زبان برنامه نویسی پایتون به دلیل سادگی و خوانایی بالا یکی از بهترین گزینه‌ها برای ورود به دنیای برنامه نویسی است. امروزه با توجه تحولات سریع دنیای فناوری تسلط بر پایتون در سطح مبتدی دیگر کافی نیست. برای تبدیل شدن به یک برنامه‌نویس حرفه‌ای آشنایی با مفاهیم پایتون پیشرفته و توانایی استفاده عملی از آن‌ها در پروژه‌های واقعی ضروری است. بر همین اساس در این نوشته سعی شده است تا با ارائه یک راهنمای عملی و گام‌به‌گام زمینه‌ای برای آموزش پایتون پیشرفته فراهم شود. با مطالعه این مطلب از مجله فرادرس با مفاهیمی همچون توابع پیشرفته، ساختارهای ماژولار، اصول طراحی شی‌گرا، تست‌نویسی، دکوراتورها، Context Manager و بسیاری از ابزارهای کاربردی در پایتون آشنا خواهید شد.

مروری سریع بر مفاهیم پایه

پیش از ورود به مباحث پیشرفته در پایتون بهتر است که مروری کوتاه بر مباحث پایه‌ای این زبان داشته باشید. اگرچه بسیاری از برنامه‌نویسان حرفه‌ای پایتون با این مفاهیم آشنا هستند، اما مرور این مباحث به درک بهتر مفاهیم پیچیده‌تر مانند «دکوراتورها» (Decorators)، Generator-ها و متا کلاس‌ها در پایتون کمک می‌کنند.

بر همین اساس در این بخش از مطلب مفاهیم مقدماتی پایتون به صورت فشرده مرور خواهند شد. یادآوری این نکات اولیه مسیر را برای یادگیری مفاهیم پیچیده‌تر هموار می‌کند.

تعریف متغیر و نوع داده در پایتون

تعریف متغیر در زبان پایتون بسیار ساده است و نیازی به تعیین نوع نیست. زیرا، پایتون زبانی دینامیک و تفسیرشونده است و به صورت خودکار نوع متغیر را تعیین می‌کند. به زبان ساده تنها با اختصاص یک مقدار متغیر ایجاد می‌شود. قطعه کد زیر نحوه تعریف متغیرهایی از نوع رشته، عدد صحیح، عدد اعشاری و بولی را نشان می‌دهد.

علاوه بر این، امکان استفاده از نوع‌‌های داده‌ای ساختاریافته همچون «لیست» (List)، «تاپل» (Tuple)، دیکشنری و مجموعه در پایتون وجود دارد.

پیش‌تر در مطلب زیر تعریف متغیر در پایتون به صورت کامل آموزش داده شده است.

ساختارهای شرطی و کنترلی

ساختارهای شرطی در پایتون به برنامه نویس اجازه می‌دهند تا جریان اجرای برنامه را کنترل کند. قطعه کد زیر مثالی از پیاده‌سازی ساختار شرطی در پایتون را نشان می‌دهد.

ساختارهای حلقه همچونfor وwhile برای تکرار بلوک‌های کد مورد استفاده قرار می‌گیرند که در ادامه مثالی از نحوه استفاده از آن‌ها در پایتون آورده شده است.

توابع در پایتون

توابع در پایتون بخش بسیار مهمی هستند که برای سازماندهی و استفاده مجدد از کدها کاربرد دارند. برای تعریف تابع در پایتون باید از کلمه کلیدیdef استفاده کرد. قطعه کد زیر نحوه تعریف تابع در پایتون را نشان می‌دهد.

علاوه بر این، پایتون مجموعه کاملی از توابع داخلی دارد که برنامه‌نویسان می‌توانند برای تسهیل فرایند کد نویسی از آن‌ها استفاده کنند. پیش‌تر در مطلب زیر لیست کاملی از متدهای پرکاربرد پایتون مورد بررسی قرار گرفته است که می‌توانند در فرایند کد نویسی بسیار مفید باشند.

اصول اولیه شی گرایی در پایتون

پایتون یک زبان برنامه نویسی شی‌گرا است که از اصول شی‌گرایی به طور کامل پشتیبانی می‌کند. کلاس‌ها و اشیا دو بخش مهم از برنامه نویسی شی‌گرا هستند. در ادامه نحوه تعریف کلاس و ساخت شی از آن در پایتون آورده شده است.

کلاس‌ها در پایتون می‌توانند مفاهیمی همچون «وراثت» (Inheritance)، «چندریختی» (Polymorphism)، «کپسوله‌سازی» (Encapsulation) و «انتزاع» (Abstraction) را پیاده‌سازی کنند. در صورت نیاز به بازبینی یا یادگیری عمیق‌تر مباحث مطرح شده می‌توانید فیلم آموزش مقدماتی برنامه نویسی پایتون از فرادرس را مشاهده کنید.

یادگیری برنامه نویسی پایتون پیشرفته با آموزش‌های فرادرس

در دنیای امروز برنامه‌نویسی به مهارتی کلیدی در بسیاری از حوزه‌ها تبدیل شده است. زبان برنامه نویسی پایتون به دلیل سادگی، انعطاف‌پذیری و کاربردهای گسترده‌اش به یکی از محبوب‌ترین انتخاب‌ها برای شروع یادگیری برنامه نویسی بدل شده است. یادگیری پایتون به دلیل داشتن ساختاری ساده و قابل فهم برای مبتدیان بسیار آسان‌تر از سایر زبان‌های برنامه نویسی است. علاوه بر این، پایتون یک زبان چند منظوره است، زیرا در حوزه‌های مختلفی همچون هوش مصنوعی، یادگیری ماشین، علم داده، توسعه وب و ساخت نرم‌افزار کاربرد دارد. بنابراین، از نظر فرصت‌های شغلی در دسترس نیز جایگاه بسیار خوبی در بین سایر زبان‌های برنامه نویسی دارد.

اگر قصد یادگیری پایتون را دارید برای به دست آوردن بهترین نتیجه می‌توانید از فیلم‌های آموزشی استفاده کنید. خوشبختانه در سال‌های اخیر پلتفرم فرادرس توانسته با همکاری جمعی از مدرسین با تجربه آموزش‌های متعددی را در حوزه‌های مختلف از جمله برنامه نویسی پایتون منتشر کند. این آموزش‌ها در مجموعه فیلم‌های آموزش برنامه نویسی پایتون از فرادرس قابل دسترسی هستند که لینک آن در ادامه آورده شده است.

مجموعه آموزش‌های پایتون ارائه‌شده در فرادرس، با پوشش دامنه وسیعی از موضوعات از سطح مقدماتی تا پیشرفته، به گونه‌ای طراحی شده‌اند که شما را قدم به قدم و با رویکردی عملی در مسیر یادگیری همراهی می‌کنند. اگر در ابتدای مسیر یادگیری هستید می‌توانید از فیلم آموزش مقدماتی برنامه نویسی پایتون فرادرس شروع کنید که لینک آن در ادامه آورده شده است.

در ادامه تعدادی از دوره‌های پیشنهادی موجود در این مجموعه آموزشی آورده شده است.

آموزش پایتون پیشرفته به زبان ساده

یکی از دلایل محبوبیت بالای پایتون سادگی آن است. این زبان برنامه نویسی با وجود سادگی قابلیت‌های پیشرفته‌ای را در اختیار برنامه‌نویسان قرار می‌دهد. برنامه‌نویسان با استفاده از این قابلیت‌ها می‌توانند نرم‌افزارهایی حرفه‌ای، قابل نگهداری و بهینه توسعه دهند. در این بخش از آموزش پایتون پیشرفته مجموعه کاملی از مفاهیم پیشرفته در پایتون معرفی خواهد شد که در پروژه‌های بزرگ و واقعی کاربرد دارند.

در ادامه فهرستی از مباحث آموزش پایتون پیشرفته آورده شده است که در این بخش مورد بررسی قرار خواهند گرفت.

• توابع لامبدا
• دکوراتورها
• Generator
• Iterator
• Context Manager
• برنامه نویسی ناهمگام
• متا کلاس‌ها
• Type Hinting
• تست نویسی در پایتون
• اصول طراحی شی‌گرا پیشرفته در پایتون

۱. توابع لامبدا

توابع لامبدا در پایتون، توابع کوچک و «بدون نام» (Anonymous) هستند که در یک خط تعریف می‌شوند. این توابع برای انجام عملیات‌های سریع و ساده استفاده می‌شوند و نیازی به نام‌گذاری باdef ندارند. قطعه کد زیر سینتکس پیاده‌سازی تابع لامبدا در پایتون را نشان می‌دهد.

مهم‌ترین ویژگی‌های تابع لامبدا در پایتون عبارتند از:

• بی‌نام: برخلاف سایر توابع نیازی به تعیین نام ندارند.
• تک عبارتی: تنها باید یک عبارت داشته باشند. ( استفاده از چندین دستور یا بلوک کد مجاز نیست)
• پذیرش ورودی: می‌توانند هر تعداد آرگومان ورودی داشته باشند.
• بازگشت مقدار: نیازی به قرار دادن عبارتreturn نیست و نتیجه به صورت خودکار برگردانده می‌شود.

در ادامه چند مثال ساده و کاربردی از تابع لامبدا در پایتون آورده شده است.

چند مثال ساده از تابع لامبدا در پایتون

برای درک بهتر تابع لامبدا چند مثال ساده زیر آورده شده است.

• جمع دو عدد: قطعه کد زیر نحوه جمع دو عدد با تابع لامبدا را نشان می‌دهد.

• محاسبه مربع: با استفاده از تابع لامبدا به سادگی می‌توان توان دوم یک عدد را محاسبه کرد.

• بررسی زوج بودن عدد: بدون نیاز به استفاده از ساختارهای شرطی به سادگی با تابع لامبدا در پایتون می‌توان زوج یا فرد بودن اعداد را بررسی کرد.

ترکیب تابع لامبدا با توابع دیگر

یکی دیگر از کاربردهای رایج تابع لامبدا در پایتون ترکیب آن با توابعی همچونmap() ،filter() وsorted() است. در ادامه مثال‌هایی از ترکیب تابع لامبدا با این توابع آورده شده است.

• ترکیب لامبدا با تابع map: با ترکیب تابع لامبدا با map می‌توان بر روی اعضای لیست تغییرات انجام داد.

• ترکیب لامبدا با تابع filter: با استفاده از تابع filter می‌توان اعضای لیست را فیلتر کرد.

• ترکیب لامبدا با تابع sorted: به منظور تغییر مرتب‌سازی عناصر لیست می‌توان از تابع sorted استفاده کرد.

به طور کلی، لامبدا ابزاری کاربردی برای تعریف سریع توابع در یک خط است. آن‌ها کد را مختصر می‌کنند، اما نباید برای منطق‌های پیچیده مورد استفاده قرار گیرند.

۲. دکوراتورها در پایتون

دکوراتور در پایتون روشی قدرتمند و انعطاف‌پذیر برای تغییر یا گسترش رفتار توابع و متدها بدون تغییر کد اصلی آن‌ها است. به زبان ساده، دکوراتورها توابعی هستند که یک تابع را به عنوان ورودی دریافت می‌کنند، بر روی آن پردازش انجام می‌دهند و تابع جدیدی را برمی‌گردانند.

دکوراتورها با علامت@ قبل از تعریف تابع مشخص می‌شوند.

مثال بالا یک دکوراتور ساده در پایتون را نشان می‌دهد که رفتار تابعgreet() را تغییر می‌دهد. تابع اصلی یعنیdecorator() یک تابع دیگرfunc را به عنوان ورودی دریافت می‌کند. تابع درونی یعنیwrapper() به ترتیب موارد زیر را انجام می‌دهد:

• قبل از فراخوانی تابعfunc پیام مشخصی را چاپ می‌کند.
• تابعfunc را فراخوانی می‌کند.
• بعد از اجرای تابعfunc پیام دیگری را چاپ می‌کند.

دکوراتور در نهایت تابعwrapper را برمی‌گرداند. خروجی تابع بالا به صورت زیر خواهد بود.

Before calling the function.
Hello, World!
After calling the function.

دکوراتورها در پایتون چه کاربردی دارند؟

دکوراتورها در پایتون برای رفع یک مشکل خاص ایجاد شدند. مشکل این بود که چگونه می‌توان بدون تغییر کد اصلی به توابع قابلیت‌های جدید اضافه کرد. این مورد دقیقاً منطبق بر اصل «باز – بسته» از اصول SOLID در برنامه نویسی است. بر اساس این اصل موجودیت‌ها باید برای توسعه باز و برای تغییر بسته باشند. در آموزش پایتون پیشرفته دکوراتورها کاربردهای متعددی دارند که در ادامه آورده شده است.

• مانیتورینگ و ثبت لاگ
• اعتبارسنجی و کنترل دسترسی
• تزریق وابستگی
• تغییر رفتار توابع و کلاس‌ها
• کش کردن اطلاعات
• زمان‌سنجی

علاوه بر این، استفاده از دکوراتورها در برنامه نویسی موجب کاهش تکرار کد، افزایش خوانایی و بهبود انعطاف‌پذیری می‌شود. برای یادگیری بیشتر در خصوص دکوراتورها در پایتون می‌توانید مطلب زیر را مطالعه کنید.

۳. Generator در پایتون

Generatorها یکی از مفاهیم مهم در پایتون پیشرفته هستند که در زمینه «بیگ دیتا» (Big Data)، پردازش جریانی و بهینه‌سازی منابع کاربرد دارند. برای درک بهتر Generatorها در قالب یک مثال ساده این مفهوم توضیح داده خواهد شد.

فرض کنید که یک لیست بزرگ شامل ۱۰۰۰۰۰ عنصر دارید. اگر تمام عناصر یکباره در حافظه ذخیره شوند، آنگاه مقدار زیادی از حافظه رم اشغال خواهد شد. Generatorها مانند یک لیست معمولی هستند، ولی مقادیر را به صورت یکی یکی ذخیره می‌کنند. در نتیجه، حافظه رم بسیاری کمتری مصرف می‌کنند. مهم‌ترین تفاوت Generator با لیست در این است که Generator مقادیر را در لحظه تولید می‌کند، ولی لیست تمام مقادیر را به صورت یکجا تولید می‌کند.

چگونه یک Generator بسازیم؟

ساده‌ترین شیوه برای ساخت Generator در پایتون استفاده از کلمه کلیدی yield به جایreturn است. برای این منظور کافی است تا یک تابع معمولی تعریف کنید و در آن ازyield استفاده کنید. قطعه کد زیر یک Generator ساده در پایتون را نشان می‌دهد.

خروجی قطعه کد بالا به صورت زیر خواهد بود.

1
2
3

تفاوت تابع معمولی و Generator در چیست؟

در واقع، تفاوتyield باreturn در این است کهreturn همه چیز را برمی‌گرداند و تابع تمام می‌شود. در نقطه مقابل،yield تنها یک مقدار را برمی‌گرداند و مجدد تابع را ادامه می‌دهد. به زبان ساده، خروجی تابع تفاوتی ندارد و تنها نحوه پردازش مقادیر تغییر می‌کند. در جدول زیر تابع معمولی با Generator در پایتون مقایسه شده است.

چرا باید از Generator استفاده کنیم؟

Generator یکی از مفاهیم پایتون پیشرفته است که کاربردهای بسیاری در زمینه‌های مختلف دارد. از جمله مهم‌ترین کاربردهای Generator به موارد زیر می‌توان اشاره کرد.

• مصرف بسیار پایین حافظه
• کار با مجموعه‌های بزرگ داده
• ساخت داده‌های بی‌نهایت
• پردازش مرحله‌ای داده‌ها
• صرفه‌جویی در زمان اجرا

بنابراین، آشنایی با این توابع می‌تواند گامی بلند در مسیر افزایش مهارت‌های برنامه نویسی باشد.

۴. Iterator در پایتون

«تکرارکننده» (Iterator) در پایتون شی است که پیمایش تمام عناصر موجود در یک مجموعه داده (لیست، تاپل و دیکشنری) را به صورت یکی یکی امکان‌پذیر می‌کند. به زبان ساده، Iterator یک شی در پایتون است که به صورت پشت سر هم مقادیر بعدی را تولید می‌کند. این شی از پروتکل تکرارکننده پیروی می‌کند که شامل دو متد کلیدی زیر است:

• متدiter() : این متد خود شی تکرارکننده را برمی‌گرداند.
• متد__next() : مقدار بعدی موجود در دنباله را برمی‌گرداند. در صورت اتمام دنباله خطایStopIteration می‌دهد.

قطعه کد زیر مثالی ساده از Iterator در پایتون را نشان می‌دهد.

در مثال بالا متدiter لیست اعدادnums  را تبدیل به یک شی Iterator می‌کند و آن را در متغیرit ذخیره می‌کند. سپس، با استفاده از متدnext(it) به عنصر بعدی موجود در لیست دسترسی پیدا می‌کند. خروجی حاصل از اجرای قطعه کد بالا به صورت زیر خواهد بود.

10
20
30
StopIteration

همان طور که در خروجی نیز نشان داده شده است، متدnext() با رسیدن به انتهای لیست خطایStopIteration را نمایش می‌دهد.

تکرارگرها چه مواردی را شامل می‌شوند؟

ساختارهایی همچون لیست، تاپل، رشته، دیکشنری، مجموعه‌ها و فایل‌ها همگی «قابل پیمایش» (Iterable) هستند. این موارد با اعمال متدiter() تبدیل به Iterator خواهند شد.

کاربردهای Iterator چیست؟

Iteratorها در پایتون کاربردهای متعددی دارند که در ادامه تعدادی از کاربردهای آن‌ها آورده شده است.

• پیمایش ساختارهای داده: کاربرد اصلی تکرارگر پیمایش ساختار داده‌هایی همچون لیست، دیکشنری، تاپل، فایل و سایر موارد مشابه است.
• کار با داده‌های بزرگ: استفاده از تکرارگر موجب صرفه‌جویی در حافظه می‌شود. زیرا، Iterator داده‌ها را به صورت یکی یکی پردازش می‌کند.
• ایجاد Piplineهای پردازش داده: از تکرارگرها می‌توان برای پردازش زنجیره‌ای داده‌ها استفاده کرد.
• ارزیابی تنبل: Iterator-ها تنها در صورت نیاز داده تولید می‌کنند و این مورد هنگام با مجموعه‌های بزرگ بسیار کاربردی است.

۵. مدیریت خودکار منابع با Context Manager و دستور with در پایتون

یکی از چالش‌های رایج در برنامه نویسی حرفه‌ای مدیریت صحیح منابع مانند فایل‌ها، اتصالات شبکه و پایگاه داده است. اگر این منابع به درستی و در زمان مناسب آزاد نشوند، آنگاه مشکلاتی همچون نشت حافظه، خرابی داده و رفتارهای غیرمنتظره در برنامه رخ خواهد داد.

پایتون برای رفع این مشکل مکانیزمی قدرتمند و در عین حال ساده به نام Context Manager را ارائه کرده است که با استفاده از آن می‌توان منابع را به شکل خودکار و ایمن مدیریت کرد. Context Manager یکی از مفاهیم پایتون پیشرفته است که یادگیری آن برای برنامه‌نویسان حرفه‌ای ضروری است.

Context Manager در پایتون پیشرفته چیست؟

مفهوم Context Manager در پایتون را با یک مثال از دنیای واقعی بهتر می‌توان درک کرد. تصور کنید که کتابی را از کتابخانه امانت گرفته‌اید. اگر این کتاب را به موقع تحویل ندهید، آنگاه اتفاقات زیر رخ می‌دهد:

• جریمه خواهید شد.
• دیگران نمی‌توانند از کتاب استفاده کنند.
• منابع کتابخانه نیز به هدر می‌رود.

در برنامه نویسی نیز منابعی همچون فایل‌ها، اتصالات دیتابیس و شبکه همین وضعیت را دارند. به عنوان مثال، قطعه کد زیر وضعیت مشابهی با آنچه بیان شد را دارد.

قطعه کد بالا برای خواندن فایل متنی در پایتون است. در مثال بالا اگر خطایی در حین خواندن فایل رخ دهد، آنگاه خطf.close() اجرا نخواهد شد و فایل باز می‌ماند. این مورد می‌تواند سبب بروز مشکلات جدی در برنامه شود. راه حل این مشکل در ادامه آورده شده است.

در این ساختار، پایتون به صورت خودکار فایل را پس از اتمام کار می‌بندد، حتی اگر خطایی رخ دهد. این همان چیزی است که تحت عنوان مدیریت خودکار منابع با Context Manager شناخته می‌شود.

Context Manager چگونه کار می‌کند؟

Context Manager برای کار از متدهای ساده زیر استفاده می‌کند:

• متدenter() : این متد در شروع کار اجرا می‌شود و منابع را آماده می‌کند. (به عنوان مثال باز کردن فایل)
• متدexit() : این متد در پایان کار اجرا می‌شود و منابع را آزاد می‌کند. (به عنوان مثال بستن فایل)

متدهای بالا ورود و خروج از بلوک کد را کنترل می‌کنند. ساختار کلی Context Manager به صورت زیر است.

برای درک بهتر Context Manager مثال زیر آورده شده است.

خروجی قطعه کد بالا به صورت زیر خواهد بود.

ورود به بخش  
در حال استفاده: اطلاعات آماده  
خروج از بخش

در مثال بالا ورود و خروج از بلوکwith به صورت خودکار مدیریت می‌شود.

مزایای استفاده از Context Manager چیست؟

Context Manager ابزاری مفید برای مدیریت صحیح و خودکار منابع در پایتون است. از جمله مهم‌ترین مزایای آن به موارد زیر می‌توان اشاره کرد.

• جلوگیری از نشت منابع مانند فایل یا حافظه
• افزایش خوانایی و شفافیت کد
• کاهش خطاهای انسانی
• کد نویسی تمیزتر و قابل اعتمادتر
• استفاده گسترده در کتابخانه‌های استاندارد پایتون

۶. برنامه نویسی ناهمگام در پایتون با Async / Await

در رویکرد سنتی برنامه نویسی، برنامه دستورات را یکی‌یکی و پشت سر هم اجرا می‌کند. در واقع، تا یک دستور به صورت کامل اجرا نشود، آنگاه دستور بعدی اجرا نخواهد شد. این رویکرد در زمان انجام عملیات‌های زمان‌بر مانند خواندن اطلاعات از اینترنت، کار با فایل‌ها یا انتظار برای دریافت پاسخ از سرور گزینه مطلوبی نیست و کارایی برنامه را پایین می‌آورد.

منتظر ماندن برای انجام این کارهای زمان‌بر باعث فریز شدن برنامه و توقف ناگهانی آن می‌شود. استفاده از رویکرد «برنامه نویسی ناهمگام» «Asynchronous Programming» این مشکل را حل کرده است. رویکرد برنامه نویسی ناهمگام یکی از مباحث مهم در آموزش پایتون پیشرفته است. پایتون با معرفی کلمات کلیدیasync وawait به برنامه‌نویسان اجازه می‌دهد تا این رویکرد را پیاده‌سازی کنند. برنامه نویسی ناهمگام یکی از مفاهیم پایتون پیشرفته است که در ادامه بیشتر با آن آشنا خواهید شد.

برنامه نویسی ناهمگام چیست؟

به زبان ساده، در برنامه نویسی ناهمگام برنامه می‌تواند در حین انتظار برای اتمام یک کار زمان‌بر، کارهای دیگر را نیز انجام دهد. به عنوان مثال، اگر دریافت اطلاعات از سرور ۵ ثانیه زمان ببرد. آنگاه، برنامه ۵ ثانیه معطل می‌ماند، ولی در برنامه نویسی ناهمگام به جای انتظار برنامه می‌تواند کارهای دیگری انجام دهد و به محض آماده شده پاسخ از آن استفاده کند.

برای پیاده‌سازی برنامه نویسی ناهمگام در پایتون باید از کلمات کلیدی زیر استفاده کرد:

• async: برای تعریف یک تابع ناهمگام مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• await: منتظر می‌ماند تا عمل ناهمگام کامل شود.

خروجی حاصل از اجرای قطعه کد بالا به صورت زیر خواهد بود.

شروع...
تاخیر ۲ ثانیه
پایان!

در مثال بالا، در مدت زمان تاخیر ۲ ثانیه برنامه همچنان می‌تواند کارهای دیگر را انجام دهد.

تفاوت sleep و await sleep چیست؟

sleep وawait sleep هر دو برای ایجاد وقفه در برنامه مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال در صورت استفاده ازsleep برنامه مسدود می‌شود و تا پایان زمان وقفه کار دیگری نمی‌تواند انجام دهد. مثال زیر نحوه استفاده ازsleep در پایتون را نشان می‌دهد.

در مثال بالا برنامه به مدت ۲ ثانیه مسدود می‌شود. در نقطه مقابل، در صورت استفاده ازawait asyncio.sleep(2) برنامه مسدود نمی‌شود و در آن فاصله می‌تواند کارهای دیگری را انجام دهد. برای آشنایی بیشتر با تابع sleep در پایتون می‌توانید مطلب زیر از مجله فرادرس در این خصوص را مطالعه کنید.

کاربردهای برنامه نویسی ناهمگام در پایتون چیست؟

برنامه نویسی ناهمگام در پایتون معمولاً زمانی استفاده می‌شود که برنامه باید چندین کار زمان‌بر را به صورت مستقل و همزمان انجام دهد. از جمله مهم‌ترین کاربردهای آن به موارد زیر می‌توان اشاره کرد.

امروزه با توجه به آنلاین و real-time شدن بیشتر برنامه‌ها یادگیری برنامه نویسی ناهمگام یکی از مهارت‌های ضروری برای هر برنامه نویسی است.

درک برنامه نویسی ناهمگام با مثالی از دنیای واقعی

برنامه نویسی ناهمگام یکی از مباحث پایتون پیشرفته است که تسلط به آن برای هر برنامه‌نویس حرفه‌ای ضروری است. برای درک بهتر این مفهوم به مثال زیر توجه کنید. آشپزخانه‌ای را با یک آشپز اصلی تصور کنید. این آشپز باید چند کار ساده زیر را انجام دهد:

• آب را به نقطه جوش برساند.
• سبزی‌ها را خرد کند.
• گوشت را بپزد.

آشپز برای انجام کارهای بالا به دو شیوه می‌تواند عمل کند:

• روش سنتی یا خطی: در این روش ابتدا منتظر می‌ماند تا آب به نقطه جوش برسد (۱۰ دقیقه)، بعد سبزی‎‌ها را خرد می‌کند (۵ دقیقه)، در انتها نیز گوشت را می‌پزد (۱۵ دقیقه).

در روش بالا آشپزخانه به مدت ۳۰ دقیقه مشغول انجام یک کار خطی است.

• روش هوشمند یا ناهمگام: در این روش آشپز آب را روی گاز می‌گذارد تا به نقطه جوش برسد. بدون انتظار برای به جوش آمدن آب شروع به خرد کردن سبزی‌ها می‌کند. بعد از به جوش آمدن آب گوشت‌ها را می‌پزد.

در این روش تمام کارها در مدت ۱۵ دقیقه انجام می‌شوند. مثال‌های بالا به خوبی تفاوت برنامه نویسی خطی و ناهمگام را نشان می‌دهند.

۷. متا کلاس‌ها در پایتون پیشرفته

«فرا کلاس | متا کلاس» (Metaclass) یکی دیگر از مفاهیم پایتون پیشرفته است. متا کلاس‌ در پایتون کلاسی است که نحوه ایجاد و رفتار کلاس‌های دیگر را تعریف می‌کند. کلاس معمولی ویژگی‌ها و متدهای اشیا خود را تعریف می‌کند و در نقطه مقابل، متا کلاس ویژگی‌ها و متدهای کلاس را تعریف می‌کند. به زبان ساده، از متا کلاس برای ایجاد کلاس‌ها استفاده می‌شود.

پایتون یک زبان برنامه نویسی شی‌گرا است. بنابراین، با توجه به مفاهیم شی‌گرایی هر چیزی در پایتون یک شی است و این مورد در خصوص کلاس‌ها نیز صدق ‌می‌کند. در نتیجه، هنگام تعریف یک کلاس، پایتون در پشت صحنه برای کلاس یک شی می‌سازد. تصویر زیر سلسه مراتب سه لایه در پایتون را نشان می‌دهد.

با توجه به تصویر بالا موارد زیر را می‌توان در نظر گرفت.

• شی: نمونه ساخته شده از کلاس است.
• کلاس: الگو ساخت اشیا را مشخص می‌کند.
• متا کلاس: الگو ساخت کلاس‌‌ها را تعیین می‌کند.

مثالی برای درک بهتر متا کلاس‌ در پایتون

برای درک بهتر مفهوم متا کلاس و ارتباط آن با شی و کلاس در پایتون به مثال زیر توجه کنید.

چرا باید از متا کلاس استفاده کنیم؟

متا کلاس‌ها یکی از مباحث مهم در آموزش پایتون پیشرفته هستند که به عنوان ابزاری قدرتمند برای کنترل ساختار کلاس‌ها در زمان تعریف مورد استفاده قرار می‌گیرند. اگر چه متا کلاس‌ها در برنامه نویسی روزمره کاربرد چندانی ندارند، ولی در طراحی سیستم‌های پیشرفته یا فریم‌ورک‌های انعطاف‌پذیر نقش بسیار مهمی دارند. در ادامه دلایلی برای استفاده از متا کلاس‌ها در پایتون آورده شده است.

• اعمال تغییرات در تعریف کلاس پیش از ساخته شدن آن
• اعتبارسنجی یا اعمال محدودیت بر روی کلاس
• برای ساخت فریم‌ورک‌ها

۸. Type Hinting در پایتون

پایتون یک زبان برنامه نویسی داینامیک تایپ است؛ یعنی در زمان تعریف متغیر نیازی به تعیین نوع داده نیست و پایتون به صورت خودکار با توجه به مقادیر متغیرها نوع آن‌ها را مشخص می‌کند. این ویژگی یادگیری و نوشتن کد را بسیار آسان می‌کند، اما در پروژه‌های بزرگ ممکن است باعث بروز خطا، سردرگمی یا کاهش خوانایی شود.

از نسخه ۳.۵ پایتون به بعد، قابلیتی تحت عنوان «اشاره‌گر نوع» (Type Hinting) معرفی شد که برنامه‌نویسان بتوانند به صورت اختیاری نوع متغیرها، ورودی‌ها و خروجی‌های توابع را مشخص کنند. در ادامه آموزش پایتون پیشرفته Type Hinting در پایتون مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

Type Hinting چیست؟

Type Hinting به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تا نوع داده مورد انتظار برای متغیرها، پارامترها و مقدار بازگشتی توابع را مشخص کنند. قطعه کد زیر نحوه استفاده از این قابلیت را نشان می‌دهد.

در مثال بالا، عبارت‌هایa: int وb: int یعنی پارامترهای ورودی تابع باید از نوع عدد صحیح باشند. همچنین، عبارت-> int یعنی خروجی تابع یک عدد صحیح خواهد بود.

چرا باید از Type Hinting استفاده کنیم؟

Type Hinting یک قابلیت اختیاری است که آشنایی با آن برای کد نویسی حرفه‌ای با پایتون بسیار مفید است. با استفاده از Type Hinting می‌توان کدهایی واضح‌تر، مستندتر و با قابلیت نگهداری‌ بالا نوشت. در ادامه دلایل اهمیت Type Hinting آورده شده است.

• افزایش خوانایی کد: در پروژه‌های تیمی استفاده از Type Hinting همانند مستندات داخلی کد عمل می‌کند.
• کشف خطاها قبل از اجرا: در صورت استفاده از ابزارهای جانبی مانندmypy یا ویرایشگرهای کدی همچون VSCode می‌توان ناسازگاری‌های نوع را تشخیص داد.
• بهبود تجربه برنامه نویسی: ابزارهای تکمیل خودکار کد به دلیل دانستن نوع داده عملکرد بهتری خواهند داشت.

معرفی ابزار mypy برای بررسی Type Hint

برنامه‌نویسان حرفه‌ای پایتون برای بررسی نوع‌ داده‌های استفاده شده در برنامه از ابزارmypy استفاده می‌کنند. قطعه کد زیر نحوه نصب و استفاده از این ابزار را نشان می‌دهد.

این ابزار ناسازگاری‌های نوع موجود در برنامه را تشخیص می‌دهد. برای آشنایی بیشتر با روش‌های بهبود خوانایی کد در پایتون می‌توانید مطلب زیر را مطالعه کنید.

۹. تست نویسی با pytest و unitest در پایتون پیشرفته

یکی از مهم‌ترین مهارت‌هایی که هر برنامه‌نویس حرفه‌ای باید در مسیر آموزش پایتون پیشرفته بیاموزد، توانایی نوشتن تست برای کدها است. در واقع، بدون تست نویسی نمی‌توان یک پروژه‌ی پایدار، قابل نگهداری و قابل اعتماد را توسعه داد.

در این بخش از آموزش پایتون پیشرفته، با دو ابزار قدرتمند برای تست نویسی در پایتون آشنا خواهید شد.

• unittest: ابزار رسمی و داخلی پایتون
• pytest: فریم‌ورکی ساده و محبوب برای تست نویسی حرفه‌ای

چرا باید تست بنویسیم؟

فرض کنید تابع ساده زیر را پیاده‌سازی کرده‌اید.

این تابع عدد ورودی دریافتی را دو برابر می‌کند. تابع با دریافت مقادیر ورودی ۲ و ۴ نتایج صحیحی را برمی‌گرداند. سوالی که در اینجا پیش خواهد آمد این است که آیا با دریافت سایر اعداد نیز تابع عملکرد صحیحی دارد. به عنوان مثال، با دریافت اعداد منفی یا صفر نیز به خوبی کار خواهد کرد. اگر فردی یک رشته را به عنوان ورودی به تابع ارسال کند، آنگاه چه اتفاقی خواهد افتاد. به خاطر موارد ذکر شده تست نویسی به دنیای برنامه نویسی وارد شده است. به زبان ساده تست نویسی صحت عملکرد کدهای نوشته شده را تعیین می‌کند.

تست نویسی با unittest در پایتون

unittest یکی از ابزارهای داخلی در پایتون است که به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تا برای توابع و کلاس‌های پیاده‌سازی شده تست‌های خودکار بنویسند. برای تست نویسی با unittest باید مراحل زیر به ترتیب انجام شوند.

• ابتدا باید توابع و کدهایی مورد نظر پیاده‌سازی شوند.
• کلاس جدید باید ساخته شود که از کلاسunittest.TestCase ارث‌بری کند.
• متدهای پیاده‌سازی شده در کلاس باید با کلمه کلیدیtest_ شروع شوند.
• از متدهایی همچونassertRaises ،assertTrue وassertEqual برای بررسی نتایج می‌توان استفاده کرد.
• با اجرای برنامه نتایج تست‌ها مشخص خواهند شد.

قطعه کد زیر مثال ساده‌ای از تست نویسی با ابزار unittest در پایتون را نشان می‌دهد.

در مثال بالا متدtest_add تست مورد نظر را پیاده‌سازی کرده است. همچنین، تابعunittest.main() تمام تست‌ها را اجرا می‌کند.

تست نویسی با pytest در پایتون

در مسیر یادگیری پایتون پیشرفته توانایی تست نویسی با ابزارهای مدرن مانند pytest یک مهارت ضروری محسوب می‌شود. pytest به دلیل سادگی، خوانایی بالا و امکانات گسترده یکی از محبوب‌ترین فریم‌ورک‌های تست نویسی در پایتون است. برای آشنایی بیشتر با تست نویسی خودکار در پایتون با ابزار Pytest می‌توانید فیلم آموزش رایگان تست نویسی خودکار با Pytest در پایتون از فرادرس را مشاهده کنید که لینک آن در ادامه آورده شده است.

ابزار رسمی unittest ساختاری کلاس محور دارد، ولی pytest به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تا به سادگی و فقط با نوشتن توابع تست‌های خود را ایجاد کنند. برای استفاده از pytest باید آن را از طریق دستور زیر نصب کنید.

فرض کنید تابع ساده زیر موجود است که دو عدد را با یکدیگر جمع می‌کند.

به منظور نوشتن تست برای این تابع با pytest به صورت زیر عمل خواهیم کرد.

برای اجرای تست‌های نوشته شده نیز کافی است تا دستور زیر در ترمینال وارد شود.

pytest

در مجموع یادگیری تست نویسی با pytest یک مهارت کلیدی است که به توسعه‌دهندگان امکان می‌دهد تا:

• کدهای خود را بهتر و مطمئن‌تر توسعه دهند.
• مشکلات را زودتر پیدا کنند.
• پروژه‌ها را حرفه‌ای‌تر مدیریت کنند.

چرا در یادگیری پایتون پیشرفته به تست نویسی نیاز داریم؟

در پروژه‌های واقعی به طور خاص پروژه‌های تیمی یا پیچیده، برنامه‌نویس باید اطمینان حاصل کند که تغییرات اعمال شده در کد باعث بروز خطا‎‌های ناخواسته نشوند. یکی از روش‌های جلوگیری از بروز خطا‌های ناخواسته تست نویسی است. دلایل اهمیت تست نویسی عبارتنداز:

• جلوگیری از بروز خطاهای پیش‌بینی نشده
• مستندسازی عملکرد کد
• تسهیل در دیباگ و نگهداری پروژه
• افزایش اعتماد به نسخه‌های جدید برنامه

بدون شک، تسلط بر تست‌نویسی یکی از ارکان اصلی تسلط بر پایتون پیشرفته است.

۱۰. اصول طراحی شی‌گرا پیشرفته در پایتون

یادگیری برنامه‌نویسی شی‌گرا یکی از بخش‌های اصلی آموزش زبان پایتون محسوب می‌شود که تمام برنامه‌نویسان مبتدی و حرفه‌ای پایتون باید آن را فرا بگیرند. بیشتر برنامه‌نویسان با مفاهیمی همچون کلاس، شی، متد و وراثت در برنامه نویسی شی‌گرا آشنا هستند.

اگر قصد کد نویسی حرفه‌ای با پایتون را دارید، باید مفاهیم پایتون پیشرفته در طراحی شی‌گرا را نیز یاد بگیرید. این مفاهیم به شما کمک می‌کنند تا نرم‌افزارهایی با کیفیت بالاتر و ساختار بهتر بسازید. بر همین اساس در این بخش از آموزش پایتون پیشرفته ۶ اصل مهم در طراحی شی‌گرا پیشرفته مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

• اصل ترکیب
• اصل باز – بسته
• اصل تک مسئولیتی
• استفاده از کلاس‌های انتزاعی
• پلی مورفیسم
• کپسوله‌سازی

این اصول پایه‌هایی محکم برای نوشتن کدهای قابل نگهداری، تست‌پذیر و توسعه‌پذیر در پروژه‌های واقعی هستند.

اصل ترکیب در پایتون

برنامه‌نویسان مبتدی برای استفاده مجدد از کد از اصل وراثت در برنامه نویسی شی‌گرا استفاده می‌کنند، اما برنامه‌نویسان حرفه‌ای اصل ترکیب را بر وراثت ترجیح می‌دهند. این اصل گزینه بهتری برای ساختاردهی به برنامه‌ها است. در ترکیب، کلاس‌ها به جای ارث‌بری از نمونه کلاس‌های دیگر استفاده می‌کنند. استفاده از این روش موجب انعطاف‌پذیری بیشتر و کاهش وابستگی کد می‌شود. قطعه کد زیر نحوه استفاده از ترکیب به جای وراثت در پایتون را نشان می‌دهد.

اصل باز – بسته

این اصل یکی از اصول ۵ گانه SOLID در برنامه نویسی است. بر اساس این اصل کلاس‌ها باید برای توسعه باز و برای تغییر بسته باشند. به زبان ساده باید بتوان رفتار کلاس را بدون تغییر کد اصلی آن گسترش داد. در قطعه کد زیر از اصل باز – بسته استفاده شده است.

اصل تک مسئولیتی

این اصل نیز یکی دیگر از اصول SOLID در برنامه نویسی است. اصل تک مسئولیتی بیان می‌کند که هر کلاس فقط و فقط باید یک وظیفه داشته باشد. این اصل ساده بسیار مهم است، زیرا باعث کاهش پیچیدگی و افزایش خوانایی کد می‌شود. در پایتون پیشرفته رعایت این اصل برای طراحی صحیح نرم‌افزار ضروری است. برای آشنایی بیشتر با اصول SOLID در برنامه نویسی می‌توانید مطلب زیر را مطالعه کنید.

استفاده از کلاس‌های انتزاعی

«کلاس‌های انتزاعی» (Abstract Classes) یکی از مفاهیم مهم طراحی شی‌گرا در مسیر یادگیری پایتون پیشرفته هستند. این کلاس‌ها برای ایجاد یک ساختار مشترک بین چند کلاس استفاده می‌شوند و به توسعه‌دهندگان در طراحی منظم‌تر، قابل‌درک‌تر و قابل‌توسعه‌تر برنامه کمک می‌کنند.

کلاس انتزاعی کلاسی است که برای پیاده‌سازی کامل استفاده نمی‌شود. این کلاس‌ به عنوان یک کلاس پایه طراحی می‌شود که سایر کلاس‌ها از آن ارث‌بری می‌کنند. کلاس‌های انتزاعی معمولاً شامل متدهایی هستند که در آن‌ها فقط تعریف وجود دارد، ولی پیاده‌سازی واقعی توسط کلاس‌های فرزند صورت می‌گیرد. در زبان برنامه نویسی پایتون با استفاده از ماژولabc می‌توان کلاس‌هایی تعریف کرد که شامل متدهای انتزاعی باشند. قطعه کد زیر نمونه‌ای از پیاده‌سازی کلاس انتزاعی را نشان می‌دهد.

پلی مورفیسم

چندریختی یا «پلی مورفیسم» (Polymorphism) یکی از مفاهیمی است که در طراحی شی‌گرا باید به خوبی آموخته شود. به زبان ساده، پلی مورفیسم به این معنا است که یک تابع یا متد با اشیا مختلف می‌تواند رفتار متفاوتی داشته باشد. در واقع، تابع یا متد نوشته شده به قدری انعطاف‌پذیر طراحی شده است که با دریافت ورودی‌های مختلف (مشابه از نظر ساختار کلی) رفتار متفاوتی از خود نشان می‌دهد. قطعه کد زیر نمونه ساده‌ای از پیاده‌سازی پلی مورفیسم در پایتون را نشان می‌دهد.

کپسوله‌سازی

«کپسوله‌سازی» (Encapsulation) یکی دیگر از اصول مهم شی‌گرایی است که در مسیر آموزش پایتون پیشرفته باید نگاه عمیق‌تری نسبت به آن داشت. به زبان ساده، در کپسوله‌سازی اطلاعات حیاتی یا پیاده‌سازی داخلی یک کلاس باید پنهان شود و تنها از طریق متدها یا رابط‌های مشخص امکان دسترسی به آن‌ها وجود خواهد داشت. از جمله مزایای پیاده‌سازی کپسوله‌سازی به موارد زیر می‌توان اشاره کرد.

• جلوگیری از تغییر ناخواسته اطلاعات کلاس
• ایجاد امنیت و انسجام بیشتر در برنامه
• ساده‌تر کردن نگهداری و گسترش کد
• امکان کنترل و مدیریت داده‌ها از طریق متدها

قطعه کد زیر مثال ساده‌ای از پیاده‌سازی کپسوله‌سازی در پایتون را نشان می‌دهد.

بهترین روش برای یادگیری پایتون چیست؟

بسیاری از علاقه‌مندان به برنامه‌نویسی به‌ویژه افراد تازه‌کار این سوال را دارند که بهترین روش یادگیری پایتون چیست. پاسخ این است که یادگیری پایتون زمانی بیشترین اثربخشی را دارد که همراه با تمرین عملی و انجام پروژه‌های واقعی باشد. در روش آموزش پروژه‌محور به جای حفظ کردن دستورات و قواعد، با نحوه استفاده واقعی از آن‌ها در مسائل کاربردی آشنا خواهید شد. این نوع از یادگیری ضمن افزایش مهارت‌های برنامه نویسی شما را با چالش‌های واقعی نیز روبرو می‌کند.

مجموعه آموزش‌های پروژه‌ محور پایتون در فرادرس با همین رویکرد طراحی شده‌اند تا شما را از مسیرهای تئوری عبور داده و به عمل برسانند. این روش به‌ویژه برای افرادی مفید است که به دنبال آموزش پایتون پیشرفته هستند. بسیاری از مفاهیم پیچیده در محیط‌های واقعی بهتر قابل درک هستند. بنابراین، برای یادگیری عمیق‌تر پایتون باید از آموزش‌های پروژه محور استفاده کرد.

در مجموعه آموزش‌های پروژه محور پایتون فرادرس حوزه‌های مختلف کاربرد پایتون در نظر گرفته شده است. بر همین اساس می‌توانید از پروژه‌های ساده همچون طراحی ماشین حساب در پایتون شروع کنید و سپس به سراغ پروژه‌های پیشرفته‌تری همچون تشخیص چهره یا یادگیری ماشین با پایتون بروید. در ادامه تعدادی از دوره‌های موجود در این مجموعه آورده شده است.

ابزارهای کمکی برای برنامه نویسان حرفه‌ای پایتون

یادگیری پایتون پیشرفته تنها به مفاهیم موجود در این زبان برنامه نویسی محدود نمی‌شود. یک برنامه‌نویس حرفه‌ای علاوه بر تسلط بر مفاهیم پیشرفته کد نویسی باید با ابزارهایی آشنا باشد که به نوشتن کد تمیز، قابل نگهداری و بهینه کمک کنند.

بر همین اساس در این بخش از آموزش پایتون پیشرفته مهم‌ترین ابزارهای کمکی برای برنامه‌نویسان حرفه‌ای پایتون معرفی خواهد شد. برنامه‌نویسان حرفه‌ای پایتون برای تسهیل کد نویسی از ابزارهای مختلفی استفاده می‌کنند که در ادامه تعدادی از آن‌ها آورده شده است.

• ابزارهای lint
• ابزارهای Format
• ابزارهای Profiling و Debugging
• محیط توسعه

در ادامه به بررسی هر کدام از ابزارهای ارائه شده در بالا خواهیم پرداخت.

ابزارهای Lint

ابزارهای Lint در برنامه نویسی به ابزارهایی گفته می‌شود که کد منبع را بررسی می‌کنند تا خطاهای احتمالی، مشکلات کد و مسائل مربوط به خوانایی را شناسایی کنند. علاوه بر شناسایی موارد ذکر شده این ابزارها پیشنهادهایی به برنامه‌نویس برای بهبود سبک، رعایت استانداردها و جلوگیری از اشتباهات رایج می‌دهند. از جمله محبوب‌ترین ابزارهای Lint در پایتون به موارد زیر می‌توان اشاره کرد.

• Flake8: یک ابزار سبک و سریع برای بررسی کد در پایتون است. این ابزار با استفاده از چند ماژول مختلف کد را از نظر نگارشی، منطقی و ساختاری بررسی می‌کند.
• Pylint: این ابزار یکی از حرفه‌ای‌ترین و جامع‌ترین ابزارهای Lint در پایتون است. Pylint بسیار فراتر از بررسی نگارشی کد عمل می‌کند و به کد نوشته شده نمره می‌دهد. علاوه بر این، Pylint پیشنهاداتی برای بازنویسی، بهینه‌سازی، ساختاردهی و طراحی بهتر کلاس‌ها نیز ارائه می‌دهد.

استفاده از ابزارهای lint در پروژه‌های پایتون پیشرفته باعث می‌شوند تا کیفیت کد نوشته شده افزایش یابد و مهارت‌های کد نویسی برنامه‌نویس نیز ارتقا پیدا کند.

ابزارهای Format

در کد نویسی حرفه‌ای فقط درست کار کردن کدها کافی نیست و کدهای نوشته شده باید خوانا، یک دست و تمیز باشند. ابزارهای Format در واقع برنامه‌هایی هستند که بدون تغییر منطق اصلی برنامه به‌صورت خودکار کدها را منظم، مرتب و یک‌دست می‌کنند. از جمله محبوب‌ترین ابزارهای Format در پایتون به موارد زیر می‌توان اشاره کرد.

• Black: یک ابزار محبوب در پایتون است که به صورت خودکار تمام کدهای نوشته شده را بر اساس یک سبک مشخص قالب‌بندی می‌کند. از جمله کارهای این ابزار می‌توان به افزودن فاصله، شکستن خطوط بلند، مرتب‌سازی تورفتگی‎‌ها و یک دست کردن ظاهر کد اشاره کرد.
• isort: از این ابزار می‌توان برای مرتب‌سازی خودکار importها بر اساس نوع و ترتیب حروف الفبا استفاده کرد.

آشنایی با ابزارهای Format در مسیر یادگیری پایتون پیشرفته برای هر برنامه‌نویسی ضروری است، زیرا این ابزارها موجب افزایش تمرکز بر روی منطق برنامه می‌شوند.

ابزارهای Profiling و Debugging

یکی از مهارت‌های مهم در پایتون پیشرفته، توانایی تحلیل عملکرد برنامه، یافتن باگ‌ها و مشکلات احتمالی موجود در کد است. بر همین اساس توسعه‌دهندگان پایتون باید با ابزارهای Profiling و Debugging آشنایی کافی داشته باشند. در ادامه تعدادی از پرکاربردترین ابزارهای Profiling و Debugging در پایتون آورده شده است.

• cProfile: یکی از ابزارهای داخلی پایتون برای تحلیل عملکرد برنامه است. این ابزار زمان اجرای هر تابع را اندازه‌گیری می‌کند.
• line_profiler: برای محاسبه زمان اجرای هر خط کد مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• pdb: کتابخانه داخلی در پایتون است که می‌تواند کدهای نوشته شده را خط‌به‌خط اشکال‌زدایی کند. با استفاده از این ابزار می‌توان اجرای برنامه را متوقف و مقادیر متغیرها را بررسی کرد.

یادگیری ابزارهای Debugging و Profiling از اصول مهم در آموزش پایتون پیشرفته محسوب می‌شود و آشنایی با آن‌ها برای تبدیل شدن به یک برنامه‌نویس حرفه‌ای پایتون ضروری است.

محیط توسعه

در مسیر آموزش پایتون پیشرفته انتخاب ابزار مناسب نقش بسیار مهمی در افزایش بهره‌وری و کیفت کد دارد. بدون شک استفاده از یک محیط توسعه خوب می‌تواند زمان توسعه را به میزان زیادی کاهش دهد. علاوه بر این، توسعه‌دهندگان می‌توانند باگ‌ها را سریع‌تر شناسایی کنند.

یک محیط توسعه قدرتمند امکانات بسیاری را در اختیار برنامه‌نویس قرار می‌دهد و به صورت خودکار از ابزارهای کاربردی متعددی نیز پشتیبانی می‌کند. در ادامه ۲ محیط محبوب توسعه در پایتون معرفی شده است.

• VS Code: ویژوال استودیو کد یکی از محبوب‌ترین و سبک‌ترین ویرایشگرهای کد است. این ابزار به دلیل سرعت بالا، قابلیت شخصی‌سازی و امکانات متعدد یک گزینه عالی برای شروع پایتون پیشرفته است.
• PyCharm: این محیط توسعه توسط شرکت JetBrains به صورت اختصاصی برای برنامه نویسی پایتون طراحی شده است. نسخه پایه این محیط توسعه رایگان است، ولی نسخه حرفه‌ای آن با امکانات بیشتر نیازمند پرداخت هزینه است. در مجموع، این محیط توسعه برای برنامه‌نویسان حرفه‌ای پایتون توصیه می‌شود که بر روی پروژه‌های بزرگ کار می‌کنند.

انتخاب محیط توسعه مناسب تاثیر بسیار زیادی بر روند کد نویسی دارد. بنابراین، بهتر است با دقت زیاد انتخاب شود.

جمع‌بندی

یادگیری اصول اولیه پایتون تنها نقطه آغاز ورود به دنیای برنامه نویسی است. آنچه که یک توسعه‌دهنده مبتدی را به حرفه‌ای تبدیل می‌کند، تسلط بر مفاهیم پایتون پیشرفته و توانایی استفاده از آن‌ها در پروژه‌های واقعی است. در این مطلب از مجله فرادرس سعی شد تا با ارائه یک راهنمای عملی و گام‌به‌گام، زمینه‌ای برای آموزش پایتون پیشرفته فراهم شود.

در این مطلب با رویکردی کاربردی، مجموعه‌ای از مفاهیم و تکنیک‌های پیشرفته معرفی شد که یادگیری آن‌ها برای هر برنامه نویسی علاقه‌مندی ضروری است. بعد از آشنایی با این مفاهیم زمان آن رسیده است که با تمرین، مطالعه بیشتر و تجربه عملی دانش خود را تثبیت و تقویت کنید.