حلقة (بيان)

في برمجة الحاسوب ، تُعدّ الحلقة بنيةً للتحكم في تدفق البرنامج تسمح بتنفيذ التعليمات البرمجية بشكل متكرر، عادةً مع تعديلات طفيفة بين كل تكرار. يمكن استخدام الحلقات لتنفيذ إجراء متكرر على جميع عناصر مجموعة ، أو لتنفيذ برنامج طويل الأمد.

تُعدّ الحلقات التكرارية سمةً من سمات لغات البرمجة عالية المستوى . أما في لغات البرمجة منخفضة المستوى، فيتم تحقيق الوظيفة نفسها باستخدام القفزات . عند ترجمة البرنامج إلى لغة الآلة ، يمكن تحقيق الحلقات التكرارية باستخدام القفزات؛ ولكن يمكن تحسين بعض الحلقات التكرارية لتشغيلها دون استخدام القفزات. ^{[ 1 ]}

عادةً، يُتوقع أن تستمر الحلقات لعدد محدود من التكرارات. ولكن بدون عناية مناسبة، قد تُنشأ حلقات لا يمكن إنهاؤها. تُسمى هذه الحلقات بالحلقات اللانهائية . وتُعرف مشكلة تحديد ما إذا كان البرنامج يحتوي على حلقة لانهائية بمشكلة التوقف .

الحلقة الشرطية (المعروفة أيضًا بالحلقة غير المحددة ^{[ 2 ]} ) هي حلقة تحدد ما إذا كان يجب إنهاؤها بناءً على شرط منطقي. ^{[ 3 ]} تتميز هذه الحلقات بالمرونة، ولكن قد يصعب فهم سلوكها الدقيق. ^{[ 4 ] : ​​368}

تتكون الحلقة الشرطية عادةً من جزأين: الشرط والجسم . الشرط عبارة عن عبارة منطقية تعتمد على حالة البرنامج، أما الجسم فهو كتلة من التعليمات البرمجية التي تُنفذ طالما أن الشرط صحيح. ^{[ 3 ]}

من المفاهيم الخاطئة الشائعة أن تنفيذ جسم البرنامج ينتهي بمجرد زوال الشرط ؛ ولكن هذا ليس هو الحال عادةً. ^{[ 4 ] : ​​368} في معظم لغات البرمجة، يُفحص الشرط مرة واحدة لكل تنفيذ لجسم البرنامج . ولا يوجد معيار موحد لتوقيت فحص الشرط ، إذ تحتوي بعض لغات البرمجة على هياكل تكرار شرطية متعددة بقواعد مختلفة لتحديد وقت فحص الشرط .

بينما يتكرر الشرط ، يكرر الجسم

x ← 0 بينما x < 5 نفّذ عرض( x ) x ← x + 1 كرر

حلقة ما بعد الاختبار

حلقة ما بعد الاختبار هي حلقة شرطية يتم فيها التحقق من الشرط بعد تنفيذ جسم الحلقة . بتعبير أدق، يتم تنفيذ جسم الحلقة ثم التحقق من الشرط . إذا كان الشرط صحيحًا، يُعاد تنفيذ جسم الحلقة ثم يُعاد التحقق من الشرط . تتكرر هذه العملية حتى يصبح الشرط غير صحيح. تُسمى هذه الحلقة أحيانًا بحلقة "do-while" نظرًا لاستخدامها في لغات برمجة مختلفة، ^{[ 7 ]} على الرغم من أن هذا قد يكون مُربكًا لأن لغتي Fortran و PL/I تستخدمان صيغة "DO WHILE" لحلقات ما قبل الاختبار. ^{[ 8 ] [ 9 ]} عادةً ما تُنسق حلقات ما بعد الاختبار بطريقة مشابهة لـ

كرر ما يلي أثناء الحالة

بدلاً من الكلمات المفتاحية do و repeat، تُستخدم أحيانًا طرق أخرى للإشارة إلى بداية ونهاية النص ، مثل الأقواس المعقوفة. ^{[ 10 ]}

قد تستخدم بعض اللغات اصطلاح تسمية مختلفًا لهذا النوع من الحلقات. على سبيل المثال، تحتوي لغتا باسكال ولوا على حلقة " كرر حتى "، والتي تستمر في العمل حتى يصبح تعبير التحكم صحيحًا ثم تتوقف. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

حلقة تكرار ثلاثية الأجزاء

تتكون حلقة التكرار الثلاثية ، التي شاع استخدامها في لغة C، من جزأين إضافيين: التهيئة ( وهي نوع من أنواع حلقات التكرار )، والزيادة ، وكلاهما عبارة عن كتل برمجية. تُستخدم التهيئة لإعداد الحلقة وتُنفذ مرة واحدة في البداية، بينما تُستخدم الزيادة لتحديث حالة البرنامج بعد كل تكرار للحلقة. بخلاف ذلك، تُعتبر حلقة التكرار الثلاثية حلقة اختبار مسبق. وعادةً ما تُنسق بطريقة مشابهة لـ

للتهيئة ، والشرط ، والزيادة، كرر ما يلي :

هذه الصيغة مستمدة من لغة B ، وقد ابتكرها في الأصل ستيفن سي. جونسون . ^{[ 13 ]} يُعد كود C التالي مثالاً على حلقة تكرارية ثلاثية الأجزاء تطبع الأرقام من 0 إلى 4.

for ( int i = 0 ; i < 5 ; i ++ ) { printf ( "%d \n " , i ); }

يفعل do_work() كرر الشرط بينما

نفّذ_العمل() بينما الشرط نفّذ do_work() يكرر

صحيح ، لكن do_work() إذا لم يكن الشرط صحيحًا، فاخرج من الحلقة. انتهى الشرط. كرر

بداية الحلقة: do_work() إذا تحقق الشرط ، فانتقل إلى بداية الحلقة. انتهى الشرط.

التعداد (المعروف أيضًا بالحلقة المحددة ^{[ 2 ]} ) هو حلقة مصممة للتكرار على جميع عناصر مجموعة. ^{[ 17 ]} وهو ليس بمرونة الحلقة الشرطية، ولكنه أكثر قابلية للتنبؤ. على سبيل المثال، من الأسهل ضمان انتهاء التعدادات وتجنب أخطاء الإزاحة بمقدار واحد . يمكن تنفيذ التعدادات باستخدام مُكرِّر ، سواءً ضمنيًا أو صراحةً.

تختلف الكلمات المفتاحية المستخدمة لاستدعاء التعدادات باختلاف لغة البرمجة. على سبيل المثال، تستخدم اللغات المشتقة من ALGOL الكلمة المفتاحية ^{[ 18 ]،}for بينما تستخدم اللغات المشتقة من Fortran الكلمة المفتاحية ^{[ 19 ]} ، وتستخدم COBOL الكلمة المفتاحية ^{[ 20 ]} .doPERFORM VARYING

تُسمى التعدادات أحيانًا "حلقات for"، كما هو الحال في لغتي Zig و Rust . ^{[ 21 ] [ 22 ]} قد يُسبب هذا التوصيف التباسًا، إذ أن العديد من لغات البرمجة الأكثر شيوعًا ^{[ 23 ]} ، مثل C و C++ و Java ، تستخدم هذا المصطلح لحلقة for المكونة من ثلاثة أجزاء، ^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]} والتي لا تُعد تعدادًا. تتجنب لغات برمجة أخرى، مثل Perl و C# ، هذا الالتباس باستخدام مصطلح "حلقة foreach". ^{[ 27 ] [ 28 ]}

يختلف ترتيب تكرار عناصر المجموعة باختلاف لغة البرمجة. في لغة فورتران 95، توجد حلقة تكرارية، تُستدعى باستخدام الكلمة المفتاحية FORALL، مستقلة عن هذا الترتيب، حيث تُنفذ جميع تكرارات الحلقة في الوقت نفسه. وقد أُلغيت هذه الميزة في فورتران 2018. ^{[ 29 ]}

في معظم لغات البرمجة الوظيفية ، يُستخدم الاستدعاء الذاتي بدلاً من الحلقات التقليدية. ويعود ذلك إلى أن المتغيرات غير قابلة للتغيير ، وبالتالي لا يمكن أن تحدث خطوة الزيادة في الحلقة. ^{[ 30 ]}

لتجنب الوقوع في أخطاء تجاوز سعة المكدس في الحلقات الطويلة، تُطبّق لغات البرمجة الوظيفية تحسين استدعاء الذيل ، مما يسمح باستخدام نفس إطار المكدس لكل تكرار للحلقة، مما يؤدي فعليًا إلى نفس الكود كما في حلقة while أو for . ^{[ 31 ]}

بعض اللغات، مثل Haskell ، لديها بنية نحوية تُعرف باسم فهم القوائم ، وهي تشبه التعداد، حيث يتم تكرار محتويات القائمة وتحويلها إلى قائمة جديدة.

عداد الحلقة هو متغير تحكم يُستخدم لتحديد عدد مرات تكرار الحلقة. يتغير عداد الحلقة مع كل تكرار، مما يوفر قيمة فريدة لكل تكرار. يُستخدم عداد الحلقة لتحديد وقت انتهاء الحلقة. سُمي بهذا الاسم لأن معظم استخدامات هذا التركيب تؤدي إلى أن يأخذ المتغير نطاقًا من القيم الصحيحة.

من الاصطلاحات الشائعة لتسمية عدادات الحلقات استخدام أسماء المتغيرات i و j و k (وهكذا عند الحاجة)، ^{[ 32 ]} حيث يمثل i الحلقة الخارجية، و j الحلقة الداخلية التالية، وهكذا. يُجمع على أن هذا الأسلوب نشأ من بدايات برمجة لغة فورتران ، حيث كانت أسماء المتغيرات التي تبدأ بهذه الأحرف تُعلن ضمنيًا على أنها من نوع عدد صحيح، ولذا كانت خيارات بديهية لعدادات الحلقات التي تُستخدم مؤقتًا فقط. يعود هذا الأسلوب إلى أصول الترميز الرياضي، حيث تُستخدم i و j و k غالبًا كمؤشرات للجمع والضرب .

يُنصح البعض بعدم استخدام أسماء مختصرة لعدادات الحلقات، مثل i و j ، لأن الغرض من المتغيرات لا يكون واضحًا كما لو تم إعطاؤها اسمًا أطول وأكثر وصفًا. ^{[ 4 ] : ​​383-382}

تُحدد لغات البرمجة المختلفة قواعد متباينة لقيمة عداد الحلقة عند انتهاء الحلقة، بل إن بعضها يعتبره غير مُعرّف. يسمح هذا للمُصرّف بتوليد شيفرة تُبقي أي قيمة في عداد الحلقة، أو ربما تُبقيه دون تغيير لأن قيمة الحلقة كانت مُخزّنة في مُسجّل ولم تُخزّن في الذاكرة. وقد يختلف السلوك الفعلي تبعًا لإعدادات تحسين المُصرّف.

قد يؤدي تعديل عداد الحلقة داخل جسم الحلقة إلى عواقب غير متوقعة. ولمنع هذه المشاكل، تجعل بعض لغات البرمجة عداد الحلقة غير قابل للتغيير . مع ذلك، من المرجح أن يكتشف المترجم التغييرات الظاهرة فقط. أما في الحالات التي يُمرر فيها عنوان عداد الحلقة كوسيط إلى روتين فرعي ، فيصعب التحقق منه لأن سلوك الروتين غير معروف عمومًا للمترجم ما لم تدعم اللغة توقيعات الإجراءات ونوايا الوسائط.

قد توفر بعض لغات البرمجة عبارات مساعدة لتغيير كيفية سير تكرار الحلقة. ومن بين هذه العبارات الشائعة عبارة break ، التي تُنهي الحلقة الحالية، وعبارة continue ، التي تنتقل إلى التكرار التالي للحلقة الحالية. ^{[ 4 ] : ​​379} قد تحمل هذه العبارات أسماءً أخرى؛ ففي لغة فورتران 90 ، على سبيل المثال ، تُسمى exit و cycle .

يمكن أيضًا إنهاء الحلقة عن طريق العودة من الدالة التي يتم تنفيذها داخلها.

في حالة الحلقات المتداخلة، تُطبَّق عبارتا break و continue على الحلقة الداخلية. تسمح بعض لغات البرمجة بتسمية الحلقات، ما يسمح بتطبيق هاتين العبارتين على أي حلقة من الحلقات المتداخلة في البرنامج.

الحلقة_الخارجية: (هذا مُعرِّف للحلقة الخارجية) من أجل 1 ≤ i ≤ 2 نفِّذ من أجل 1 ≤ j ≤ 2 نفِّذ عرض(i، j) إذا كان i = 2، فتابع الحلقة الخارجية. نهاية الشرط. كرر. كرر. (تعرض هذه الحلقة المتداخلة الأزواج (1، 1)، (1، 2)، و(2، 1)).

الحلقة اللانهائية هي حلقة لا تنتهي أبداً. قد يكون هذا مقصوداً، أو نتيجة خطأ منطقي .

يُعرف الكشف المنهجي عن الحلقات اللانهائية باسم مشكلة التوقف .

تُعد الحلقات اللانهائية مفيدة في التطبيقات التي تحتاج إلى إجراء عملية حسابية متكررة حتى ينتهي البرنامج، مثل خوادم الويب . ^{[ 33 ]}

• دالة تكرارية بدائية
• دالة تكرارية عامة
• تكرار الحلقة (توضيح)
• لغة البرمجة LOOP – هي لغة برمجة تتميز بأن الدوال التي يمكنها حسابها هي بالضبط الدوال التكرارية الأولية.