נראה לכם לא הגיוני?
גם מתכנתים לא אוהבים לעשות שוב ושוב את אותה פעולה. לכן הם למשל משתמשים בלולאות (Loops). אבל יש מרכיב שחוסך עוד יותר עבודה וכתיבת קוד מיותר. כי מתכנתים אוהבים לשמור את הקוד שלהם DRY, קיצור של "don’t repeat yourself".
לרכיב מקצר העבודה הזה קוראים פונקציה (Function). הפונקציה היא פלא של ייעול. כל מטרתה היא "לקודד פעם אחת, להשתמש הרבה פעמים".
#אבל מהי פונקציה?
פונקציה היא קוד שמבצע פעולה. הרעיון בכתיבת פונקציה הוא לכתוב פעם אחת קוד והוא יחליף את הצורך לכתוב פעולות דומות שוב ושוב, במקומות שונים בתוכנה.
דמייני שאת מתכנתת פעם אחת קטע של קוד ואחרי כן קוראת לו בתוכנה, בכל פעם שצריך שהוא יבצע את תפקידו.
מדהים לא?
ואכן, פונקציה בתכנות היא מרכיב פשוט אבל משמעותי מאוד, המקל את הקידוד ואת הארגון הנכון של תכנית מחשב. כך הוא מקצר את הקוד, חוסך זמן ומקטין את האפשרויות לשגיאות.
כמו במכשיר מיקרוגל או במכונית, בפונקציה משתמשים בכל פעם שרוצים לבצע את הפעולה שהיא יודעת ותוכנתה לעשות. מכונית תסיע אותנו ומיקרו יחמם לנו או יפשיר את האוכל. כל אחד יודע כמה הם שיפרו את חיינו לעומת העולם שלפני המכונית או המיקרוגל.
במילים פשוטות, הפונקציה היא קטע קוד המבצע פעולה, Action כלשהי. המתכנתים כותבים את הפונקציה פעם אחת ויכולים לקרוא לה בקוד מתי שרק ירצו.
#שיטת התכנות של פונקציות
אז השיטה היא פשוטה - מגדירים ומשתמשים. כלומר, מתכנתים פונקציה ונותנים לה שם. מעתה נוכל להשתמש בה בקוד, כלומר לקרוא לה בכל פעם שנצטרך שהיא תבצע את תפקידה.
#איך פונקציה פועלת?
בקריאה לפונקציה, לעתים נצטרך לתת לה נתונים. בשביל זה לפונקציה יש סוגריים. בתוכן נצרף לה לעתים פרמטרים, כלומר נתונים מסויימים שבהם היא תשתמש כדי לחשב ולבצע את מה שהיא תוכנתה לעשות.
כשהפונקציה תסיים "לעבוד" (וזה יהיה מאוד מהיר כמובן) היא תחזיר את הפלט להמשך התכנית, או תבצע פעולה כמו הדפסה או הפעלה של פונקציות אחרות.
#דוגמה לפונקציות בחיים
נסביר את זה רגע בדימוי מהחיים: דמיינו שאתם בפסטיבל עם המון אנשים ואיבדתם את החברה שלכם. אתם ניגשים לבמה ומבקשים להכריז שאתם ממתינים לה. אומרים לכם לדבר עם שמעון, הכרוז של הפסטיבל. הוא בחור נחמד וענייני ומבקש מכם מידע, דאטה. במילים פשוטות - הוא שואל איך קוראים לה ומה שמכם. כשאתם נותנים את הפרטים הללו, שמעון ממהר להכריז במיקרופון "ברכה לוי, בואי ליד הבמה! יוסי ושרון ממתינים לך". דקות אחר כך ברכה מגיעה אליכם ליד הבמה.
סוף טוב הכל טוב!
כלומר, שמעון הוא פונקציה שיודעת להכריז על אבדות. הוא צריך פרמטרים, דאטה הכרחי שבדוגמה הזו הוא שם הגברת ושמות הממתינים לה. כשהוא מבצע את הפעולה שלו, המשימה מתבצעת. אם הוא היה מחזיר תשובה, כמו" ברכה כבר בבית" זה כנראה היה ארגומנט.
#יתרונות הפונקציה
פונקציה מקצרת את הקוד, חוסכת מאוד בזמן פיתוח ומונעת באגים. במילים פשוטות, הרעיון בפונקציה "קודד פעם אחת, השתמש הרבה פעמים!"
איך זה עובד?
דמיינו שהייתם צריכים גם לתקן בעצמכם את המכונית, גם להכין אוכל, גם לבנות את הבית שלכם, לטפל וללמד את הילדים, לתקן את החשמל, את הביוב וכל הדברים שצריך לעשות. אולי זה אפשרי אבל זה לא חכם, נכון?
קוד ללא פונקציות הוא כמו עולם בלי בעלי תפקידים שיודעים היטב כיצד למלא משימות מוגדרות, בלי אנשי מקצוע שהם מומחים בתפקידם ובלי מכשירים שעושים לנו את החיים קלים ונוחים.
זה עולם מסובך ומבולגן. המתכנתים קוראים לקוד כזה "קוד ספגטי". מרוב שהוא עמוס ומנוהל לא נכון, לא מוצאים בו את הידיים והרגליים...
חישבו על הפונקציה כסוג של מכונה, מתקן או חלק בקוד. כשנותנים להם סוג של אינפוט, מידע, הם יודעים לבצע במידע הזה משימה שהוגדרה להם מראש בתכנות.
פעולה כזו של פונקציה יכולה לפעמים לתת לנו משהו בחזרה, ערך או ערכים מוגדרים. ערך כזה בדוגמה שלנו הוא כמו תשובה ששמעון יכול לתת לנו, שברכה נמצאה וממתינה לנו במקום כלשהו.
לעתים פונקציה יכולה לשנות את הדאטה שנתנו לה ולפעמים לקבל החלטה על בסיס הדאטה הזה. בשפות מונחות עצמים יש בדרך כלל סוגריים אחרי שם הפונקציה. כשמכריזים על הפונקציה, כלומר כשמהמתכנתים מציגים אותה לראשונה, הם מגדירים שבסוגריים האלה יוכנס הדאטה לצורך הביצוע. בכך הם מגדירים באמצעות "פרמטרים" מה יהיה הדאטה המצופה, כדי שהפונקציה תעשה את תפקידה.
כשקוראים לפונקציה, זה כמו למלא טופס. לתוך הסוגריים, מכניסים את הפרמטרים, האינפוט, את המידע שהפונקציה רוצה (כמו ששמעון שואל "איך קוראים לילדה שנעלמה לכם?")
אחרי ביצוע הפעולה, הפונקציה תחזיר את הארגומנט. כלומר, את התוצאה או המידע שביקשנו ממנה לייצר מהפרמטרים שסיפקנו לה בקריאה.
בשפות תכנות נהוג שהסוגריים נכללות בפונקציה בכל מקרה, גם אם אין מידע, כלומר פרמטרים שהפונקציה דורשת כדי למלא את תפקידה, יהיו שם סוגריים ריקות.
ואגב, בשפות התכנות השונות יש פונקציות מובנות, שנכתבו מראש, ברמת השפה כולה. ניתן להשתמש בהן מראש, מבלי שהמתכנת יצטרך לפתח בעצמו או בעצמה פונקציות לדברים שמתכנתים צריכים הרבה. יש גם ספריות שלמות, שאותן תוכלו לייבא לקוד שלכם ולחסוך זמן פיתוח. הן כוללות פונקציות שימושיות, בתחום בו הספריה שימושית.
הנה סרטון שמסביר את הפונקציה בפשטות:
https://youtu.be/3JIZ40yuZL0?end=2m40s
הפונקציה לתלמידי תכנות שפת פייתון (עברית):
https://youtu.be/o0wyYsNbJeY
והסבר הפונקציות ב-javascript (עברית):
https://youtu.be/c7mqY6QtdQQ
תכנות מונחה עצמים (Object Oriented Programming) מחקה את החשיבה האנושית. אנו כבני האדם נוטים לסווג את כל מה שבו בקטגוריות. כל עצם בעולם נמצא בקטגוריות מסוימות, שחוסכות לנו את הצורך לציין פרטים שמשותפים לקטגוריות הללו. אם נתאר מכונית מדגם מסוים, נוכל לתאר רק את מה שייחודי לה, כי תכונות כמו מנוע, או 4 גלגלים, ברורות מעצם זה שהיא משתייכת לקטגוריית המכוניות.
בדומה לכך, התכנות מונחה העצמים במדעי המחשב מאופיין בביצוע פעולות על עצמים ממוחשבים שנקראים "אובייקטים" (Objects). זהו סגנון תכנות יעיל מאוד, המאפשר קוד מאורגן יותר, קצר משמעותית ופחות חוזר על עצמו ומשום כך גם חסכוני בקידוד ובשגיאות אפשריות.
שפות כמו ++C ו-TypeScript הציעו הרחבות מבוססות אובייקטים לשפות כמו C ו-JavaScript, מה שהפך את ההגירה אליהן קלה יחסית, מהשפות חפרוצדורליות, חסרות האובייקטים.
בתכנות מבוסס אובייקטים, שבראשי תיבות קוראים לו OOP, מקבצים את כל המשתנים והפונקציות של עניין מסוים אל תוך מחלקה (class).
בדומה לצורת החשיבה שלנו על העולם, האובייקטים בתכנות OOP מתייחסים ומתקשרים אחד עם השני, כשכל אובייקט מתאר מהו ומה הוא יכול לעשות, אבל הידיעה שלנו למי הוא דומה או משתייך, חוסכת הרבה מידע מיותר. אם נראה נשר בשמיים, נזהה מיד שהוא עוף ומכאן צריך רק לדעת מה מיוחד בו לעומת העופות ככלל, בעוד שכנפיים, מקור או נוצות הם ברורים מאליהם.
#יתרונות
יתרונו הגדול של תכנות OOP הוא בכך שאנו מתכנתים בו אובייקטים ומגדירים ביניהם פעולות ובכך מארגנים ומפשטים את הקוד ועושים את העבודה איתו קלה, מדויקת ויעילה יותר.
אבל יש עוד משהו טוב בתכנות כזה. תכנות מונחה עצמים היא שיטה המחקה את החשיבה האנושית. היא אינטואיטיבית וקרובה יותר לדרך החשיבה בה רובנו חושבים ומטפלים בבעיות שבפניהן אנו ניצבים.
למעשה, גם בתכנות וגם בחיים, סידור וארגון המידע בצורה כזו מקלים את השליטה בכמות המידע העצומה שבה אנו מוצפים ומאפשרים לסדר את המידע הזה במוחנו ובמחשב, בצורה נוחה ויעילה מאוד.
באופן כזה ניתן לשלוף ולזהות מידע בקלות, כל אימת שנרצה ולנהל אותו היטב. גם העדכונים והשינויים בקוד כזה הם פשוטים הרבה יותר ומונעים שגיאות.
ניתן לומר שבפרויקטים גדולים, המבוססים על Frameworks קיימים ומעסיקים מספר מתכנתים, הקידוד בתכנות מונחה עצמים מתאים במיוחד ואולי אף הכרחי.
#עקרונות
הפשטה של הנתונים (Data Abstraction) - המתכנת מתרכז במאפיינים הרלוונטיים של העצם.
כימוס (Encapsulation)- הסתרה של פרטי המימוש מהמשתמש בעצם.
מודולריות (Modularity) - מפרידים עצמים ליחידות נושא.
היררכיה, או הורשה (Inheritance) - מגדירים יחסים היררכיים בין העצמים ואובייקט יורש תכונות מהמחלקה שלו.
טיפוסיות חזקה (Strong Typing) - מניעה של בלבול או ערבוב בין טיפוסי עצמים שונים זה מזה.
#האובייקט
בשיטת ה-Object Oriented Programming כל דבר הוא אובייקט.
בתכנות מונחה עצמים מגדירים מחלקות (Classes). לאחר הגדרת מחלקה אפשר לייצר מופעים שלה, שנקראים אובייקטים (Objects).
כך למשל מתכננים ומייצרים מטוס חדש, מחלקים ידועים ומוכרים המרכיבים אותו, שעל גבם תבוא החדשנות של הדגם החדש. איש בימינו לא מתחיל לייצר מטוס מכלום, כי יש הגדרות מוכרות ומוכחות למרכיבים העיקריים שמייצרים מטוס וממרכיבים אלה הוא ייבנה.
כך מחליף סדר וארגון יעיל את הקוד המשוטח, המסורבל והארוך של התכנות הרגיל של פעם (הפרוצדורלי למי שמכיר). במקום רצף הפקודות הענקי והמבולגן יחסית שמאפיין תכנות פשוט, עם המון קודים שחוזרים על עצמם שוב ושוב, מתכננים מחלקה מרכזית לכל דבר וממנה מייצרים בקלות את האובייקטים שנגזרים ממנה, גם עם מאפייניהם היחודיים.
#הגדרות
אם תכנות מונחה עצמים מתמקד בפיתוח של עצמים וביצירת פעולות ביניהם, אז כדאי שנגדיר כמה דברים:
עצם (Object) הוא מעין קפסולת קוד שבתוכה אנו מכניסים שילוב של מידע ופעולות. לרוב זו תהיה מחלקה (Class).
המידע במחלקה ייקרא "תכונות" (Attributes). התכונות שיוצגו הן רק אלה שרלוונטיות לפיתוח או לאפליקציה המסוימת שעליה אנו עובדים.
הפעולות באובייקט שנראות כמו פונקציות ייקראו "שיטות" או "מתודות" (methods). השיטות או המתודות הללו מתארות את מה שאובייקט במחלקה מסוגל לעשות.
ההודעות (Messages) הן מה שמניע את הפעולות. כי השיטות הן בגדר פוטנציאל ובלי הודעה לא תופעל שום שיטה.
#דוגמה
ניתן לראות אובייקט כמו String, בעברית מחרוזת, כשילוב של מידע, שהוא תוכן התווים שמהווה את המחרוזת. יוגדרו גם הפעולות שניתן יהיה לעשות על המחרוזת, כמו הדפסה, חיתוך רשימה, המרה לאותיות גדולות באנגלית וכדומה.
עוד דוגמה? - בתכנות מונחה עצמים ניתן לרשום עובדים למערכת מסוימת. אבל במקום לשמור בנפרד את הנתונים של כל אחד מהם (שם, גיל, תפקיד, השכלה, התמחות וכו') ניצור אובייקט של עובד. מהמחלקה הזו נגזור המון עובדים, על מאפייניהם ותכונותיהם ועל המידע הזה נוכל לבצע פעולות שונות, כמו הדפסה, שאילתות, חיתוכים ועוד.
#סיכום
בתכנות מבוסס עצמים יש תבניות שמתארות סוג של יישות, כמו בחיים עם ישויות כמו מכוניות, בני אדם וכדומה. התבניות הללו נקראות "מחלקות" (Class). תחת ה-Class כהגדרה מרכזית, עם ריכוז של מאפיינים (שהם בעצם משתנים) ומתודות (שהן פעולות שניתן לעשות במחלקה), כל אובייקט שיווצר תחת המחלקה ישאב אותם ממנה.
עוד על המחלקה בתגית "מחלקות".
הנה הסבר התכנות מונחה העצמים (עברית):
https://youtu.be/l6M3qp5Ykus
הסבר לילדים:
https://youtu.be/X3cFiJnxUBY
ההבדל בין תכנות פרוצדורלי של פעם לתכנות מונחה עצמים (מתורגם):
https://youtu.be/OEfSFrk_KEI
4 עמודי התכנות מונחה העצמים:
https://youtu.be/pTB0EiLXUC8
ויסודות התכנות מונחה העצמים עם הדגמות בשפת פייתון (עברית):
https://youtu.be/odRYxQLGb2U?long=yes
שפת תכנות (Programming language) היא שפה המובנת למחשב. קוד שנכתב בשפת התכנות הוא בעצם תוכנה, או חלק מתוכנה. כלומר קוד כזה הוא סדרה של פקודות שגורמות למחשב לבצע פעולות שונות ומגוונות.
את התחומים הללו ששפות התכנות מסוגלות לגרום למחשב לבצע, אתם מכירים היטב ונתקלים בהם כל יום וכל היום. מניווט מנקודה לנקודה (כן, גם טלפון חכם הוא מחשב!), דרך כתיבה ושליחה של מייל לאדם אחר, הפעלה של משחק מחשב, ציור במחשב או השמעת מוסיקה וכדומה.
שפת תכנות היא הכלי שמאפשר לבני אדם, לרוב בעלי מקצוע הידועים כ"מתכנתים", לתקשר עם מחשבים ולתת להם הוראות.
השפה הזו מאפשרת את קיומו של תִּכְנוּת המחשבים, אחד המקצועות המרכזיים של עידן המחשב.
לכל שפת תכנות יש סדרה של עקרונות וכללים מוגדרים. יש לה תחביר - כלומר דרך שבה יש לנסח את הפקודות שנותן המתכנת למחשב. כך יכול המתכנת לכתוב את קוד המקור של תכנית המחשב ובסיומו, לאחר ניפוי ותיקון השגיאות, מבצעת התכנית את תפקידה.
בחירת שפת התכנות המתאימה על ידי המתכנתת תהיה על פי אופי הפרויקט, תכונות השפה והתאמתה למקום עבודה והתמחותו.
בשפות תכנות מודרניות יש שימוש רב באובייקטים. בין השאר זה אומר שקוד המקור, כלומר מה שהמתכנת כותב, משתמש לא פעם ברכיבים שנכתבו על ידי אחרים ושותפו על ידם לטובת הכלל. כך יוצא שכתיבה בשפת תכנות כזו מתבססת לא פעם על הרחבות חיצוניות, המכונות "ספריות".
כיום, בעידן האינטרנט, יש שפות תכנות שמתמחות בצד השרת (אותו מחשב משוכלל שנמצא ב"ענן" ומבצע פעולות שיישלחו בדרך כלל לדפדפן שלנו) ואחרות מתמחות בצד המשתמש, הקליינט, כלומר שפועלות על ובמחשב שלנו.
שפת התכנות Javacript למשל, היא שפה שמתמחה בצד המשתמש, קליינט סייד. פייתון (Python), בניגוד לה, היא שפה המשמשת בעיקר לצד השרת, סרוור סייד.
רק להמחשה של העניין - שתיהן מהשפות הכי פופולריות ומוצלחות. הראשונה היא אולי השפה הכי נפוצה בימינו והשניה Python, היא אולי השפה הכי קלה ללימוד של מתחילים ועדיין היא שפה מעולה לפיתוחי צד שרת ולתעשיית הסייבר. Python (קורס מלא ומתורגם לעברית בסרטון האחרון) היא גם השפה העיקרית של עולם הלמידה העמוקה (Deep Learning) - העתיד של הבינה המלאכותית, שהולך ומשנה את עולם האינטרנט כיום.
מהי שפת תכנות? (עברית):
https://youtu.be/ur7o0dAUDTg
הכוח והיופי שבתכנות (מתורגם):
https://youtu.be/crw_U-UgvcY
על המצאת שפת התכנות:
https://youtu.be/Wchru8alhaE
מתכנת מסביר על שפות תוכנה שונות (עברית):
https://youtu.be/7Baq_Xw4azM
שפות התכנות הפופולריות ב-50 שנה האחרונות ועד היום:
https://youtu.be/Og847HVwRSI
ההיסטוריה של שפות התכנות:
https://youtu.be/mhpslN-OD_o?long=yes
וקורס מלא לשפת פייתון הפופולרית, קלה ומצליחה מאוד (מתורגם):
https://youtu.be/rfscVS0vtbw?long=yes
מושגים בתכנות
פרונט אנד (Front-End) ובק אנד (Back-End) הם שני מושגים שמשתמשים בהם הרבה בעולם התכנות והנדסת התוכנה ויש אנשי תוכנה ומהנדסים שמתמחים בכל אחד מהם.
אבל מה המשמעות וההבדלים ביניהם?
כשמדברים על פרונט ובק אנד מדובר בשתי קטגוריות של מתכנתים ומהנדסים שאחראים לתכנות וניהול אתר אינטרנט או יישום מקוון. חלק מהם בצד המשתמש, או הלקוח (פרונט אנד), והאחרים בצד השרת, במנוע של האתר (בק אנד).
#Frontend
הפרונט אנד, צד המשתמש, כולל את כל מה שרואים באתר או באפליקציה, כל הצדדים הנראים, הוויזיאליים של הפיתוח. בין השאר הוא כולל את המסך, החלונות, הכפתורים, השדות והתפריטים. את ה-Front End רואה המשתמש ולא רק המפתח.
זהו צד הלקוח (Client), או צד המשתמש (User). הוא מפותח בטכנולוגיות האינטרנט הידועות והקלאסיות, של HTML, CSS, JavaScript ועוד. ממשקי ה-WEB כאן נועדו לאפשר תמיכה בתקשורת עם מסדי הנתונים והשרתים, תקשורת שעליה אחראי הבק אנד.
#Backend
הבק אנד, צד השרת, נמצא אכן ברקע. כאן נעשה כל הצד הלוגי וחישובי של. ב"בק אנד" מנוהלת הפעילות שמאחורי הקלעים של האתר, האפליקציה או התוכנה שבה אנו משתמשים. הבק אנד הוא שאחראי לפעולה החלקה, התקינה והיעילה של השירות. יש לו אחריות על התקשורת עם השרתים (Servers), שעליהם שמורים בסיסי הנתונים.
מתכנתי הבק אנד משתמשים בקודים ובסקריפטים בשפת התכנות המיועדת לכך, כדי לנהל את התקשורת הזו בצורה המיטבית. למעשה, הבק-אנד אחראי לניהול ולתפעול התקין של כל השרתים, בסיסי הנתונים והנתונים עצמם. זה תפקיד חיוני, כי באמצעות השרתים הללו מופעלים האתר או היישום. בלי פעילות תקינה שלהם מתחילות הצרות. אותן, במידה והן יתחילו, גם המשתמש ירגיש.
#ומה זה Fullstack?
יש קטגוריה של Full Stack והיא כוללת את האינטגרציה, השילוב בין שתי הקודמות. אנשי פול סטאק מטפלים בכל הפעילות הזו, מקצה אל קצה. מדובר באנשים שיודעים לעשות את שני התפקידים או הקטגוריות שלמעלה ואת השילוב ביניהם.
למעשה, מפתחי פול סטאק יודעים לפתח בשפות השונות, הן בצד הלקוח והן בצד השרת. הם מפתחים גם את מה שנראה למבקרי האתר ונקרא ה-Frontend וגם את ה-backend, הצד שמאחורי הקלעים, זה שרובנו לא רואים וממילא לא מודעים לקיומו ולחשיבותו מספיק.
בכל מקרה, מדובר במפתחים בעלי ידע רב, השולטים בלא מעט שפות תכנות, סביבות פיתוח, פריימוורקים (Frameworks), עורכי קוד ובעיקר טכנולוגיות, שכל הזמן מתעדכנות, משתנות ומתחדשות.
היכולת של אנשי ה-Fullstack לנהל את הפרויקטים לכל אורכם הופך אותם לא פעם לבעלי יכולות ותפקידי ניהול פרויקטים בפיתוח, או לפחות פיקוח על בניית מוצרים בחברות גדולות.
בפרויקטים קטנים או בחברות סטארטאפ, מפתחים אנשי ה"פול סטאר" לא פעם לגמרי בעצמם את האתר, האפליקציה, התוכנה השלמה או הכל.
הנה הפרונט אנד, לעומת הבק אנד (עברית):
https://youtu.be/eU-C17D6hfU?t=17s
פרונט אנד:
https://youtu.be/WG5ikvJ2TKA
בק אנד:
https://youtu.be/XBu54nfzxAQ
והנה השניים וה"פול סטאק" שמשלב ידע בשניהם:
https://youtu.be/NMKdd1Hz06U
שניים מהמושגים שתפגשו לא מעט בלימודי התכנות הם פריימוורק (Framework) וספרייה (Library). בעיקרון מרבית הספריות והפריימוורקים הם קודים לשימוש חוזר. הקודים האלה אמנם נכתבו על ידי אחרים, אבל יכולים לסייע לכם לפתור בקלות בעיות נפוצות בקוד שלכם.
אבל מהם השניים ומה ההבדל ביניהם?
#ההבדלים
ספריות ופריימוורקס (בעברית מסגרות) הן שתיהן רכיבי קוד שנכתב על ידי אחרים ומשמש לפתרון בעיות נפוצות.
מפתחים משתמשים בדרך כלל לסירוגין במונחים "ספרייה" (Library) ו"פריימוורק" (Framework), אבל יש ביניהן הבדל מהותי שכדאי להבין.
אם אתם מתכנתים ויצא לכם ליצור פונקציה, כדי שתחסוך לכם עבודה, אז ברכותינו - גם אם היא שלכם ונכתבה על ידכם, יצרתם ספרייה!
פריימוורק היא מסגרת תכנותית שאתם בוחרים והיא תקבע לכם את האופן בו תעבדו ותפתחו, בתמורה לקלות וליד מכוונת שהיא תציע לכם.
#המחשת ההבדלים
בואו נדמה את השניים לדברים שאתם מכירים מהבית שלכם:
ספרייה היא כמו לקנות רהיטים מ-Ikea. נניח שיש לכם בית (במטפורה זהו הקוד שלכם) ואתם צריכים עזרה ברהיטים שיהיו בו. במקום שתצטרכו לבנות שולחן מאפס, כלומר לכתוב הכל בעצמכם, איקאה מציעה לכם שולחנות מוכנים שרק צריך להביא ולהרכיב בבית שלכם. עם הספריות אתם בשליטה ובקוד, בניגוד לאיקאה, זה אפילו בחינם!
פריימוורק, לעומת הספרייה, היא יותר כמו לבנות מודל של בית. ניתן לדמות את הפריימוורק לסדרה של שרטוטים ולמבחר אפשרויות מוגדר של האדריכלות והעיצוב שלו. עם פריימוורק לא תוכלו לעשות כל מה שברצונכם, אבל זה גם יתרון, כי השליטה היא בידיו והוא יבקש מכם לתת את מה שהוא צריך ויבנה לכם את מה שאתם צריכים.
#ההבדל הטכני ביניהם
ההבדל הטכני בין פריימוורק לספרייה קשור ב"היפוך שליטה". אם בספרייה השליטה היא בידי המתכנת שמשתמש בה כרצונו, בפריימוורק השליטה היא בידי הפריימוורק.
בשימוש בספרייה, המתכנת הוא האחראי על זרימת היישום. הוא שבוחר מתי ואיפה להתקשר לספריה. כשמשתמשים בפריימוורק, היא שאחראית על הזרימה. כי הפריימוורק מציע למתכנת כמה מקומות לחבר את הקוד אבל זה הוא שקורא לקוד הזה לפי הצורך.
#סיכום
פריימוורק וספריות הם שניהם קוד שנכתב על ידי אחרים וניתן להסתייע בו כדי לבצע משימות נפוצות עם פחות קוד.
הפריימוורק לוקח את השליטה בתוכנית ואומר למתכנת מה הוא צריך. הוא דעתן ונותן למפתח פחות חופש, אבל בתמורה מספק לו בטחון וקלות בקידוד.
בספריה זה הפוך. המפתח מתקשר לספרייה ומשתמש בה כשהוא זקוק לה. למקודד יש כאן הרבה יותר חופש, אבל גם יותר אחריות וקידוד.
הנה המחשה מעניינת ומסבירה של ההבדלים בין הפריימוורק והספרייה:
https://youtu.be/D_MO9vIRBcA
פריימוורק:
https://youtu.be/BfhSoFARn6w
דוגמה לספריה הפופולרית ריאקט:
https://youtu.be/N3AkSS5hXMA
"hello world" היא מחרוזת אותיות או ביטוי שתכנית מחשב מדפיסה אותה והיא סוג של קטע אצל מורים לתכנות, במיוחד מי שמלמדים להוציא פלט בשפות המתבססות על שורת פקודה.
ב-"Hello World" משתמשים בהדגמות ראשוניות ללימוד שפות תכנות שונות. עבור לומדים רבים התכנית הזו היא בעצם ניסיון התכנות הראשון שלהם בשפת התכנות שהם לומדים.
כמובן שניתן לכתוב כתכנית ראשונה בלימוד תכנות כל ביטוי אחר, אבל כתיבת הביטוי "hello world" הפכה כבר מזמן למסורת בלימודי תכנות.
מסורת התכנית הראשונה עם הודעת בדיקה של "Hello World" נולדה כתןצאה מחיקוי של תכנית דוגמה, שהופיעה לראשונה בספרם של בריאן קרניגהאן ודניס ריצ'י "The C Programming Language".
אגב, העובדה שכתיבת תכנית זו היא פשוטה מאוד הפכה אותה לשימושית גם בבדיקה שהמהדר, סביבת הריצה או הפיתוח של השפה הותקנו כראוי.
הנה תוכנית "hello world" בשפת פייתון (עברית):
https://youtu.be/rmmRRg_IcgA
ובשפת סי שארפ C#(עברית):
https://youtu.be/_Z27SlmU6qg
האלגוריתם הוא הדרך לפתרון בעיה אלגוריתמית. הוא הבסיס לתוכנת מחשב.
כשהוא בנוי נכון יש לאלגוריתם כמה תכונות:
#הוראות מסודרות
הוא מורכב מהוראות המוגדרות ברמת פירוט הנדרשת למבצע ההוראות. כל ההוראות חייבות להיות ברורות ואפשריות לביצוע.
#פתרון לכל נקודת מוצא
עליו לתת פתרון, או לפחות מענה, המתאימים לכל קלט חוקי שהוא מקבל בנקודת המוצא שלו.
#מספר סופי של צעדים
על האלגוריתם להיות בעל מספר סופי של צעדים מהבעיה לפתרון. בכל מקרה אחר הוא יהיה אינסופי ולפיכך לא יעיל.
הנה האלגוריתם ותכונותיו (מתורגם):
https://youtu.be/6hfOvs8pY1k
נהוג לומר שהשם הנרדף של "ארגומנטים" הוא "משתנים" או גם "פרמטרים".
אז באמת מתכנתים מבלבלים לא פעם בין פרמטרים וארגומנטים וזה בסדר, כי ההבדל ביניהם הוא בעיקרו סמנטי, עניין של הגדרה ולא של מהות שיכולה לפגוע בעבודה.
אבל בכל זאת... כשאנו מגדירים פונקציה, נרצה להגדיר לה את הנתונים שהיא תצפה לקבל בעת קריאה וזימון שלה.
#דוגמה
למשל כאן, ניתן לראות ש-x הוא פרמטר, בעוד ש-y הוא ארגומנט.
int f(struct S *x);
return f(&y);
#אז בהגדרה אלה יהיו פרמטרים.
כלומר, פרמטרים (משתנים) מתקבלים על ידי הפונקציה כשמגדירים אותה. כל ארגומנט מופיע בצורה של סוג (type) ואז שם. כך יהיו למשל ארגומנטים מסוג int שבהם יופיעו מספרים שלמים, מסוג double שיהיה בו מספר עשרוני, או String עם מחרוזת טקסט.
#בקריאה לפונקציה אלה ארגומנטים
כשאנו מריצים פונקציה, היא מבצעת פעולה מסוימת. אלא שלא תמיד נרצה שהיא תעשה בדיוק את אותה פעולה בדיוק, או עם אותם נתונים. כך למשל, אם נרצה להשתמש בפונקציה כמו printInBold, כדי להדגיש מחרוזת טקסט בכתב Bold, נרצה לספק בכל פעם מחרוזת טקסט אחרת. זה בדיוק מה שהארגומנט (Argument) מאפשר לנו. כשנקרא לפונקציה, נכניס באמצעותו משתנה לתוך הסוגריים שלה וכך היא תבצע את הפעולה על המשתנה הזה.
כמובן שלא רק מחרוזות יכולות להיכנס כארגומנטים. לארגומנטים ניתן להכניס גם משתנים, ספרות וכדומה.
ארגומנטים, אם כן, הם פרמטרים שפונקציה מצפה לקבל דה פקטו. באמצעות הקוד שתוכנת בה לביצוע היא תייצר את ה-return שלה ממנו, או תדפיס אותו בפקודת print לטרמינל.
#לכן תיאורטית...
ה"פרמטרים" שההגדרנו בפונקציה עצמה, אלה "פרמטרים פורמליים" (Formal Parameters). לעומתם, ה"פרמטרים" שנשלחים לפונקציה הקיימת, נקראים "פרמטרים אקטואליים" (Actual Parameters) והם הארגומנטים.
#ומעשית...
המונח "פרמטרים" יכול לשמש למעשה בכדי לתאר, גם את ה"פרמטרים" וגם את ה"ארגומנטים".
הנה ארגומנטים בפייתון:
https://youtu.be/tQ7it_vlptA
ופרמטרים וארגומנטים בשפת Javascript:
https://youtu.be/G4lZSWssoqA
איך מייצגים אלגוריתמים?
אלגוריתם הוא שם כללי להוראות ביצוע של משימה או דרך לפתור בעיה מוגדרת. זהו, אם תרצו, מתכון כללי בו מטופלת בעיה לצורך פתרונה.
אם אתם מנסים למצוא רצף של הוראות לביצוע משימה או לפתרון של בעיה מסוימת, הרי שאתם מחפשים אלגוריתם.
כמובן שמדובר במגוון אדיר של בעיות המחייבות ייצוג ולכן גם הדרכים מגוונות ואין דרך אחת. אם בכל זאת נצטמצם לעולם הטכנולוגיה והמחשבים, הרי שבכל זאת ניתן לייצג אלגוריתמים בכמה דרכים או שיטות.
אז הנה השיטות הבולטות ביותר לייצוג אלגוריתמים:
#תרשים זרימה
תצוגה גרפית של האלגוריתם, בעזרת תרשים כמו בתמונה שלמעלה, המכיל סימנים מקובלים וחלקים שונים באלגוריתם: נקודות התחלה וסיום - אליפסה, הצגת הוראות - מלבן, הוראות קלט פלט - מקבילית וביצוע מותנה של פעולות באלגוריתם - מעוין.
#ייצוג מילולי לאלגוריתם
כאן מתוארת סדרת ההוראות בשפה רגילה. דוגמה:
1. קבל שלושה מספרים.
2. חשב את הממוצע של המספרים.
3. הדפס את הממוצע שנמצא.
#פסאודו קוד (Pseudu code)
תיאור סדרת ההוראות במילים, אבל באופן שמזכיר שפת תכנות. זו דרך מעולה להציג ומשתמשים בה יותר ויותר כיום, כולל באתרי לימוד ובספרים. דוגמה:
1. קבל כקלט שלושה מספרים שלמים a, b, c
2. רשום את תוצאת (a+b+c)/3 במשתנה avg
3. הצג בפלט את ממוצע המספרים avg
אלגוריתם הוא שם כללי להוראות ביצוע של משימה או דרך לפתור בעיה מוגדרת. זהו, אם תרצו, מתכון כללי בו מטופלת בעיה לצורך פתרונה.
אם אתם מנסים למצוא רצף של הוראות לביצוע משימה או לפתרון של בעיה מסוימת, הרי שאתם מחפשים אלגוריתם.
כמובן שמדובר במגוון אדיר של בעיות המחייבות ייצוג ולכן גם הדרכים מגוונות ואין דרך אחת. אם בכל זאת נצטמצם לעולם הטכנולוגיה והמחשבים, הרי שבכל זאת ניתן לייצג אלגוריתמים בכמה דרכים או שיטות.
אז הנה השיטות הבולטות ביותר לייצוג אלגוריתמים:
#תרשים זרימה
תצוגה גרפית של האלגוריתם, בעזרת תרשים כמו בתמונה שלמעלה, המכיל סימנים מקובלים וחלקים שונים באלגוריתם: נקודות התחלה וסיום - אליפסה, הצגת הוראות - מלבן, הוראות קלט פלט - מקבילית וביצוע מותנה של פעולות באלגוריתם - מעוין.
#ייצוג מילולי לאלגוריתם
כאן מתוארת סדרת ההוראות בשפה רגילה. דוגמה:
1. קבל שלושה מספרים.
2. חשב את הממוצע של המספרים.
3. הדפס את הממוצע שנמצא.
#פסאודו קוד (Pseudu code)
תיאור סדרת ההוראות במילים, אבל באופן שמזכיר שפת תכנות. זו דרך מעולה להציג ומשתמשים בה יותר ויותר כיום, כולל באתרי לימוד ובספרים. דוגמה:
1. קבל כקלט שלושה מספרים שלמים a, b, c
2. רשום את תוצאת (a+b+c)/3 במשתנה avg
3. הצג בפלט את ממוצע המספרים avg
מהי בעיית הסוכן הנוסע והאם קיים אלגוריתם לפתרונה?
דמיינו סוכן נוסע שהבוס נותן לו רשימה של ערים ודורש ממנו לתכנן את המסלול הכי קצר ביניהן, כך שיעבור פעם אחת בדיוק בכל עיר ואז ישוב לנקודה שממנה התחיל את המסלול.
המשימה הלכאורה פשוטה הזו היא אחת הבעיות המסובכות בעולם המדעי. היא זכתה לשם "בעיית הסוכן הנוסע" (Travelling Salesman Problem) ומטרתה היא אכן למצוא אלגוריתם שימצא את המסלול הקצר ביותר שיחבר כמה נקודות גאוגרפיות עד החזרה לנקודה שממנה מתחילים.
זו בעייה ידועה מאוד ומהנושאים המבוקשים ביותר לפתרון בעולם הניווט כיום. היא חברה מכובדת בקבוצת הבעיות נטולות הפתרון של תורת הגרפים ותורת הסיבוכיות. היא גם מהבעיות המרכזיות בתחום האופטימיזציה, כשגם אנשי בינה מלאכותית ומדעני מחשב עוסקים בה לא מעט.
מכיוון שהבעיה נוגעת גם למטיילים, דוורים, מתכנני טיסות לחוצים בכסף ושליחים של וולט עם מנות טייק אוויי חמות, היא זכתה גם לכינוי העממי "בעיית השליחים".
#הבעיה
דמיינו סוכן מכירות, שרוצה לפקוד את כל המקומות שבהם הוא אמור למכור את הסחורה שלו. האיש מעוניין למצוא את המסלול הקצר ביותר שיאפשר לו לעבור דרך כל המקומות, בכל מקום פעם אחת בלבד, ולסיים בנקודת ההתחלה.
זה פשוט, אתם ודאי אומרים לעצמכם. פשוט נמדוד על המפה את המרחקים בין כל שני מקומות במסלול ונסכם את המרחקים למרחק כולל. כך נמדוד בכמה מסלולים ונבחר את הקצר ביותר מהם.
אבל השיטה בה הולכים מנקודת ההתחלה לנקודה הקרובה ביותר, ממנה לנקודה הקרובה ביותר אליה וכך הלאה - השיטה הזו פשוט לא עובדת. במילים פשוטות, היא לא מציעה כך את המסלול הקצר ביותר.
דרכים אחרות? - בטח לא דרך ידנית.
רק שנבין כמה הבעיה מורכבת - פתרון בניסוי וטעייה הוא בלתי אפשרי כאן, כי אם יש לנו 10 נקודות בלבד, יש לה !N אפשרויות, N עצרת!, כלומר נצטרך להשוות
את המרחקים בלא פחות מ-3,628,800 אפשרויות או מסלולים אפשריים.
יותר מקומות? - זה רק יגדל. כדי שמחשב מהיר יעבור על כל האפשרויות שיש ל-100 יעדים, זה ייקח לו זמן בלתי סביר של 40 מיליון שנה עד שיגיע לתשובה.
#תולדות הבעיה
במאה ה-19 היו ראשונים שניסחו את בעיית הסוכן הנוסע, שבראשי תיבות מכונה TSP, המתמטיקאים ויליאם המילטון מאירלנד והמתמטיקאי הבריטי תומאס קירקמן (Thomas Kirkman).
ב-1857 המילטון אף פיתח את "משחק איקוסיאן" (Icosian game) שהמטרה בו הייתה למצוא את "המסלול ההמילטוני" שהוא הפתרון הקצר ביותר.
בשנת 1930, חוקר בשם קרל מנגר הגדיר את הבעיה והתייחס לפתרונות כוח גס ושיטת השכן הקרוב, אבל לא מצא פתרון.
בסנטה מניקה הציע תאגיד "ראנד", בשנות ה-50 וה-60 של המאה ה-20, פרסים על התקדמות, אפילו לא פתרון לבעיה. הדבר הפך את העניין לפופולרי מאוד, לפחות הצפון אמריקה ובאירופה. אבל שלל החוקרים, כולל מתמטיקאים, כימאים, פיזיקאים ואנשי מדעי המחשב, לא הניבו את הפתרון המיוחל. הבעייה נותרה ללא פתרון. המאבק היום הוא למצוא פתרון מקורב.
בשנת 2006 הצליחו לחקור ולוודא מסלול אופטימלי שעבר ב-85,900 נקודות. הוא מתוחזק ומאפשר מאז כלי בדיקה לאלגוריתמים שמציעים חוקרים לפתרון הבעיה.
#אז מה עושים?
השיטה הפשוטה היא הגרידית (Greedy). השיטה היא מכל נקודה ללכת אל הכי קרובה אליה.
שיטות אחרות בסרטונים שלמטה. הן לא מבטיחות את המסלול הקצר ביותר כמובן.
הנה אלגוריתם הסוכן הנוסע (עברית):
https://youtu.be/IUYaqz2hxN8
דוגמה להתמודדות עם חוט:
https://youtu.be/xi5dWND499g
כמה אסטרטגיות למסלול:
https://youtu.be/SC5CX8drAtU
בתכנות:
https://youtu.be/hvDx7q6vcWM
הסוכן הנוסע ובעיית ייעול המסלול (עברית):
https://youtu.be/MMt3I2P1j3I
ועוד הסבר על אלגוריתם קירוב ויעילותו (עברית):
https://youtu.be/9Uwp8NPdti0
דמיינו סוכן נוסע שהבוס נותן לו רשימה של ערים ודורש ממנו לתכנן את המסלול הכי קצר ביניהן, כך שיעבור פעם אחת בדיוק בכל עיר ואז ישוב לנקודה שממנה התחיל את המסלול.
המשימה הלכאורה פשוטה הזו היא אחת הבעיות המסובכות בעולם המדעי. היא זכתה לשם "בעיית הסוכן הנוסע" (Travelling Salesman Problem) ומטרתה היא אכן למצוא אלגוריתם שימצא את המסלול הקצר ביותר שיחבר כמה נקודות גאוגרפיות עד החזרה לנקודה שממנה מתחילים.
זו בעייה ידועה מאוד ומהנושאים המבוקשים ביותר לפתרון בעולם הניווט כיום. היא חברה מכובדת בקבוצת הבעיות נטולות הפתרון של תורת הגרפים ותורת הסיבוכיות. היא גם מהבעיות המרכזיות בתחום האופטימיזציה, כשגם אנשי בינה מלאכותית ומדעני מחשב עוסקים בה לא מעט.
מכיוון שהבעיה נוגעת גם למטיילים, דוורים, מתכנני טיסות לחוצים בכסף ושליחים של וולט עם מנות טייק אוויי חמות, היא זכתה גם לכינוי העממי "בעיית השליחים".
#הבעיה
דמיינו סוכן מכירות, שרוצה לפקוד את כל המקומות שבהם הוא אמור למכור את הסחורה שלו. האיש מעוניין למצוא את המסלול הקצר ביותר שיאפשר לו לעבור דרך כל המקומות, בכל מקום פעם אחת בלבד, ולסיים בנקודת ההתחלה.
זה פשוט, אתם ודאי אומרים לעצמכם. פשוט נמדוד על המפה את המרחקים בין כל שני מקומות במסלול ונסכם את המרחקים למרחק כולל. כך נמדוד בכמה מסלולים ונבחר את הקצר ביותר מהם.
אבל השיטה בה הולכים מנקודת ההתחלה לנקודה הקרובה ביותר, ממנה לנקודה הקרובה ביותר אליה וכך הלאה - השיטה הזו פשוט לא עובדת. במילים פשוטות, היא לא מציעה כך את המסלול הקצר ביותר.
דרכים אחרות? - בטח לא דרך ידנית.
רק שנבין כמה הבעיה מורכבת - פתרון בניסוי וטעייה הוא בלתי אפשרי כאן, כי אם יש לנו 10 נקודות בלבד, יש לה !N אפשרויות, N עצרת!, כלומר נצטרך להשוות
את המרחקים בלא פחות מ-3,628,800 אפשרויות או מסלולים אפשריים.
יותר מקומות? - זה רק יגדל. כדי שמחשב מהיר יעבור על כל האפשרויות שיש ל-100 יעדים, זה ייקח לו זמן בלתי סביר של 40 מיליון שנה עד שיגיע לתשובה.
#תולדות הבעיה
במאה ה-19 היו ראשונים שניסחו את בעיית הסוכן הנוסע, שבראשי תיבות מכונה TSP, המתמטיקאים ויליאם המילטון מאירלנד והמתמטיקאי הבריטי תומאס קירקמן (Thomas Kirkman).
ב-1857 המילטון אף פיתח את "משחק איקוסיאן" (Icosian game) שהמטרה בו הייתה למצוא את "המסלול ההמילטוני" שהוא הפתרון הקצר ביותר.
בשנת 1930, חוקר בשם קרל מנגר הגדיר את הבעיה והתייחס לפתרונות כוח גס ושיטת השכן הקרוב, אבל לא מצא פתרון.
בסנטה מניקה הציע תאגיד "ראנד", בשנות ה-50 וה-60 של המאה ה-20, פרסים על התקדמות, אפילו לא פתרון לבעיה. הדבר הפך את העניין לפופולרי מאוד, לפחות הצפון אמריקה ובאירופה. אבל שלל החוקרים, כולל מתמטיקאים, כימאים, פיזיקאים ואנשי מדעי המחשב, לא הניבו את הפתרון המיוחל. הבעייה נותרה ללא פתרון. המאבק היום הוא למצוא פתרון מקורב.
בשנת 2006 הצליחו לחקור ולוודא מסלול אופטימלי שעבר ב-85,900 נקודות. הוא מתוחזק ומאפשר מאז כלי בדיקה לאלגוריתמים שמציעים חוקרים לפתרון הבעיה.
#אז מה עושים?
השיטה הפשוטה היא הגרידית (Greedy). השיטה היא מכל נקודה ללכת אל הכי קרובה אליה.
שיטות אחרות בסרטונים שלמטה. הן לא מבטיחות את המסלול הקצר ביותר כמובן.
הנה אלגוריתם הסוכן הנוסע (עברית):
https://youtu.be/IUYaqz2hxN8
דוגמה להתמודדות עם חוט:
https://youtu.be/xi5dWND499g
כמה אסטרטגיות למסלול:
https://youtu.be/SC5CX8drAtU
בתכנות:
https://youtu.be/hvDx7q6vcWM
הסוכן הנוסע ובעיית ייעול המסלול (עברית):
https://youtu.be/MMt3I2P1j3I
ועוד הסבר על אלגוריתם קירוב ויעילותו (עברית):
https://youtu.be/9Uwp8NPdti0
מהם משתנים בתכנות מחשבים?
דמיינו בקבוק ריק. זהו המשתנה שלנו. יש לו שם משתנה, בקבוק. בתוכנה יכולים להיות משתנים אחרים, כמו ארגז, ארון וכדומה. הם יכולים להיות גם מאוד ספציפיים, כמו ארון בגדים, ארון כלים או ארון נעליים.
נחזור למשתנה הבקבוק. נוכל לאחסן בו משקה כלשהו. סוג המשקה הזה הוא "ערך" המשתנה. הערך של המשתנה יכול להשתנות, כלומר תמיד ניתן לשתות או לשפוך את תוכן הבקבוק ואז למזוג אליו משקה אחר. זו הסיבה בתוכנת מחשב שהוא נקרא "משתנה" ולא "קבוע".
#בתוכנה
אז משתנה (Variable) בתכנות הוא מרכיב מרכזי בתוכנית מחשב, שמהווה בעצם זיכרון. הוא מעין תא תכנותי, קופסת איחסון (Place holder). הנתונים שנשמור במשתנה יכולים להיות כאלה שאנו מייצרים במהלך התכנית, או כאלה שקיבלנו מהמשתמש.
המשתנה מכיל נתון, שיכול להשתנות בזמן הריצה של התכנית - על פי הפקודות הניתנות לו. בכך הוא שונה מהקבוע (const או final), בו נשאר הערך שנקבע בתחילת ההרצה של התכנית ועד סופה ללא שינוי.
#התפקיד
משתנים הם ללא ספק אבני הבניין של שפות תכנות.
המשתנה משמש בתכנית כדי לזכור, לאחסן ולשמור על נתונים להמשך התכנית. זהו מעין לוקר תכנותי, שנוכל לתת לו שם, בהתאם לנתונים שהוא יאחסן. שם המשתנה הוא כמו התווית שעל הקופסה שהוא ובפעם הראשונה שנגדיר את המשתנה יופיע לפניו סימון שמדובר במשתנה (משהו כמו var, כקיצור של variable).
הנתונים שיאוחסנו במשתנה יכולים להיות מוגבלים לסוג מסוים. סוג המשתנה אומר מה יש או יכול להיות בו (מספרים שלמים, עשרוניים, מחרוזות תווים וכו').
למשל מחרוזות טקסט (שיוגדרו כ-String), מספרים שלמים (int), מספרים עשרוניים (double או float) ועוד. את הסוג של הנתונים, ניתן לקבוע כשמגדירים משתנה, כמו שהגדרנו var למשתנה כללי המקבל כל סוג של נתון.
#מה קורה כשמחליפים נתונים?
היות וניתן להחליף את ערכי המשתנה במהלך התכנית, הערך החדש יחליף את הקודם והמשתנה יקבל אותו מרגע השינוי. הערך הקודם, אם היה ספק, יישכח ולא יהיה משהו שיזכיר אותו. כך עובדת תכנית מחשב.
משתנים הם הבסיס של שפת תכנות באשר היא. הם מאפשרים לעשות מניפולציות על הנתונים ולאחסן בהם את התוצאות של אותן פעולות שעשינו.
את שם המשתנה קובע המתכנת. השם הזה הוא ייחודי ואין שני משתנים עם אותו השם. אם נטעה וננסה לתת שוב שם שכבר נתנו - נקבל שגיאה.
הנה סרטון שמסביר מהו משתנה:
https://youtu.be/xjZDZ1TJe4o?t=48s&end=1m53s
המשתנים לתלמידי תכנות שפת פייתון (עברית):
https://youtu.be/FadkQtKw2Dc
והסבר משתנים ב-Javascript (עברית):
https://youtu.be/F6hLRLho0Lc
דמיינו בקבוק ריק. זהו המשתנה שלנו. יש לו שם משתנה, בקבוק. בתוכנה יכולים להיות משתנים אחרים, כמו ארגז, ארון וכדומה. הם יכולים להיות גם מאוד ספציפיים, כמו ארון בגדים, ארון כלים או ארון נעליים.
נחזור למשתנה הבקבוק. נוכל לאחסן בו משקה כלשהו. סוג המשקה הזה הוא "ערך" המשתנה. הערך של המשתנה יכול להשתנות, כלומר תמיד ניתן לשתות או לשפוך את תוכן הבקבוק ואז למזוג אליו משקה אחר. זו הסיבה בתוכנת מחשב שהוא נקרא "משתנה" ולא "קבוע".
#בתוכנה
אז משתנה (Variable) בתכנות הוא מרכיב מרכזי בתוכנית מחשב, שמהווה בעצם זיכרון. הוא מעין תא תכנותי, קופסת איחסון (Place holder). הנתונים שנשמור במשתנה יכולים להיות כאלה שאנו מייצרים במהלך התכנית, או כאלה שקיבלנו מהמשתמש.
המשתנה מכיל נתון, שיכול להשתנות בזמן הריצה של התכנית - על פי הפקודות הניתנות לו. בכך הוא שונה מהקבוע (const או final), בו נשאר הערך שנקבע בתחילת ההרצה של התכנית ועד סופה ללא שינוי.
#התפקיד
משתנים הם ללא ספק אבני הבניין של שפות תכנות.
המשתנה משמש בתכנית כדי לזכור, לאחסן ולשמור על נתונים להמשך התכנית. זהו מעין לוקר תכנותי, שנוכל לתת לו שם, בהתאם לנתונים שהוא יאחסן. שם המשתנה הוא כמו התווית שעל הקופסה שהוא ובפעם הראשונה שנגדיר את המשתנה יופיע לפניו סימון שמדובר במשתנה (משהו כמו var, כקיצור של variable).
הנתונים שיאוחסנו במשתנה יכולים להיות מוגבלים לסוג מסוים. סוג המשתנה אומר מה יש או יכול להיות בו (מספרים שלמים, עשרוניים, מחרוזות תווים וכו').
למשל מחרוזות טקסט (שיוגדרו כ-String), מספרים שלמים (int), מספרים עשרוניים (double או float) ועוד. את הסוג של הנתונים, ניתן לקבוע כשמגדירים משתנה, כמו שהגדרנו var למשתנה כללי המקבל כל סוג של נתון.
#מה קורה כשמחליפים נתונים?
היות וניתן להחליף את ערכי המשתנה במהלך התכנית, הערך החדש יחליף את הקודם והמשתנה יקבל אותו מרגע השינוי. הערך הקודם, אם היה ספק, יישכח ולא יהיה משהו שיזכיר אותו. כך עובדת תכנית מחשב.
משתנים הם הבסיס של שפת תכנות באשר היא. הם מאפשרים לעשות מניפולציות על הנתונים ולאחסן בהם את התוצאות של אותן פעולות שעשינו.
את שם המשתנה קובע המתכנת. השם הזה הוא ייחודי ואין שני משתנים עם אותו השם. אם נטעה וננסה לתת שוב שם שכבר נתנו - נקבל שגיאה.
הנה סרטון שמסביר מהו משתנה:
https://youtu.be/xjZDZ1TJe4o?t=48s&end=1m53s
המשתנים לתלמידי תכנות שפת פייתון (עברית):
https://youtu.be/FadkQtKw2Dc
והסבר משתנים ב-Javascript (עברית):
https://youtu.be/F6hLRLho0Lc
מה ניתן לעשות עם לולאה בתכנות?
מתכנתים לא אוהבים לעשות שוב ושוב את אותה פעולה. לכן הם משתמשים בפטנטים כמו לולאה (Loop).
"לופ" (Loop), בעברית לולאה, היא קטע קוד שנרצה שיתבצע שוב ושוב, מספר מוגדר של פעמים או לפחות עד שהוא יסיים את תפקידו.
#יתרונות הלולאות בתכנות
אין שפת תכנות ללא לולאות. לולאה חוסכת משמעותית זמן ובאגים בתוכנה והופכת את הקוד לקצר, אלגנטי וקריא הרבה הרבה יותר.
#איך משתמשים בלולאה?
לולאה תשמש בקוד כדי לחזור על פעולה מספר מסוים של פעמים, או כל עוד או עד שתנאי מסוים יתמלא.
דוגמאות? - בתכנות מחשבים נדע לעתים כמה פעמים בדיוק נרצה שהוא יתבצע. אז נשתמש בלולאה שנקראת for.
בפעמים אחרות נרצה שהתכנית תבצע משהו פעמים רבות, אבל לא נקבע מראש כמה פעמים, אלא נרצה שהיא תתבצע כל עוד תנאי מסוים יתקיים. לעתים נראה שהיא תתבצע עד שתנאי מסוים יתקיים.
דוגמאות מהחיים? - אוקיי, נניח שהמורה לספורט מבטיח לכם שמספר סיבובי ריצה יעלו לכם את הציון ושעל כל סיבוב ריצה תקבלו 5 נקודות נוספות לציון.
#לולאת for
אתם אנשים מחושבים ולכן תרצו לרוץ עד 20 סיבובים. הרי ברור לכם שאין טעם להתאמץ אם כבר יש לכם ציון של 100. לולאת for תאפשר את זה בקלות. תשמשו ודאי בלולאה של 20 פעם סיבוב אחד ומובטח לכם ציון של 100.
למקרה הזה תתאים לולאת for. זו לולאה שתתבצע מספר פעמים מוגדר מראש. בשפות שונות הם יוצגו אחרת, אבל בעיקרון יש לה 3 מרכיבים המנוסחים בעזרת משתנה: ערך התחלה, תנאי הסיום וצעדי ההתקדמות של המשתנה.
#לולאת while
דוגמה אחרת. נניח שהמורה לספורט דורש שתרוצו, בלי ציונים ובלי עניינים. אבל הוא מבטיח לכם שאם תשברו רגל אז הוא יאשר הפסקה של הריצה. זה תנאי לוגי ולכן כשרגלכם תישבר, תוכלו להודיע לו או לצרוח מכאב והוא יאשר לכם להפסיק לרוץ. למזלנו החיים קצת פחות אלימים אבל כך פועלת לולאת תנאי... יכולנו כמובן לתת תנאי אחר, כמו לרוץ עד הצלצול.
אז לולאה זו מתנהלת כל עוד התנאי (ביטוי לוגי של Boolean expression) שבסוגריים מתקיים. נבחר בה במקרים שבהם איננו יודעים מראש כמה פעמים הלולאה תרוץ, אך יש לנו תנאי שכל עוד הוא מתקיים נרצה שהיא תרוץ. כלומר, כל עוד הביטוי הלוגי, שהוא התנאי בעצם, הוא true - הבלוק של הלופ, התכנית שלו, יתבצע. ברגע שהוא יהפוך ל-False אז היא לא תתקיים ויהיה דילוג מעליה.
יש גם לולאת do while, שהיא סוג נוסף של לולאה. היא מבצעת את מה שיש בה כמו while. אך בניגוד ל-while היא בודקת רק בפעם הראשונה את התנאי, כלומר do while בודקת בכל סיבוב מחדש האם התנאי מתקיים.
לעתים, אגב, נרצה לבדוק אם תנאי מסוים מתקיים ואם כן או לא, לפי הקוד, להפסיק את הלולאה. פקודת break בשפות תכנות שונות נועדה להפסיק כך את הלופ.
הנה סרטון שמסביר מהן לולאות:
https://youtu.be/r3Ti5Xp9W8A?end=1m53s
הלולאה לתלמידי תכנות שפת פייתון (עברית):
https://youtu.be/yBCNY__d4ic
והסבר לולאות ב-Javascript (עברית):
https://youtu.be/PaPMOL12V3g
מתכנתים לא אוהבים לעשות שוב ושוב את אותה פעולה. לכן הם משתמשים בפטנטים כמו לולאה (Loop).
"לופ" (Loop), בעברית לולאה, היא קטע קוד שנרצה שיתבצע שוב ושוב, מספר מוגדר של פעמים או לפחות עד שהוא יסיים את תפקידו.
#יתרונות הלולאות בתכנות
אין שפת תכנות ללא לולאות. לולאה חוסכת משמעותית זמן ובאגים בתוכנה והופכת את הקוד לקצר, אלגנטי וקריא הרבה הרבה יותר.
#איך משתמשים בלולאה?
לולאה תשמש בקוד כדי לחזור על פעולה מספר מסוים של פעמים, או כל עוד או עד שתנאי מסוים יתמלא.
דוגמאות? - בתכנות מחשבים נדע לעתים כמה פעמים בדיוק נרצה שהוא יתבצע. אז נשתמש בלולאה שנקראת for.
בפעמים אחרות נרצה שהתכנית תבצע משהו פעמים רבות, אבל לא נקבע מראש כמה פעמים, אלא נרצה שהיא תתבצע כל עוד תנאי מסוים יתקיים. לעתים נראה שהיא תתבצע עד שתנאי מסוים יתקיים.
דוגמאות מהחיים? - אוקיי, נניח שהמורה לספורט מבטיח לכם שמספר סיבובי ריצה יעלו לכם את הציון ושעל כל סיבוב ריצה תקבלו 5 נקודות נוספות לציון.
#לולאת for
אתם אנשים מחושבים ולכן תרצו לרוץ עד 20 סיבובים. הרי ברור לכם שאין טעם להתאמץ אם כבר יש לכם ציון של 100. לולאת for תאפשר את זה בקלות. תשמשו ודאי בלולאה של 20 פעם סיבוב אחד ומובטח לכם ציון של 100.
למקרה הזה תתאים לולאת for. זו לולאה שתתבצע מספר פעמים מוגדר מראש. בשפות שונות הם יוצגו אחרת, אבל בעיקרון יש לה 3 מרכיבים המנוסחים בעזרת משתנה: ערך התחלה, תנאי הסיום וצעדי ההתקדמות של המשתנה.
#לולאת while
דוגמה אחרת. נניח שהמורה לספורט דורש שתרוצו, בלי ציונים ובלי עניינים. אבל הוא מבטיח לכם שאם תשברו רגל אז הוא יאשר הפסקה של הריצה. זה תנאי לוגי ולכן כשרגלכם תישבר, תוכלו להודיע לו או לצרוח מכאב והוא יאשר לכם להפסיק לרוץ. למזלנו החיים קצת פחות אלימים אבל כך פועלת לולאת תנאי... יכולנו כמובן לתת תנאי אחר, כמו לרוץ עד הצלצול.
אז לולאה זו מתנהלת כל עוד התנאי (ביטוי לוגי של Boolean expression) שבסוגריים מתקיים. נבחר בה במקרים שבהם איננו יודעים מראש כמה פעמים הלולאה תרוץ, אך יש לנו תנאי שכל עוד הוא מתקיים נרצה שהיא תרוץ. כלומר, כל עוד הביטוי הלוגי, שהוא התנאי בעצם, הוא true - הבלוק של הלופ, התכנית שלו, יתבצע. ברגע שהוא יהפוך ל-False אז היא לא תתקיים ויהיה דילוג מעליה.
יש גם לולאת do while, שהיא סוג נוסף של לולאה. היא מבצעת את מה שיש בה כמו while. אך בניגוד ל-while היא בודקת רק בפעם הראשונה את התנאי, כלומר do while בודקת בכל סיבוב מחדש האם התנאי מתקיים.
לעתים, אגב, נרצה לבדוק אם תנאי מסוים מתקיים ואם כן או לא, לפי הקוד, להפסיק את הלולאה. פקודת break בשפות תכנות שונות נועדה להפסיק כך את הלופ.
הנה סרטון שמסביר מהן לולאות:
https://youtu.be/r3Ti5Xp9W8A?end=1m53s
הלולאה לתלמידי תכנות שפת פייתון (עברית):
https://youtu.be/yBCNY__d4ic
והסבר לולאות ב-Javascript (עברית):
https://youtu.be/PaPMOL12V3g
מהם הביטים שבמחשב?
ביטים, או באנגלית bits הן יחידות זעירות במחשב, שיש מיליארדים כמותן במעבד המרכזי של כל מחשב, שעון או טלפון חכם, טאבלט וכדומה.
היחידות הללו הן טרנזיסטורים, רכיבי המחשב שהיום הם הכי בסיסיים והכי זעירים. הם יכולים להיות באחד משני המצבים - או טעונים בחשמל או ללא חשמל. איתם בעצם מדברות שפות התכנות השונות, כשהן מוסבות לשפת מכונה, בערכים של 0 ו-1.
אגב, השמות של אותם ערכים של 0 ו-1 באים מאנגלית בה קוראים להם bits, קיצור של binary digits. השם הזה הועתק לעברית בתור "ביטים", או למילה העברית שלה - "סיבית", קיצור של סִפְרָה בִּינָרִית.
ככל שיש במחשב יותר ביטים, הוא יכול לייצג מספרים הרבה יותר גדולים. כך יהיו גם החישובים שהוא יוכל לבצע במספרים יותר גדולים והמשימות - מורכבות הרבה יותר.
כל מכשיר דיגיטלי מתבסס על הביטים הללו. תוכלו ללמוד עליהם בתגית "שיטה בינארית".
#בחנו את עצמכם
איזה מספר עשרוני (רגיל) מיוצג בערך הבינארי של 01000?
וכמה זה 10101 במספר עשרוני?
עכשיו נסו לייצג את גילכם במספר בינארי. כמה יצא? ובני כמה אתם באמת?
הנה הדגמה והסבר שמדגימים את החישובים שניתן לעשות במחשב בן 5 ביטים (עברית):
https://youtu.be/WYkkkM6vCx0
וכך הביטים או הסיביות באים לידי ביטוי בטרנזיסטור (מתורגם):
https://youtu.be/IcrBqCFLHIY
ביטים, או באנגלית bits הן יחידות זעירות במחשב, שיש מיליארדים כמותן במעבד המרכזי של כל מחשב, שעון או טלפון חכם, טאבלט וכדומה.
היחידות הללו הן טרנזיסטורים, רכיבי המחשב שהיום הם הכי בסיסיים והכי זעירים. הם יכולים להיות באחד משני המצבים - או טעונים בחשמל או ללא חשמל. איתם בעצם מדברות שפות התכנות השונות, כשהן מוסבות לשפת מכונה, בערכים של 0 ו-1.
אגב, השמות של אותם ערכים של 0 ו-1 באים מאנגלית בה קוראים להם bits, קיצור של binary digits. השם הזה הועתק לעברית בתור "ביטים", או למילה העברית שלה - "סיבית", קיצור של סִפְרָה בִּינָרִית.
ככל שיש במחשב יותר ביטים, הוא יכול לייצג מספרים הרבה יותר גדולים. כך יהיו גם החישובים שהוא יוכל לבצע במספרים יותר גדולים והמשימות - מורכבות הרבה יותר.
כל מכשיר דיגיטלי מתבסס על הביטים הללו. תוכלו ללמוד עליהם בתגית "שיטה בינארית".
#בחנו את עצמכם
איזה מספר עשרוני (רגיל) מיוצג בערך הבינארי של 01000?
וכמה זה 10101 במספר עשרוני?
עכשיו נסו לייצג את גילכם במספר בינארי. כמה יצא? ובני כמה אתם באמת?
הנה הדגמה והסבר שמדגימים את החישובים שניתן לעשות במחשב בן 5 ביטים (עברית):
https://youtu.be/WYkkkM6vCx0
וכך הביטים או הסיביות באים לידי ביטוי בטרנזיסטור (מתורגם):
https://youtu.be/IcrBqCFLHIY
איך פועל המחשב האישי?
אין ספק שהמחשב ובמיוחד המחשב אישי, המחשב הביתי, הלפטופ שהוא המחשב הנייד ואפילו הטלפון החכם שלנו, סוג של מחשב מאוד מתקדם וקטן - כל אלו שינו את העולם.
אבל איך המחשב פועל? איך הוא עושה את כל הפלאים שכל כך התרגלנו אליהם?
#אז איך המחשב עובד?
ראשית, נבין שמחשב הוא מכונה שמקבלת נתונים ומעבדת אותם על פי ההוראות שהיא קיבלה.
את הנתונים וההוראות מקבל המחשב מהתקני קלט כמו מקלדת, עכבר המחשב, סורק תמונות, מצלמת רשת, או מתוכנות ויישומים שונים המאוחסנים בו.
את עיבוד הנתונים עושה ה-CPU, יחידת העיבוד המרכזית, שהיא למעשה ליבו של המחשב. את עיקר העבודה עושה המעבד של המחשב. הוא נמצא על המיקרו-מעבד, שבב קטן שהוא למעשה המוח של המחשב. המעבד מטפל במרבית הפעולות המרכזיות שהמחשב מבצע. בין השאר הוא משמש כשליח לרכיבים המרכזיים כמו זיכרון ה-RAM, המסך (צג) והכוננים.
לאחר שהמחשב עיבד את הנתונים, הוא שולח את תוצאות העיבוד שלהם להתקני הפלט, כמו מדפסת, מסך, כרטיס קול, כרטיס וידאו, רמקולים, יציאות למכשירים חיצוניים או אפילו למחשב אחר.
הרכיבים המרכזיים במחשב מותקנים או מחוברים אל לוח האם (Motherboard). זהו המעגל החיוני והמרכזי, שהמחשב לא יכול לעבוד בלעדיו. כל מרכיב משמעותי במחשב, כמו ה-CPU והזכרונות, הוא חלק מלוח האם או מחובר לאחת היציאות שלו או מותקן על אחד מחריצי הרחבה שבו.
בכל פעם שאנו יוצרים מסמך טקסט, מורידים קובץ אודיו או וידאו חדש, אך גם כשאנו שומרים תמונה, שיר, סרטון או מתקינים תוכנה חדשה, כולם נכתבים על הכונן הקשיח (Hard Disk) שבמחשב. הכונן הקשיח הוא המקום שבו מאוחסנים כל המסמכים, המידע והתוכניות שלנו. ניתן לראות בו מעין ארון דיגיטלי, או מחסן של קבצים דיגיטליים.
חוץ מהכונן הקשיח, ששומר את המידע גם כשהמחשב כבוי, יש במחשב עוד שני סוגי זיכרון. הראשון מהם הוא ה-RAM, זיכרון גישה אקראית. הוא פעיל רק כשהמחשב פועל ובו נשמרים מערכת ההפעלה שמפעילה את המחשב, התוכנות הפעילות והנתונים שהמחשב מנהל ומעבד כרגע.
זיכרון ה-RAM מבטיח שהמעבד, המוח של המחשב, יוכל להגיע לכל הנתונים האלה במהירות עצומה. ככל שלמחשב יש יותר זיכרון RAM, תהיה לו היכולת להחזיק ולעבד יותר תוכניות וקבצים יותר גדולים. כשמכבים את המחשב, כל תוכן זיכרון ה-RAM נמחק לגמרי.
סוג הזיכרון השני הוא ROM, קיצור של Read only memory, זיכרון לקריאה בלבד. שבבי זיכרון ה-ROM חשובים מאוד וממוקמים על לוח האם. הם מכילים הוראות שאליהן יכול המעבד במחשב לגשת ישירות ובמהירות. דוגמה מצוינת להוראות כאלה הן הוראות הנוגעות לתהליך האתחול של המחשב ורכיבי חומרה שמחוברים אליו. את התפקיד הזה ממלא שבב ה-BIOS, שמעיר את המחשב כשמפעילים אותו ו"מזכיר למחשב" אילו רכיבים וחלקים מותקנים בו ואילו משימות הם ממלאים. זוהי המערכת שאחראית על הקלט והפלט של המחשב ומכונה לעתים גם "קושחה".
אחרונים בשורה הם כרטיסים, כמו כרטיס וידאו או כרטיס קול. אלה שני מכשירי פלט, המחוברים ללוח האם או מוטמעים בו מראש. בכרטיסים כאלה יש מעגלים מיוחדים שתפקידם, לאפשר למחשב להציג סרטי וידאו על המסך, להשמיע צלילים דרך הרמקולים שמחוברים אליו וכדומה.
רוצים לדעת עוד על המרכיבים של המחשב? - בתגית "חלקי המחשב" תוכלו לרדת לפרטים.
הנה סרטון שמסביר את פעולת המחשב (מתורגם):
https://youtu.be/AkFi90lZmXA?t=15s
כל חלקי המחשב (עברית):
https://youtu.be/kUv7JtkpN8g
הסבר על הדרך בה פועל המחשב (עברית):
https://youtu.be/D1podM2wdxA
ובשביל הנוסטלגיה - כתבה על עליית המחשב האישי לארץ בשנות ה-80 (עברית):
https://youtu.be/fnzUSWfAzhk
אין ספק שהמחשב ובמיוחד המחשב אישי, המחשב הביתי, הלפטופ שהוא המחשב הנייד ואפילו הטלפון החכם שלנו, סוג של מחשב מאוד מתקדם וקטן - כל אלו שינו את העולם.
אבל איך המחשב פועל? איך הוא עושה את כל הפלאים שכל כך התרגלנו אליהם?
#אז איך המחשב עובד?
ראשית, נבין שמחשב הוא מכונה שמקבלת נתונים ומעבדת אותם על פי ההוראות שהיא קיבלה.
את הנתונים וההוראות מקבל המחשב מהתקני קלט כמו מקלדת, עכבר המחשב, סורק תמונות, מצלמת רשת, או מתוכנות ויישומים שונים המאוחסנים בו.
את עיבוד הנתונים עושה ה-CPU, יחידת העיבוד המרכזית, שהיא למעשה ליבו של המחשב. את עיקר העבודה עושה המעבד של המחשב. הוא נמצא על המיקרו-מעבד, שבב קטן שהוא למעשה המוח של המחשב. המעבד מטפל במרבית הפעולות המרכזיות שהמחשב מבצע. בין השאר הוא משמש כשליח לרכיבים המרכזיים כמו זיכרון ה-RAM, המסך (צג) והכוננים.
לאחר שהמחשב עיבד את הנתונים, הוא שולח את תוצאות העיבוד שלהם להתקני הפלט, כמו מדפסת, מסך, כרטיס קול, כרטיס וידאו, רמקולים, יציאות למכשירים חיצוניים או אפילו למחשב אחר.
הרכיבים המרכזיים במחשב מותקנים או מחוברים אל לוח האם (Motherboard). זהו המעגל החיוני והמרכזי, שהמחשב לא יכול לעבוד בלעדיו. כל מרכיב משמעותי במחשב, כמו ה-CPU והזכרונות, הוא חלק מלוח האם או מחובר לאחת היציאות שלו או מותקן על אחד מחריצי הרחבה שבו.
בכל פעם שאנו יוצרים מסמך טקסט, מורידים קובץ אודיו או וידאו חדש, אך גם כשאנו שומרים תמונה, שיר, סרטון או מתקינים תוכנה חדשה, כולם נכתבים על הכונן הקשיח (Hard Disk) שבמחשב. הכונן הקשיח הוא המקום שבו מאוחסנים כל המסמכים, המידע והתוכניות שלנו. ניתן לראות בו מעין ארון דיגיטלי, או מחסן של קבצים דיגיטליים.
חוץ מהכונן הקשיח, ששומר את המידע גם כשהמחשב כבוי, יש במחשב עוד שני סוגי זיכרון. הראשון מהם הוא ה-RAM, זיכרון גישה אקראית. הוא פעיל רק כשהמחשב פועל ובו נשמרים מערכת ההפעלה שמפעילה את המחשב, התוכנות הפעילות והנתונים שהמחשב מנהל ומעבד כרגע.
זיכרון ה-RAM מבטיח שהמעבד, המוח של המחשב, יוכל להגיע לכל הנתונים האלה במהירות עצומה. ככל שלמחשב יש יותר זיכרון RAM, תהיה לו היכולת להחזיק ולעבד יותר תוכניות וקבצים יותר גדולים. כשמכבים את המחשב, כל תוכן זיכרון ה-RAM נמחק לגמרי.
סוג הזיכרון השני הוא ROM, קיצור של Read only memory, זיכרון לקריאה בלבד. שבבי זיכרון ה-ROM חשובים מאוד וממוקמים על לוח האם. הם מכילים הוראות שאליהן יכול המעבד במחשב לגשת ישירות ובמהירות. דוגמה מצוינת להוראות כאלה הן הוראות הנוגעות לתהליך האתחול של המחשב ורכיבי חומרה שמחוברים אליו. את התפקיד הזה ממלא שבב ה-BIOS, שמעיר את המחשב כשמפעילים אותו ו"מזכיר למחשב" אילו רכיבים וחלקים מותקנים בו ואילו משימות הם ממלאים. זוהי המערכת שאחראית על הקלט והפלט של המחשב ומכונה לעתים גם "קושחה".
אחרונים בשורה הם כרטיסים, כמו כרטיס וידאו או כרטיס קול. אלה שני מכשירי פלט, המחוברים ללוח האם או מוטמעים בו מראש. בכרטיסים כאלה יש מעגלים מיוחדים שתפקידם, לאפשר למחשב להציג סרטי וידאו על המסך, להשמיע צלילים דרך הרמקולים שמחוברים אליו וכדומה.
רוצים לדעת עוד על המרכיבים של המחשב? - בתגית "חלקי המחשב" תוכלו לרדת לפרטים.
הנה סרטון שמסביר את פעולת המחשב (מתורגם):
https://youtu.be/AkFi90lZmXA?t=15s
כל חלקי המחשב (עברית):
https://youtu.be/kUv7JtkpN8g
הסבר על הדרך בה פועל המחשב (עברית):
https://youtu.be/D1podM2wdxA
ובשביל הנוסטלגיה - כתבה על עליית המחשב האישי לארץ בשנות ה-80 (עברית):
https://youtu.be/fnzUSWfAzhk
מהו באג במחשבים?
באג הוא השם לתקלה במחשב או בתוכנה. הכל התחיל באחד מראשוני המחשבים בעולם - מחשב "הרווארד סימן 2". כשהתגלה במחשב סוג של עש (באנגלית BUG), מעין חרק שנתקע במחשב וגרם לתקלה הוחלט לקרוא לו "באג".
העש הוסר מהמחשב והודבק לדף ההתקלות 9 בשנת 1947. בעקבות אותו באג ראשון נהוג להתייחס לתקלות במחשב ובתוכנה כבאגים ומכאן המושג "באג". יש הטוענים שהמושג הומצא כבר במאה ה-19 אבל יש על כך ויכוחים רבים וספקות רבים.
הנה הבאגים במחשבים, דרך באג המחשבים הראשון:
http://youtu.be/NUnEoouyvGY
באג הוא השם לתקלה במחשב או בתוכנה. הכל התחיל באחד מראשוני המחשבים בעולם - מחשב "הרווארד סימן 2". כשהתגלה במחשב סוג של עש (באנגלית BUG), מעין חרק שנתקע במחשב וגרם לתקלה הוחלט לקרוא לו "באג".
העש הוסר מהמחשב והודבק לדף ההתקלות 9 בשנת 1947. בעקבות אותו באג ראשון נהוג להתייחס לתקלות במחשב ובתוכנה כבאגים ומכאן המושג "באג". יש הטוענים שהמושג הומצא כבר במאה ה-19 אבל יש על כך ויכוחים רבים וספקות רבים.
הנה הבאגים במחשבים, דרך באג המחשבים הראשון:
http://youtu.be/NUnEoouyvGY
מהי אקראיות והאם מחשב מסוגל לייצר אותה?
אקראיות היא אי-סדר. כשאין שום תבנית או סדר מוגדרים, נוצרת אקראיות. מספר אקראי למשל, הוא מספר ש"הוגרל" ללא שום יכולת לחזות אותו, באופן מקרי לחלוטין.
מחשב לעומת זאת הוא דטרמיניסטי. כל מספר שהמחשב יעלה על הדעת נקבע על ידי אירועים קודמים, או על ידי תכנות מראש. אין בו הגרלה או התנהגות בלתי צפויה. זה חלק מהיתרון שבו וסוד היציבות שלו, אבל בתחום האקראיות הוא לא משהו ואין בו שמץ של אקראיות. ומכיוון שהמחשב אינו מסוגל לייצר אקראיות של ממש, כדי לקבל ממחשב מספר אקראי, או סדרת מספרים שונה בכל הרצה של תכנית, על המחשב להשתמש במקור שתמיד יתן ערך שונה. המספרים שיופקו ממנו נראים אקראיים, על אף שאינם כאלה.
כזה הוא למשל השעון הפנימי של המחשב, שמדמה מחולל אקראיות בצורה טובה מאד. אם ניקח למשל את מספר השניות שעבר מאז תאריך מסויים יתקבל ערך שהוא בלתי תלוי ולכן הוא קרוב לאקראיות של ממש. הפעלת מחולל, אלגוריתם שעוד יותר "מבלבל" אותו, יהפוך אותו למספר דומה ביותר למספר אקראי של ממש. בצורה דומה גם תנועות העכבר יכולות לספק מספרים שמדמים מספרים אקראיים.
הנה הדרך שבה מחשבים מתמודדים עם אקראיות (עברית):
http://youtu.be/Td3MUJ3I1Io
אקראיות היא אי-סדר. כשאין שום תבנית או סדר מוגדרים, נוצרת אקראיות. מספר אקראי למשל, הוא מספר ש"הוגרל" ללא שום יכולת לחזות אותו, באופן מקרי לחלוטין.
מחשב לעומת זאת הוא דטרמיניסטי. כל מספר שהמחשב יעלה על הדעת נקבע על ידי אירועים קודמים, או על ידי תכנות מראש. אין בו הגרלה או התנהגות בלתי צפויה. זה חלק מהיתרון שבו וסוד היציבות שלו, אבל בתחום האקראיות הוא לא משהו ואין בו שמץ של אקראיות. ומכיוון שהמחשב אינו מסוגל לייצר אקראיות של ממש, כדי לקבל ממחשב מספר אקראי, או סדרת מספרים שונה בכל הרצה של תכנית, על המחשב להשתמש במקור שתמיד יתן ערך שונה. המספרים שיופקו ממנו נראים אקראיים, על אף שאינם כאלה.
כזה הוא למשל השעון הפנימי של המחשב, שמדמה מחולל אקראיות בצורה טובה מאד. אם ניקח למשל את מספר השניות שעבר מאז תאריך מסויים יתקבל ערך שהוא בלתי תלוי ולכן הוא קרוב לאקראיות של ממש. הפעלת מחולל, אלגוריתם שעוד יותר "מבלבל" אותו, יהפוך אותו למספר דומה ביותר למספר אקראי של ממש. בצורה דומה גם תנועות העכבר יכולות לספק מספרים שמדמים מספרים אקראיים.
הנה הדרך שבה מחשבים מתמודדים עם אקראיות (עברית):
http://youtu.be/Td3MUJ3I1Io
