کتابخانه "library" در برنامه‌نویسی چیست؟

یکی از گیج‌کننده‌ترین بخش‌های برنامه‌نویسی، پیمایش در میان اصطلاحات فنی دنیای فناوری است. دو واژه‌ای که اغلب در توسعه نرم‌افزار با هم اشتباه گرفته می‌شوند، کتابخانه (Library) و فریم‌ورک (Framework) هستند.

امروز درباره‌ی کتابخانه‌ها صحبت خواهیم کرد. اگر به بررسی تفاوت با فریم‌ورک‌ها علاقه‌مند هستید، به راهنمای ما درباره فریم‌ورک‌ها سر بزنید.فریم ورک (framework) چیست؟

کتابخانه "library"چیست؟

کتابخانه (Library) مجموعه‌ای از کدهای از پیش نوشته‌شده است که برنامه‌نویسان می‌توانند از آن‌ها در پروژه‌های خود استفاده کنند. این کدها وظایف مشخصی را انجام می‌دهند و به برنامه‌نویس کمک می‌کنند تا به‌جای نوشتن کد از ابتدا، از کدهای آماده استفاده کنند. مهم‌ترین ویژگی کتابخانه این است که برنامه‌نویس کنترل کامل بر نحوه استفاده از آن دارد. به عبارتی، شما هر زمان که بخواهید، یک کتابخانه را "صدا" می‌کنید و از توابع یا متدهای آن استفاده می‌کنید.بیشتر زبان های برنامه نویسی شامل کتابخانه های استاندارد هستند، اما توسعه دهندگان می توانند کتابخانه های سفارشی شده خود را ایجاد کنند.
  کتابخانه:
       مجموعه‌ای از ماژول‌های کمکی، اشیاء، کلاس‌ها، توابع، کد از پیش نوشته شده و غیره است.
       به راحتی قابل جایگزینی با کتابخانه دیگر است.
       زمانی که یک متد از کتابخانه را فراخوانی می‌کنید، شما کنترل کننده هستید.
       توسعه کتابخانه به کد کمتری نیاز دارد، بنابراین عملکرد و زمان بارگذاری بهبود می‌یابد.
       کتابخانه‌ها را می‌توان به راحتی به برنامه‌های موجود متصل کرد تا قابلیت‌های خاصی را اضافه کند.

برنامه‌نویسی چیست؟

برنامه‌نویسی فرآیند نوشتن کدهایی است که به کامپیوترها می‌گویند چه کاری انجام دهند. همان‌طور که انسان‌ها می‌توانند زبان‌هایی مثل انگلیسی، فرانسه یا اسپانیایی را بفهمند، کامپیوترها نیز زبان‌های خاصی را متوجه می‌شوند.

انواع مختلفی از زبان‌های برنامه‌نویسی وجود دارند که هرکدام برای اهداف خاصی طراحی شده‌اند. برخی برای ارتباط با مرورگرهای وب استفاده می‌شوند، برخی با سرورها ارتباط برقرار می‌کنند، و برخی در سیستم‌عامل‌های بومی مانند اندروید یا مک‌او‌اس به کار می‌روند مانند Swift.

 برنامه‌نویسی فراتر از کدنویسی است. برنامه‌نویسی به معنای ایجاد یک راه‌حل کامل برای حل یک مشکل یا انجام یک کار خاص است. برنامه‌نویس نه تنها باید قادر به نوشتن کد باشد، بلکه باید توانایی تحلیل مشکلات، انتخاب بهترین راه‌حل و سپس پیاده‌سازی آن را نیز داشته باشد. بنابراین، برنامه‌نویسی شامل بخش‌هایی مانند تحلیل، طراحی، پیاده‌سازی و تست نرم‌افزار یا سیستم است.

یک برنامه‌نویس به تصویر کلی‌تر نگاه می‌کند و تلاش می‌کند تا بخش‌های مختلف یک پروژه را به گونه‌ای هماهنگ کند که نرم‌افزار به بهترین شکل ممکن عمل کند. به عنوان مثال، در ساخت یک بازی ساده، یک کدنویس ممکن است فقط به نوشتن کدی که کاراکترها را حرکت می‌دهد بپردازد، اما برنامه‌نویس باید همه‌چیز را از طراحی بازی تا نحوه تعامل بخش‌های مختلف با یکدیگر و تجربه کاربری مدیریت کند. برنامه‌نویسی همچنین شامل درک نیازهای کاربران و بهبود سیستم به‌منظور برآورده کردن آن نیازها می‌شود.

برنامه‌نویسان چگونه از کتابخانه‌ها استفاده می‌کنند؟

بکتابخانه‌ها در برنامه‌نویسی ابزارهایی هستند که برنامه‌نویسان می‌توانند برای تسریع توسعه نرم‌افزار و افزایش بهره‌وری از آن‌ها استفاده کنند. این کتابخانه‌ها مجموعه‌ای از کدها، توابع و ابزارهایی هستند که برای انجام وظایف خاص یا حل مشکلات رایج طراحی شده‌اند.

هر کتابخانه برای ارائه یک ویژگی خاص طراحی شده است. این ویژگی‌ها می‌توانند شامل موارد زیر باشند:

احراز هویت کاربر (User Authentication):

این ویژگی برای مدیریت امنیت کاربران و سیستم‌ها ضروری است. کتابخانه‌هایی که در این حوزه فعالیت می‌کنند، معمولاً امکانات زیر را ارائه می‌دهند:

ثبت‌نام کاربران با ایمیل، شماره موبایل یا شبکه‌های اجتماعی.
مدیریت رمز عبور، شامل تغییر و بازیابی آن.
سیستم ورود دو مرحله‌ای (Two-Factor Authentication).
مدیریت دسترسی کاربران بر اساس نقش‌ها (Role-Based Access Control).
نمونه کتابخانه‌ها:
برای جاوااسکریپت: Auth0 و Passport.js.
برای دات‌نت: IdentityServer و ASP.NET Identity.

اتصال به سرور (Server Communication):

این کتابخانه‌ها به شما کمک می‌کنند داده‌ها را از سرور دریافت یا به آن ارسال کنید. آن‌ها اغلب درخواست‌های HTTP و WebSocket را مدیریت می‌کنند.
قابلیت‌ها:

پشتیبانی از روش‌های HTTP (GET, POST, PUT, DELETE).
ارسال و دریافت داده‌های JSON یا XML.
مدیریت خطاهای مربوط به اتصال.
نمونه کتابخانه‌ها:
Axios و Fetch API در جاوااسکریپت.
HttpClient در دات‌نت.

مدیریت داده‌ها (Data Management):

این کتابخانه‌ها برای ذخیره و مدیریت داده‌ها به کار می‌روند و شامل ابزارهایی برای کار با پایگاه داده‌ها، داده‌های در حافظه یا حتی داده‌های ساختاریافته هستند.
قابلیت‌ها:

ذخیره داده‌ها در پایگاه داده‌های رابطه‌ای (SQL) یا غیررابطه‌ای (NoSQL).
مدیریت عملیات CRUD (ایجاد، خواندن، به‌روزرسانی، حذف).
استفاده از کش برای بهبود عملکرد.
نمونه کتابخانه‌ها:
Entity Framework برای دات‌نت.
Mongoose برای MongoDB در جاوااسکریپت.

ایجاد انیمیشن‌ها (Animation Creation):

کتابخانه‌های انیمیشن برای ایجاد جلوه‌های بصری و حرکتی در رابط کاربری استفاده می‌شوند.
قابلیت‌ها:

ایجاد انیمیشن‌های دوبُعدی و سه‌بُعدی.
کنترل سرعت، تکرار و مسیر حرکت اشیاء.
هماهنگی با تعاملات کاربر (مانند کلیک یا حرکت موس).
نمونه کتابخانه‌ها:
GSAP و Anime.js در جاوااسکریپت.
SkiaSharp در دات‌نت.
سایر ویژگی‌ها:
کتابخانه‌ها می‌توانند ویژگی‌های دیگری مانند تست نرم‌افزار، پردازش تصویر، یادگیری ماشین و حتی توسعه بازی را ارائه دهند. برای مثال:

کتابخانه‌های تست: NUnit و Moq در دات‌نت، Jest و Mocha در جاوااسکریپت.
پردازش تصویر: OpenCV برای پردازش تصاویر و ویدیوها.
یادگیری ماشین: TensorFlow و PyTorch.

تفاوت کتابخانه و فریم‌ورک چیست؟

واژه‌های «کتابخانه» و «فریم‌ورک» اغلب به جای یکدیگر استفاده می‌شوند، اما تفاوت‌هایی دارند.

کتابخانه مانند مبلمان آماده‌ای است که می‌توانید آن را برای خانه خود بخرید و بچینید. در مقابل، فریم‌ورک مانند نقشه یک خانه از پیش طراحی‌شده است که همه چیز از قبل در آن برنامه‌ریزی شده است.
وقتی از یک کتابخانه استفاده می‌کنید، شما جریان برنامه را کنترل می‌کنید، از جمله اینکه چه زمانی و کجا با کتابخانه تماس بگیرید.

اما زمانی که از یک فریمورک استفاده می‌کنید، خود فریمورک جریان برنامه را کنترل می‌کند.

1. میزان کنترل:  
  - در کتابخانه، شما کنترل دارید. هر زمان که نیاز داشته باشید، کتابخانه را صدا می‌کنید و از متدهای آن استفاده می‌کنید. مثل اینکه خودتان تصمیم بگیرید چه وقت از یک ابزار خاص در کارتان استفاده کنید.
  - اما در فریم‌ورک، این فریم‌ورک است که کنترل دارد. شما باید طبق قوانین آن کار کنید و از ساختارهای مشخص آن پیروی کنید. فریم‌ورک به شما می‌گوید که چه کارهایی انجام دهید و شما باید در چارچوب آن کار کنید.

2. انعطاف‌پذیری:  
  - کتابخانه‌ها انعطاف بیشتری دارند، زیرا می‌توانید آن‌ها را در هر قسمتی از کد خود استفاده کنید و نیازی به رعایت قوانین خاصی ندارید.
  - فریم‌ورک‌ها انعطاف کمتری دارند، چون ساختار و قوانین از پیش‌تعریف‌شده‌ای دارند.

3. استفاده از ابزارها:  
  - کتابخانه مثل جعبه‌ابزار است. شما هر وقت بخواهید یک ابزار از آن برمی‌دارید و استفاده می‌کنید.
  - فریم‌ورک مثل یک نقشه‌بردار است که به شما می‌گوید چه مسیری را باید طی کنید و چگونه کار کنید.

تفاوت اصلی:

• کتابخانه: ابزارهای جداگانه‌ای را ارائه می‌دهد که باید آن‌ها را با هم ترکیب کنید. شما کنترل بیشتری بر جریان برنامه دارید.
• فریم‌ورک: ساختار از پیش تعریف‌شده‌ای دارد که باید از آن پیروی کنید. کمتر قابل تغییر است و مانند یک راه‌حل همه‌جانبه عمل می‌کند.

محبوب‌ترین کتابخانه‌های برنامه‌نویسی

امروزه زبان‌های برنامه‌نویسی زیادی وجود دارند که هر کدام دارای مجموعه‌ای از کتابخانه‌های مخصوص به خود هستند. در ادامه برخی از محبوب‌ترین زبان‌های برنامه‌نویسی و کتابخانه‌های پرکاربرد مرتبط با آن‌ها آورده شده است:

پایتون (Python)

پایتون یک زبان برنامه‌نویسی سطح بالا و چندمنظوره است که به طور گسترده برای توسعه وب، محاسبات علمی، تحلیل داده‌ها و هوش مصنوعی استفاده می‌شود. این زبان به دلیل سادگی، خوانایی و انعطاف‌پذیری، میان برنامه‌نویسان مبتدی و حرفه‌ای محبوب است.

برخی از کتابخانه‌های محبوب پایتون:

• NumPy: کتابخانه‌ای برای محاسبات علمی که از آرایه‌ها و ماتریس‌های چندبعدی و توابع ریاضی متنوع پشتیبانی می‌کند.
• Pandas: برای دستکاری و تحلیل داده‌ها، شامل ابزارهایی برای مدیریت داده‌های گمشده، ادغام و ترکیب داده‌ها و تغییر شکل آن‌ها.
• Matplotlib: کتابخانه‌ای برای مصورسازی داده‌ها که ابزارهایی برای ایجاد نمودارها و گراف‌های استاتیک، تعاملی و متحرک فراهم می‌کند.
• Django: چارچوبی برای توسعه وب که ابزارهایی مانند وب‌سرور، پایگاه داده، و پشتیبانی از الگوها و مسیریابی را ارائه می‌دهد.
• Flask: یک میکروچارچوب برای توسعه وب که وب‌سرور سبک و ابزارهایی برای ایجاد برنامه‌های وب فراهم می‌کند.
• TensorFlow: کتابخانه‌ای برای یادگیری ماشین و یادگیری عمیق که ابزارهایی برای آموزش و پیاده‌سازی مدل‌های یادگیری ماشین ارائه می‌دهد.

پایتون در زمینه یادگیری ماشین بسیار محبوب است. برای شروع یادگیری ماشین، بهتر است ابتدا مفاهیم یادگیری عمیق و یادگیری مصنوعی را بیاموزید، زیرا یکی از بهترین روش‌ها برای مبتدیان است.

سی شارپ (#C)

برخی از کتابخانه‌های محبوب سی شارپ :

•  Entity Framework : Entity Framework یک ابزار ORM (Object-Relational Mapper) است که به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد که با پایگاه داده‌های رابطه‌ای با استفاده از اشیاء سی‌شارپ کار کنند. این ابزار قابلیت‌هایی برای ایجاد، پرس‌وجو و به‌روزرسانی پایگاه داده با کد سی‌شارپ ارائه می‌دهد و به طور گسترده در برنامه‌های سازمانی استفاده می‌شود.
• SignalR : SignalR یک کتابخانه برای ارتباطات بلادرنگ است که به توسعه‌دهندگان امکان ساخت برنامه‌های وب بلادرنگ با سی‌شارپ را می‌دهد. این ابزار برای ساخت برنامه‌های چت، بازی‌های آنلاین و دیگر برنامه‌های بلادرنگ بسیار کاربرد دارد.
•  Dapper :Dapper یک ORM سبک و سریع برای دات‌نت است. این ابزار امکاناتی برای کار با داده‌ها در برنامه‌های سی‌شارپ فراهم می‌کند، از جمله تبدیل نتایج پرس‌وجوهای SQL به اشیاء سی‌شارپ. به دلیل سبک و کاربرپسند بودن، میان توسعه‌دهندگان بسیار محبوب است.
• NLog : NLog یک کتابخانه قدرتمند و انعطاف‌پذیر برای ثبت لاگ‌ها در دات‌نت است. این ابزار امکاناتی برای مدیریت پیام‌ها و خطاها در برنامه‌های سی‌شارپ فراهم می‌کند و بسیار قابل تنظیم است.
•   AutoMapper : AutoMapper یک کتابخانه برای نگاشت اشیاء به اشیاء در دات‌نت است. این ابزار امکاناتی برای تبدیل اشیاء سی‌شارپ به اشیاء دیگر فراهم می‌کند و مدیریت نگاشت اشیاء را بسیار ساده و کارآمد می‌سازد.
• Castle Windsor: Castle Windsor یک ابزار مدیریت وابستگی‌ها (IoC Container) برای دات‌نت است. این کتابخانه امکاناتی برای مدیریت وابستگی‌ها در برنامه‌های سی‌شارپ فراهم می‌کند و بسیار قدرتمند و کاربرپسند است.
•  Flurl :  Flurl یک کتابخانه مدرن و غیربلاک‌کننده برای کار با درخواست‌ها و پاسخ‌های HTTP در دات‌نت است. این ابزار امکاناتی برای مدیریت ارتباطات HTTP در برنامه‌های سی‌شارپ ارائه می‌دهد.
•  Quartz.NET : Quartz.NET یک کتابخانه محبوب برای زمان‌بندی وظایف در دات‌نت است. این ابزار امکاناتی برای برنامه‌ریزی و مدیریت وظایف و عملیات زمان‌بندی‌شده در برنامه‌های سی‌شارپ فراهم می‌کند.
•  RestSharp :RestSharp یک کلاینت ساده و کاربرپسند برای کار با وب‌سرویس‌های RESTful در دات‌نت است. این ابزار امکاناتی برای مدیریت ارتباطات RESTful در برنامه‌های سی‌شارپ ارائه می‌دهد.

جاوااسکریپت (JavaScript)

جاوااسکریپت یک زبان برنامه‌نویسی سطح بالا و پویا است که معمولاً برای توسعه برنامه‌های وب استفاده می‌شود. این زبان معمولاً همراه با HTML و CSS برای ایجاد صفحات وب تعاملی و پویا به کار می‌رود و همچنین در سمت سرور با محیط‌هایی مانند Node.js نیز استفاده می‌شود.

برخی از کتابخانه‌های محبوب جاوااسکریپت:

• jQuery: فرآیند دستکاری Document Object Model (DOM) را ساده می‌کند و انتخاب و تغییر عناصر صفحه وب را آسان می‌کند.
• React: کتابخانه‌ای برای ساخت رابط‌های کاربری که رویکردی اعلامی برای ایجاد کامپوننت‌ها و یک DOM مجازی برای بهبود عملکرد ارائه می‌دهد.
• AngularJS: چارچوبی برای ساخت برنامه‌های وب که ویژگی‌هایی مانند اتصال داده، قالب‌بندی و مسیریابی را پشتیبانی می‌کند.
• Lodash: مجموعه‌ای از توابع کاربردی برای کارهایی مانند مدیریت آرایه‌ها و اشیاء، ترکیب توابع و موارد دیگر.
• Axios: کتابخانه‌ای برای ارسال درخواست‌های HTTP که یک رابط ساده برای مدیریت درخواست‌ها و پاسخ‌ها ارائه می‌دهد.

جاوا (Java)

جاوا یک زبان برنامه‌نویسی چندمنظوره و محبوب است که برای ساخت برنامه‌ها و سیستم‌ها به کار می‌رود. این زبان به دلیل قابل حمل بودن، مقیاس‌پذیری و امنیت، انتخابی محبوب برای توسعه برنامه‌هایی است که بر روی دستگاه‌ها و پلتفرم‌های مختلف اجرا می‌شوند.

برخی از کتابخانه‌های محبوب جاوا:

• Java Standard Library: مجموعه‌ای از بسته‌های اصلی جاوا که شامل ورودی/خروجی، شبکه، ساختار داده‌ها و موارد دیگر است.
• Google Guava: کتابخانه‌ای که کلاس‌های کاربردی مختلفی برای کش، مجموعه‌ها، همزمانی و موارد دیگر ارائه می‌دهد.
• Jackson: کتابخانه‌ای برای سریال‌سازی و دی‌سریال‌سازی اشیاء جاوا به فرمت JSON و بالعکس.
• JUnit: چارچوبی برای تست واحد در جاوا که نوشتن و اجرای خودکار تست‌ها را آسان می‌کند.
• Spring Framework: چارچوبی محبوب برای توسعه برنامه‌های وب و سازمانی که ابزارها و کتابخانه‌های متنوعی ارائه می‌دهد.

آر (R)

آر یک زبان برنامه‌نویسی و محیط نرم‌افزاری برای محاسبات آماری و گرافیک است. این زبان معمولاً توسط آمارشناسان، دانشمندان داده و پژوهشگران برای توسعه نرم‌افزارهای آماری و تحلیل داده استفاده می‌شود.

برخی از کتابخانه‌های محبوب آر:

• dplyr: کتابخانه‌ای برای دستکاری داده که توابعی برای فیلتر کردن، گروه‌بندی و خلاصه‌سازی داده‌ها ارائه می‌دهد.
• ggplot2: کتابخانه‌ای برای مصورسازی داده که سینتکسی قدرتمند و منعطف برای ایجاد نمودارهای مختلف فراهم می‌کند.
• tidyr: برای دستکاری داده، شامل توابعی برای تغییر شکل و محوریت داده‌ها.
• Shiny: کتابخانه‌ای برای ساخت برنامه‌های وب تعاملی با آر که ابزارهایی برای ایجاد رابط‌های کاربری، مدیریت ورودی و خروجی و انتشار برنامه‌ها در وب ارائه می‌دهد.
• caret: کتابخانه‌ای برای یادگیری ماشین که ابزارهایی برای آموزش مدل، ارزیابی و انتخاب ویژگی‌ها ارائه می‌دهد.

سی‌پلاس‌پلاس (++C)

سی‌پلاس‌پلاس یک زبان برنامه‌نویسی قدرتمند و همه‌منظوره است که برای ساخت برنامه‌ها و سیستم‌ها به کار می‌رود. این زبان توسعه‌یافته زبان C است و ویژگی‌هایی مانند برنامه‌نویسی شیءگرا و ویژگی‌های مدرن دیگر را پشتیبانی می‌کند. سی‌پلاس‌پلاس در برنامه‌های مختلفی مانند سیستم‌عامل‌ها، مرورگرهای وب، بازی‌ها و شبیه‌سازی‌های علمی استفاده می‌شود.

برخی از کتابخانه‌های محبوب سی‌پلاس‌پلاس:

• Standard Template Library (STL): مجموعه‌ای از الگوهای سی‌پلاس‌پلاس که ساختار داده‌ها و الگوریتم‌های مختلفی برای جستجو، مرتب‌سازی و دستکاری داده‌ها فراهم می‌کند.
• Boost: مجموعه‌ای از کتابخانه‌های سی‌پلاس‌پلاس که عملکردهای متنوعی مانند پشتیبانی از ساختار داده‌ها و الگوریتم‌ها را ارائه می‌دهد.
• OpenCV: کتابخانه‌ای برای بینایی کامپیوتری و یادگیری ماشین که ابزارهایی برای پردازش تصویر و ویدئو، تشخیص و شناسایی اشیاء ارائه می‌دهد.
• Qt: چارچوبی برای توسعه برنامه‌های کاربردی چندسکویی که ابزارهایی برای ساخت برنامه‌های دسکتاپ، موبایل و جاسازی‌شده فراهم می‌کند.
• SFML: کتابخانه‌ای برای ساخت برنامه‌های چندرسانه‌ای که از صدا، گرافیک و شبکه پشتیبانی می‌کند.
• POCO: مجموعه‌ای از کتابخانه‌های سی‌پلاس‌پلاس که عملکردهایی مانند شبکه، دسترسی به پایگاه داده و موارد دیگر را ارائه می‌دهد.

مزایای کتابخانه

- کنترل بیشتر: شما می‌توانید هر وقت که بخواهید از کتابخانه استفاده کنید و کد خود را هر طور که می‌خواهید بنویسید.
- استفاده آسان: معمولاً استفاده از کتابخانه‌ها بسیار ساده است و فقط نیاز به چند خط کد دارد.
- تخصصی برای یک وظیفه: کتابخانه‌ها معمولاً برای انجام یک کار خاص طراحی شده‌اند، مثل کار با اعداد یا تاریخ.
معایب
وابستگی: وابستگی به کتابخانه‌های خارجی می‌تواند خطراتی داشته باشد، به‌خصوص اگر کتابخانه توسط توسعه‌دهنده‌های آن به‌روز نشود یا پشتیبانی نشود.
مشکلات سازگاری: ممکن است کتابخانه‌ها با دیگر بخش‌های کد ناسازگار باشند، که می‌تواند منجر به خطاها و مشکلات دیگر شود.
محدودیت‌های فنی: برخی کتابخانه‌ها ممکن است محدودیت‌های فنی داشته باشند که مانع از انجام برخی کارها یا ادغام با سایر فناوری‌ها شود.

 نتیجه‌گیری

اگر برنامه‌نویسی برای شما دلهره‌آور به نظر می‌رسد، نگران نباشید. با یادگیری اصطلاحات یکی‌یکی و آشنایی با مفاهیم اصلی، می‌توانید به سرعت پیشرفت کنید.

به یاد داشته باشید، کتابخانه‌ها به شما ابزارهایی برای ساخت بهتر و سریع‌تر برنامه‌ها می‌دهند، اما این شما هستید که باید از این ابزارها به درستی استفاده کنید.