زبان‌های برنامه‌نویسی، یکی از مؤلفه‌های اساسی و اجتناب‌ناپذیر زندگی روزمره ما محسوب می‌شوند. هر چند که ممکن است برخی افراد نسبت به این قضیه آگاهی نداشته باشند، اما بسیاری از فعالیت‌های کنونی زندگی ما به این زبان‌ها متکی‌اند، که به‌طور مؤثری برای کدنویسی و ایجاد برنامه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این مطلب از مجله فرادرس، به شما توضیح می‌دهیم که الفبای برنامه نویسی چیست و شامل چه مؤلفه‌هایی است.

برای یادگیری زبان‌های برنامه‌نویسی می‌بایست مفاهیمی را به‌عنوان پایه و اساس آن بلد باشیم. این مباحث به‌طور معمول در بیشتر زبان‌های برنامه‌نویسی مشابه هستند و با دانستن آن‌ها بیشتر زبان‌ها را می‌توانیم با سرعت بیشتری بیاموزیم. در واقع می‌توانیم این مفاهیم پایه را الفبای برنامه‌نویسی بنامیم. با دانستن این الفبا، به‌عنوان یک برنامه‌نویس می‌توانیم کدهایی را بنویسم که بهینه، خوانا، قابل فهم و ماژولار باشند. از جمله این مفاهیم می‌توانیم به متغیرها، ثابت‌ها، توابع، عملگر‌ها و بسیاری موارد دیگر اشاره کنیم. در این رابطه تمریناتی را در این مطلب آورده‌ایم که انجام آن‌ها مهرات کدنویسی شما را تقویت می‌کنند.

الفبای برنامه نویسی

در این قسمت می‌خواهیم مفاهیم اولیه موجود در فرایند برنامه‌نویسی را در قالب الفبای برنامه نویسی بیان کنیم.

متغیر و تعریف آن در الفبای برنامه نویسی

«متغیرها» (Variables) در واقع، محفظه‌هایی هستند که مقادیر و داده‌های برنامه ما را نگه می‌دارند. تعریف یا اعلان متغیر، یعنی اینکه سیستم عامل قسمتی از حافظه را با نام متغیر برای نگهداری مقدار مورد ما رزرو می‌کند. برای تعریف نام متغیر می‌توانیم از حروف، اعداد و زیرخط استفاده کنیم. نام متغیرها می‌تواند با حروف الفبا یا یک زیرخط شروع شوند، اما استفاده از اعداد در ابتدای نام متغیر منجر به بروز خطا می‌شود.

در زیر، متغیری با نام Age

 در زبان برنامه‌نویسی پایتون تعریف کرده‌ایم که پس از اجرا، مقدار عددی ۱۸ را در خود نگه می‌دارد.

در زیر، متغیری با نام _std_name

 تعریف کرده‌ایم که پس از اجرا، مقدار Pouria از نوع رشته‌ای را در خود نگه می‌دارد.

متغیر زیر را تعریف کرده‌ایم تا مقدار Ali

 از نوع رشته‌ای را در آن ذخیره کنیم. این خط از کد هنگام اجرای برنامه منجر به بروز خطا می‌شود، چون قواعد نامگذاری متغیر در نام 1Name

 رعایت نشده و عدد ۱ در ابتدای نام آن قرار گرفته است.

در ادامه، برخی از انواع متغیرها در زبان‌های برنامه‌نویسی مختلف را آورده‌ایم.

• «متغیر ثابت» (Constant Variable): از این نوع متغیر برای حفظ داده‌هایی استفاده می‌کنیم که مقدار آن‌ها در طول برنامه تغییر نمی‌کند یا به بیان ساده‌تر «ثابت» هستند.
• «متغیر سراسری» (Global Variable): این نوع متغیر را می‌توانیم خارج از یک تابع تعریف کنیم. همچنین، این نوع متغیر‌ها در سراسر برنامه قابل دسترسی هستند.
• «متغیر کلاس» (Class Variable): این نوع متغیر‌ها از درون یک کلاس خاص قابل دسترسی هستند. دسترسی به متغیرهای کلاس، از طریق مشخص کردن نام کلاس آن‌ها انجام می‌شود.
• «متغیر نمونه» (Instance Variable): این نوع متغیرها را می‌توانیم درون یک کلاس – و خارج از یک متد – تعریف کنیم. متغیرهای نمونه در سراسر کلاسی – که این متغیر درون آن تعریف شده – در دسترس هستند.
• «متغیر محلی» (Local Variable): این نوع متغیرها را می‌توانیم در کلاس‌ها، متدها یا نمونه‌ها تعریف کنیم. ما می‌توانیم به این متغیرها تنها از درون کلاس یا متدی مشخص دسترسی پیدا کنیم.

ساختارهای کنترلی

«ساختار کنترلی» (Control Structure)، جریان کنترل در یک برنامه را مشخص می‌کند. به بیان دیگر، تحلیل شرایط و پارامترهای معین، جهت جریان یک برنامه را تعیین می‌کند. ساختارهای کنترلی، درک جریان منطق را در زمان توسعه الگوریتم‌ها یا نوشتن برنامه‌ها ساده می‌سازد. در ادامه، ۳ نوع اصلی ساختار‌های کنترلی را آورده‌ایم.

• «منطق توالی» (Sequential logic): جریان برنامه، با پرهیز از نادیده گرفتن بخشی از کدها، پرش از آن یا منتقل شدن به بلوک دیگر، با ترتیب مشخصی اجرا می‌شود.
• «منطق انتخاب» (Selection logic): یک شرط، اجرا شدن بلوکی از کدها یا رد شدن از آن را تعیین می‌کند. رایج‌ترین مثال برای این مورد، دستورات if

   و else-if

   است.

• «منطق تکرار» (Iteration Logic): بلوکی از کدها به منظور کسب نتیجه دلخواه، برای تعداد دفعات مشخصی تکرار می‌شود. از رایج‌ترین مثال برای این مورد می‌توان به حلقه‌های برنامه‌نویسی for

   و while

   اشاره کرد.

 ساختار داده ها

ساختمان داده یا «ساختار داده» (Data Structure)، روش مؤثری را برای ذخیره و بازیابی داده‌ها فراهم می‌کند. ساختار داده‌های متعددی در دسترس برنامه‌نویسان قرار دارد که می‌توانند برای انجام کارهای خود و اجرای اپلیکیشن‌ها، آن‌ها را به‌کار بگیرند. در ادامه، برخی از ساختار داده‌های رایج مورد استفاده در توسعه نرم‌افزار را آورده‌ایم.

• «آرایه‌ها» (Arrays): آرایه‌ها در برنامه‌نویسی، داده‌های برنامه را با ذخیره عناصر مشابه در کنار یکدیگر و به‌وسیله اختصاص حافظه‌های مجاور، سازمان‌دهی می‌کنند. می‌توانیم آرایه‌ها را برا نگهداری فهرستی مرتب از عناصر استفاده کنیم.
• «پشته‌ها» (Stacks): پشته، ساختار داده‌ای خطی است که از ترتیب LIFO یا «آخرین موردی که وارد شده»، «اولین موردی است که خارج می‌شود» یا «Last-In, First-Out» برای اجرای عملیات استفاده می‌کنند. با استفاده از پشته‌ها می‌توانیم الگوریتم بازگشت به عقب را پیاده‌سازی کنیم.
• «صف‌ها» (Queues): صف، یک ساختار داده خطی است که از ترتیب «اولین ورودی، اولین خروجی» برای اجرای عملیات پیروی می‌کند. از این ساختمان داده‌ها می‌توانیم در صف ایمیل‌ها، زمان‌بندی CPU و زمان‌بندی «موردی که اول آمده، اولین موردی است که پردازش می‌شود» یا FCFS استفاده کنیم.
• «لیست‌های پیوندی» (Linked lists): لیست‌های پیوندی، ساختار داده‌های خطی هستند که به‌جای مکان‌های مجاور حافظه، از اشاره‌گرها برای اتصال عناصر استفاده می‌کند.
• «درخت‌های دودویی» (Binary trees): درختان باینری یا دودویی، ساختارهایی غیرخطی محسوب می‌شوند. این نوع ساختار داده شامل نودهایی است که دارای ۲ مقدار یا جهت ممکن هستند. از این نوع ساختمان داده -یعنی درختان باینری – می‌توانیم برای نمایش سلسله مراتب و مشخص کردن روابط ساختاری در داده‌ها استفاده کنیم.
• «گراف‌ها» (Graphs): گراف شامل گره‌ها و همچنین یال‌هایی است که این گره‌ها را به‌هم متصل می‌کند. می‌توانیم از این ساختمان داده برای تخصیص منابع در سیستم‌های عامل و شبکه‌های اجتماعی استفاده کنیم.

شی‌گرایی

برنامه‌نویسی «شی‌گرا» (Object-Oriented)، بر مفهوم اشیا و کلاس‌ها تکیه دارد، که در این مفهوم، یک شی ممکن است داده‌هایی در قالب «ویژگی‌ها» (Attributes) و «متدها» (Methods) را در بر بگیرد. کلاس‌ها در واقع پروتوتایپ یا نمونه‌های اولیه‌ای هستند که توسط کاربر تعریف شده‌اند و می‌توانیم به‌کمک آن‌ها، اشیا – یا آبجکت‌هایی – را بسازیم. به‌طور مثال،‌ کلاسی را در نظر بگیرید که بیان‌گر یک «شخص» (Person) است. این کلاس با نام Person دارای ویژگی‌ یا Attribute-هایی نظیر نام، تاریخ تولد، گروه خونی، ملیت، جنسیت و قد است. این کلاس را می‌توانیم به‌عنوان یک نمونه اولیه برای ایجاد اشیایی به‌کار ببریم که در آن هر شی بیان‌گر شخصی متفاوت با مجموعه‌ای منحصر به فرد از ویژگی‌ها است.

در ادامه، برخی ازمهم‌ترین مفاهیم برنامه‌نویسی شی‌گرا را آورده‌ایم.

• «کپسوله‌سازی» (Encapsulation): کپسوله‌سازی، به اتصال عناصر داده‌ای نظیر متغیرها، خصوصیات و متدهای عضو و تلفیق آن‌ها در مؤلفه‌ای واحد اشاره دارد.
• «انتزاع» (Abstraction): انتزاع به ما امکان می‌دهد تا جزئیات خاص یک کلاس را پنهان کنیم و تنها اطلاعات اساسی، برای دنیای بیرون فراهم شود. به‌طور مثال، مکانیزم کار یک وب‌سرور برای کاربر نهایی ناشناخته‌ است هنگامی‌که که روی دکمه‌ای کلیک می‌کند و اطلاعات مورد نیاز خود را دریافت می‌کند.
• «وراٍثت» (Inheritance): این ویژگی، بیان‌گر توانایی ایجاد کلاسی جدید از کلاس فعلی است. به‌طور مثال، می‌توانیم کلاس فرزندی بسازیم که تمامی خصوصیات کلاس والد خود را به ارث می‌برد. ضمن اینکه متدها و ویژگی‌های خود را نیز دارد.
• «چندریختی» (Polymorphism): خصوصیت چندریختی یا پلی‌مورفیسم، به ما امکان می‌دهد تا به اشیایی از انواع متفاوت با اینترفیسی یکسان دسترسی پیدا کنیم، به‌صورتی‌که هر یک از اشیا، پیاده‌سازی خودش را ارائه می‌دهد.

دیباگ کردن

دیباگ، خطایابی یا اشکال‌زدایی، عنوان‌هایی است که به فرایند حذف خطاهای موجود در برنامه‌های کامپیوتری اشاره دارد. این کار، امکان تولید نرم‌افزارهای کاربردی با عملکرد صحیح را برای تیم‌های مهندسی و توسعه نرم‌افزار امکان‌پذیر می‌کند. به‌وسیله عملیات دیباگ می‌توان بخش‌های جداگانه کدها را برای اطمینان از اینکه برنامه طبق انتظار کار می‌کند بررسی کنیم.

در ادامه، فهرستی از محتمل‌ترین خطاهای برنامه‌نویسی را آورده‌ایم.

• «خطای سینتکس» (Syntax Error): خطای نحو یا خطای سینتکس هنگامی بروز می‌کند که توالی نادرستی از کاراکترها یا توکن‌ها در کدها وجود داشته باشد که از سینتکس زبان برنامه‌نویسی مورد استفاده پیروی نکند. این اشتباهات ممکن است به‌دلیل مواردی نظیر تورفتگی‌ها، فراموش کردن براکت‌ها، ویرگول‌های اضافه، غلط‌های املایی در دستورات و غیره باشند. ابزارهای برنامه‌نویسی، این دسته از خطاها را هنگام کامپایل تشخیص داده و شماره خط شامل خطا و نوع و توضیحی در رابطه با آن را به ما نشان می‌دهند. ما می‌توانیم توضیحات مربوط به خطا را بررسی کرده و کدها را به‌گونه‌ای تغییر دهیم که حاوی ایرادهای مربوط به سینتکس نباشند.
• «خطاهای منطقی» (Logical Errors): خطای منطقی، هنگامی تولید می‌شود که اِشکالی در الگوریتم یا منطق کدهایمان وجود دارد که مانع از ادامه اجرای برنامه می‌شود یا اینکه نتایج اشتباهی را تولید می‌کند. ما تنها زمان اجرای کدها با خطای منطقی رو به رو می شویم، به این دلیل که خطایی در سینتکس کدهایمان وجود ندارد. به‌طور مثال، مقداردهی اولیه یک متغیر می‌تواند منجر به بروز خطای منطقی در کدها شود.
• «خطاهای پنهان» (Latent Errors): خطاهای پنهان یا نهفته، هنگام استفاده از مجموعه‌ای خاص از داده‌ها برای ورودی برنامه، رخ می‌دهند. هنگامی‌که فراموش می‌کنیم تا موارد خاص و نادر را در نظر بگیریم، ممکن است شاهد نتیجه اشتباه از برنامه باشیم یا اینکه به‌طور کل، اجرای برنامه با مشکل رو به رو شود. به‌طور مثال، فرض کنید برنامه‌ای نوشته‌ایم که تاریخ تولد کاربر را دریافت می‌کند، اما اشتباهات احتمالی کاربر را در نظر نمی‌گیرد. برای نمونه، بررسی نمی‌کند که آیا عدد وارد‌‌ شده توسط کاربر، شامل کاراکتر الفبایی است یا خیر. در این‌جا، محتمل است که برنامه دچار اختلال در عملکرد شود یا اینکه اجرای خود را متوقف کند.

ابزارهای برنامه نویسی

«محیط‌های توسعه یکپارچه» (Integrated Development Environments | IDEs)، اپلیکیشن‌هایی هستند که امکان نوشتن، کامپایل و اجرای کدها را برای برنامه‌نویسان فراهم می‌کنند. IDE-ها، رابط متمرکزی شامل ابزارهای تکمیل،‌ کامپایل، دیباگ و هایلایت سینتکس و غیره را فراهم می‌کنند.

برخی از IDE-ها، همچنین امکان افزودن پلاگین – یا افزونه – را برای ما فراهم می‌کنند و به ما امکان می‌دهند تا در کدهای فریمورک پیمایش کرده و کلاس‌ها و ویژگی‌های سفارشی خود را اضافه کنیم.

در ادامه، مواردی را بیان کرده‌ایم که با به‌کارگیری IDE-ها تسهیل می‌شوند.

• کدنویسی: برای کدنویسی و ویرایش کدهای برنامه به منظور انجام مجموعه‌ای از وظایف، از IDE استفاده می‌کنیم.
• کامپایل کدها: محیط‌های توسعه یکپارچه، با تبدیل کدهای قابل فهم توسط انسان به شکلی که توسط کامپیوتر قابل فهم است – با استفاده از کامپایلر – کدها را کامپایل می‌کنند.
• دیباگ کدها: IDE-ها به ما کمک می‌کنند تا خطاهای موجود در کدهایمان را پیدا و آن‌ها را رفع کنیم.
• نظارت بر منابع: می‌توانیم روی پارامترهای گوناگونی نظیر فضای دیسک، مصرف منابع، به‌کارگیری حافظه، فضای آزاد روی دیسک و حافظه کش نظارت کنیم که ما را در بهینه‌سازی اجرای سریع‌تر و کارآمدتر کدهایمان یاری می‌دهند.
• ابزارهای اتوماسیون Building: برخی از IDE-ها، ابزارهای خودکاری را برای وظایف توسعه در اختیار کاربر قرار می‌دهند.

از IDE-های معروف می‌توانیم به PyCharm ،Android Studio ،Coda و Eclipse اشاره کنیم.

نکاتی برای تقویت مهارت های برنامه نویسی

در ادامه، برخی نکاتی را آورده‌ایم که پیروی از آن‌ها مهارت برنامه‌نویسی ما را بهبود می‌دهند.

• گذراندن دوره‌های آموزشی بیشتر: لازم است تا دوره‌های بیشتری را برای بهبود و تقویت مهارت‌های برنامه‌نویسی خود بگذرانیم. دوره‌های آموزشی شامل کوئیزها، پروژه‌های بزرگ و غیره هستند.
• نمایش سورس کد: به‌عنوان یک تمرین خوب می‌توانیم سورس کدهای یک ماژول را با هدف فهمیدن نکاتی در مورد ساختار طراحی و روند پیاده‌سازی آن بررسی کنیم. این کار به ما کمک می‌کند تا ماژول مخصوص خود را برای یک برنامه طراحی کنیم.
• کار روی پروژه‌های کوچک: با کار روی پروژه‌های کامل – که تمامی فرایندهای توسعه را شامل می‌شوند – ساختار کلی یک برنامه را به‌همراه بهترین شیوه‌های کدنویسی و روش‌های بهینه‌سازی یاد می‌گیرید. یک پروژه مراحل گوناگونی نظیر جمع‌آوری داده‌ها،‌ آماده‌سازی داده‌ها برای تحلیل، توسعه الگوریتم، تست کدها و استقرار را در بر می‌گیرد.
• شرکت در رقابت‌های برنامه‌نویسی: برنامه‌نویسی رقابتی می‌تواند توانایی‌های حل مسئله و مهارت‌های الگوریتمی ما را بهبود بخشد.
• دنبال کردن سایر برنامه‌نویسان: می‌توانیم سورس کدهای سایر برنامه‌نویسان روی پلتفرم‌های گوناگون نظیر گیت هاب یا Kaggle را بررسی کنیم. این مورد به ما امکان می‌دهد تا مهارت‌های برنامه‌نویسی خود را تقویت کنیم و با آخرین پیشرفت‌های این حوزه، به‌روز بمانیم.

معرفی زبان های برنامه نویسی

پیش از این، اشاره کردیم که به واسطه زبان‌های برنامه‌‌نویسی می‌توانیم به‌کامپیوتر‌ها بگوییم که چه کاری را انجام دهند. در این قسمت از مطلب معرفی الفبای برنامه نویسی می‌خواهیم مروری کوتاه بر زبان‌های موجود داشته باشیم. هر زبان، مزیت‌هایی دارد و همچنین، بسیاری از عملکرد‌های آن‌ها با هم هم‌پوشانی‌ دارند. با توجه به اینکه زبان‌های متعددی وجود دارند، شاید اینکه با کدام‌یک شروع ‌کنند، برای تازه‌کارها قابل تشخیص نباشد. در ادامه این مطلب از مجله فرادرس، ۵ زبان که به لحاظ یادگیری ساده‌تر هستد را با هم مرور می‌کنیم.

زبان HTML

نام HTML را به احتمال زیاد شنیده باشید. این زبان، از نظر فنی یک زبان نشانه‌گذاری – و نه یک زبان برنامه‌نویسی – محسوب می‌شود. HTML مخفف «Hypertext Markup Language» و به معنای «زبان نشانه‌گذاری فرامتن» است. این زبان، توانایی انجام عملکرد‌های پایه‌ای زبان‌های برنامه‌نویسی را ندارد. به‌طور مثال، شامل عبارات شرطی، عملیات اصلی ریاضی، ایجاد منطق و غیره را ندارد.

دارا نبودن ساختار کنترلی مثل if-else در HTML  به این معنا نیست که یادگیری آن بی‌فایده است. HTML زبان استاندارد اینترنت است که می‌تواند ساختار صفحات وب را ایجاد و نمایش دهد.

HTML به‌دلیل به‌کارگیری تعداد زیادی از تگ‌ها یا برچسب‌هایی مشهور است که نوع متن روی صفحه را مشخص می‌کنند. به‌طور مثال، متن بدنه در صفحه پیش روی شما، با یک تگ <body>

  شروع و با یک تگ <body/>

  به پایان می‌رسد. می‌توان گفت که تگ‌های HTML، هر محتوای متنی روی یک صفحه وب – از اندازه فونت گرفته تا لینک‌ها – را تعریف می‌کنند.

هر کسی که با صفحات وب کار می‌کند نظیر متخصصان فرانت‌اند و کارشناسان فول‌استک، می‌بایست HTML را بلد باشد. در صورتی‌که بهبود و ایجاد تغییرات در وب‌سایت‌ها برای شما لذت‌بخش است، آموختن HTML به شما امکان می‌دهد تا سفارشی‌سازی‌های بیشتری را نسبت به قالب‌های از پیش‌تعریف شده داشته باشید.

با توجه به شناخته‌شده بودن HTML، دوره‌های ویدیویی و متنی زیادی در رابطه با آن وجود دارد. خود این زبان نیز برای یادگیری ساده است و تگ‌های آن نیز از قوانین ثابتی پیروی می‌کنند که یادگیری دستورات و کارکرد‌های جدید را ساده می‌سازد.

زبان CSS

پس از اینکه ساختار و محتوای صفحه وب را با HTML ایجاد کردیم. از CSS برای مشخص کردن ظاهر هر یک از عناصر HTML استفاده می‌کنیم. تمامی عناصر و ساختارهایی که در یک صفحه وب مشاهده می‌کنید نظیر کادر‌های متنی، تصاویر پس‌زمینه و منوها‌ با CSS کدنویسی شده‌اند.

به احتمال زیاد متوجه این موضوع شده‌اید که بیشتر وب‌سایت‌ها در دستگاه‌های کوچکتر – نظیر موبایل و تبلت – نسبت به نمایشگر‌های لپتاپ یا دسکتاپ دارای ظاهری متفاوت و مناسب دستگاه مورد استفاده هستند. دلیل این امر به CSS مربوط می‌شود که کنترل می‌کند کدام‌يک از عناصر صفحه، بسته به اندازه و وضوح، پنهان یا ظاهر شوند.

CSS، زبانی مبتنی بر قواعد است. یعنی ما با اعمال قواعدها به هر نوع از گروه‌های تعریف شده در HTML، ظاهر انواع مختلف عناصر متنی و صفحات را مشخص می‌کنیم. به‌طور مثال، با CSS می‌توانیم خط زیر لینک‌ها را تغییر دهیم. تمامی تیتر‌های سطح ۲ را بولد کرده و رنگ آن را به سبز تبدیل کنیم.

با اینکه CSS و HTML به‌طور مستقل به‌کار می‌روند اما مکمل همدیگر هستند و صفحات وب با محتوا و استایل سفارشی‌شده‌ای را ایجاد می‌کنند. این زبان هم مانند HTML، یک زبان برنامه‌نویسی در نظر گرفته نمی‌شود. با این حال، یکی از ۳ زبان مورد استفاده برای تولید صفحات وب است.

به‌علت کارکرد نزدیکی که CSS به HTML دارد، لازم است تا متخصصان فرانت‌اند و همچنین توسعه‌دهندگان بک‌اند با آن آشنایی کاملی داشته باشند. گذراندن یک دوره مقدماتی CSS، اصول پایه‌ای آن را – به اندازه ویرایش یک صفحه وب به شما آموزش می‌دهد. اما اگر می‌خواهید از عملکرد پیشرفته‌تر CSS بهره‌مند شوید، فریمورک‌ها و قالب‌های CSS متعددی برای این منظور وجود دارند.

زبان جاوا اسکریپت

با در نظر گرفتن این مورد که HTML و CSS نمی‌توانند به‌طور مستقیم عبارات شرطی و سایر عملکردهای تصمیم‌گیری را شامل شوند، به‌عنوان زبان‌های برنامه‌نویسی کاملی در نظر گرفته نمی‌شوند. با این وجود، اگر بخواهیم صفحات ما تعاملی باشند، به‌طور مثال، منوی باز‌ شونده‌ یا دکمه‌ای را اضافه‌ کنیم که رنگ و متن آن، هنگام عبور اشاره‌گر تغییر کند در این هنگام از جاوا اسکریپت استفاده می‌کنیم.

جاوا اسکریپت به عنوان یک زبان برنامه‌نویسی کامل، به منظور مدیریت حلقه‌های برنامه‌نویسی و اتخاذ تصمیم‌های منطقی بر مبنای ورودی به‌کار می‌رود. مانند زمانی‌که ماوس را روی منویی حرکت می‌دهیم یا هنگامی که چیزی را درون کادر جست و جو وارد می‌کنیم. همچنین به‌خاطر اینکه جاوا اسکریپت خروجی HTML و CSS تولید می‌کند می‌تواند صفحات وب را تعاملی و پویا کند.

موارد بیان شده، تنها قسمتی از توانایی‌های JS است. به‌وسیله محیط‌های پروژه نظیر نود جی اس می‌توان جاوا اسکریپت را خارج از مرورگر وب و در بک‌اند نیز اجرا کرد. این مورد به برنامه‌نویسان کمک می‌کند تا وب اپلیکیشن خود را تنها با یک زبان برنامه‌نویسی پیاده‌سازی کنند.

جاوا اسکریپت سومین زبان از مجموعه زبان‌های طراحی صفحات وب است که معرفی کردیم. توسعه‌دهندگان فرانت‌اند و فول‌استک می‌بایست بر این زبان نیز در کنار CSS و HTML مسط باشند. همچنین با توجه به عملکردی که در سمت سرور با محیط‌هایی مانند نود جی اس دارد، توسعه‌دهندگان بک‌اند نیز می‌توانند با یادگیری JS از امکانات آن بهره‌مند شوند.

جاوا اسکریپت در حالی‌که نسبت به HTML و CSS پیچیده‌تر است اما یکی از آسان‌ترین زبان‌های برنامه‌نویسی برای یادگیری محسوب می‌شود. JS یک زبان تفسیری است و به‌سادگی می‌تواند با زبان‌هایی مانند HTML مورد استفاده قرار گیرد. مورد دیگری که جاوا اسکریپت را برای یادگیری ساده می‌سازد، این است که می‌توانیم قطعه کدهای پیچیده‌ای بنویسیم و آن‌ها را درون مرورگر، آزمایش کنیم. افزون بر این، اگر HTML و CSS را از پیش بلد باشیم، در آموختن JS شروع سریع‌تری خواهیم داشت.

پایتون

هنگامی که حرف از زبان‌های برنامه‌نویسی ساده برای یادگیری می‌شود، نمی‌توانیم از زبان پایتون، این مار غول‌پیکر و قوی صحبتی به میان نیاوریم. پایتون به‌طور پیوسته به ‌عنوان یکی از محبوب‌ترین زبان‌های برنامه‌نویسی شناخته می‌شود. دلیل معقولی نیز برای این منظور وجود دارد. طراحی پایتون به‌گونه‌ای بوده است تا کدهای آن‌خوانایی بالایی داشته باشند و همچنین عملکرد آن به‌وسیله ماژول‌ها و بدون دردسر در آینده گسترش یابد.

از دلایل دیگری که باعث محبوبیت پایتون شده است، قابلیت پشتیبانی از برنامه‌نویسی «چند الگویی» (Multi-Paradigm Programming) آن است که به برنامه‌نویس اجازه می‌دهد تا به سبک‌ها – یا پارادایم‌های – گوناگون، برنامه‌نویسی کند. این الگوها شامل «برنامه‌نویسی شی‌گرا» (Object-Oriented Programming)، که روی دستکاری دیتاست‌ها – یا اشیا – متمرکز است و همچنین «برنامه‌نویسی تابعی» (Functional Programming)، که بر به‌کارگیری توابع برای انجام عملیات پیچیده یا چندگانه معطوف است.

پایتون، زبانی با کاربردهای وسیع و متنوع است. توسعه‌دهندگانی هستند که از این زبان به منظور توسعه وب بهره می‌گیرند یا افرادی که برای توسعه اپلیکیشن‌ها یا بازی‌ها از آن استفاده می‌کنند. همچنین دانشمندان علم داده از پایتون استفاده می‌کنند زیرا این زبان با بازیابی و تحلیل دیتاست‌های بزرگ به‌خوبی کار می‌کند.

به‌طور معمول، خوانایی، خصوصیتی نیست که به‌خاطر آن زبان برنامه‌نویسی جدیدی را به‌وجود آورند. هنگامی‌که شروع به یادگیری پایتون می‌کنید، پی خواهید برد که نه تنها همه چیز باید ساده باشد، بلکه کدهای پیچیده نیز قابل قبول نیستند.

زبان R

زبان برنامه‌نویسی R در سال ۱۹۹۳ (۱۳۷۲ شمسی) معرفی شد و به‌عنوان یک زبان برنامه‌نویسی، مورد توجه افراد علاقه‌مند به تحلیل آماری، علم داده یا داده‌کاوی قرار گرفت. در حالی‌که زبان R به‌طور معمول از طریق رابط خط فرمان در دسترس است اما رابط‌های گرافیکی متعددی برای آن وجود دارد. برخی از رابط‌ها به افراد امکان می‌دهند تا بدون نیاز به یادگیری کدهای زبان R از توابع پایه این زبان استفاده کنند که یکی از دلایل محبوبیت این زبان را نشان می‌دهد. اکنون که با الفبای برنامه نویسی آشنا شدیم، اجازه دهید برخی از مفاهیم اولیه مورد نیاز آن را نیز در ادامه، با هم مرور کنیم.

مقدمه ای بر الفبای برنامه نویسی

در ادامه، برخی تعاریف و پیش‌نیازهایی را‌ آورده‌ایم که لازم است قبل از تشریح الفبای برنامه‌نویسی از آن‌ها آگاه باشیم.

برنامه نویسی چیست؟

انسان‌ها به‌منظور برقراری ارتباط با یکدیگر با هم صحبت می‌کنند. حال اگر بخواهیم با کامپیوتر – که زبان ما را به‌طور مستقیم متوجه نمی‌شود – صحبت کنیم، باید از طریق زبان‌هایی خاص که در قالب کدها بیان می‌شوند با این دستگاه‌ها ارتباط برقرار کنیم. به‌طور کلی، از طریق برنامه‌نویسی به کامپیوتر می‌گوییم که چه کاری را انجام دهد.

فرض کنید که می‌خواهیم خواهیم کسب و کار خود را به سایر افراد معرفی کنیم. برای این منظور، وب‌سایتی می‌سازیم و در آن توضیحات مربوطه را ارائه می‌دهیم. به لحاظ فنی، این کار – ایجاد یک وب‌سایت – با نوشتن یک صفحه وب با زبان HTML – از زبان‌های طراحی وب – انجام می‌شود که می‌توانیم آن را روی سرور قرار دهیم. بدین‌ترتیب، افراد می‌توانند این صفحه وب را از سرور، دریافت و توضیحاتی که برای معرفی یا ارائه محصولات خود نوشته‌ایم را مشاهده کنند.

تمامی عملیات صورت‌گرفته روی سرور، مرورگر وب و وب‌سایت، به‌وسیله برنامه‌نویسی انجام می‌شود. خودرو، تلویزیون و به‌طور کلی انواع سیستم‌ها، همگی دارای کدهایی هستند که اجرا می‌شوند و کارهای معینی را انجام می‌دهند. به‌همین دلیل و با عملکردی مناسبی که از خود نشان می‌دهند زندگی ما را راحت‌تر می‌کنند. همه این اتفاق‌ها بر مبنای کدهایی رخ می‌دهند که با هدف خاصی نوشته شده‌اند.

آینده برنامه نویسی چیست؟‌

به‌طور خلاصه، می‌توانیم این پرسش را با روی کار آمدن «ربات‌ها و هوش مصنوعی یا AI» پاسخ بدهیم و این چیزی است که در حال رخ دادن است و اکنون نیز شاهد آن هستیم.

ربات‌ها در حال ورود به ابعاد گوناگون دنیا و زندگی ما هستند. به‌عنوان کاربر – یا کسی که نقش مصرف کننده خدمات ربات را دارد – به احتمال قوی نمی‌خواهیم که خودمان ربات مورد استفاده را برنامه‌‌نویسی کنیم.

همچنین، اگر جزو کسانی هستید که می‌خواهند در آینده روی این موضوع از نظر شغلی سرمایه‌گذاری کنند و ربات‌هایی را برنامه‌نویسی کنند که وظایف گوناگونی را انجام می‌دهند، بهتر است که دست به کار شوید و برنامه‌نویسی را یاد بگیرید.

چگونه برنامه نویسی را شروع کنیم؟

اکنون، بهترین زمان یادگیری برنامه‌نویسی است و دوره‌ها، فیلم‌های آموزشی و سایر منابع آموزشی وجود دارند تا شما را در این کار یاری دهند. حتی به برخی از این منابع عالی می‌توانیم به‌طور رایگان دسترسی داشته باشیم. کودکان نیز می‌توانند از طریق بازی‌های برنامه‌نویسی موجود، هنور برنامه‌نویسی را درکنار سرگرم شدن، به‌خوبی بیاموزند.

الگوریتم در برنامه نویسی چیست؟

«الگوریتم» (Algorithm)، شامل مجموعه‌ای از دستورات است که به‌وسیله کامپیوتر دنبال می‌شوند تا از این طریق محاسباتی انجام شود یا سایر عملیات حل مسئله صورت گیرد. با توجه به تعریف رسمی این مفهوم، الگوریتم، مجموعه‌ای محدودی از دستورالعمل‌ها است که با ترتیب خاصی اجرا می‌شوند و وظیفه خاصی را انجام می‌دهند. باید توجه داشته باشید که منظور از الگوریتم، کل برنامه یا کدهای آن نیست، بلکه منطق ساده‌ای برای یک برنامه است که به‌صورت یک توصیف غیر رسمی به شکل «فلوچارت» (Flowchart) یا «شبه کد» (Pseudocode) نمایش داده می‌شود.

در ادامه مؤلفه‌های الگوریتم را آورده‌ایم.

• مسئله: مسئله را می‌توان به‌صورت یک مشکل واقعی یا نمونه‌ای از آن در نظر گرفت که برای حل آن نیاز است تا برنامه یا مجموعه‌ای از دستورات را طراحی کنیم. در واقع، الگوریتم مجموعه‌ای از دستورات یا «دستورالعمل‌ها» (Instructions) است.
• الگوریتم: الگوریتم به‌صورت یه روند مرحله به مرحله تعریف می‌شود که به منظور حل یک مسئله، طراحی و توسعه یافته است.
• ورودی: پس از اینکه الگوریتم طراحی شد، ورودی‌های مناسب و ضروری به آن داده می‌شود.
• واحد پردازش: ورودی الگوریتم به واحد پردازش، منتقل و در نهایت خروجی مورد نظر تولید می‌شود.
• خروجی: خروجی نیز به نتایج یا حاصل برنامه اشاره دارد.

الگوریتم طراحی‌شده، داده‌های ورودی را دریافت می‌کند. این داده‌ها می‌توانند در فرمت‌های مختلف نظیر اعداد، متون یا تصاویر باشند. سپس داده‌های ورودی به‌وسیله مجموعه‌ای از عملیات منطقی و ریاضی، پردازش شده و در صورت لزوم دستکاری و تبدیل می‌شوند. پس از پردازش، الگوریتم یک خروجی را تولید می‌کند که می‌تواند یک نتیجه، تصمیم یا اطلاعات معنی‌دار دیگری باشد.

یکی از جنبه‌های مهم الگوریتم‌ها، کارآمدی آن‌ها به لحاظ اجرای سریع کارها با به‌کارگیری حداقل منابع است. طراحان الگوریتم، پیوسته به‌دنبال روش‌هایی برای بهینه کردن الگوریتم‌ها خود هستند تا آن‌ها را سریع‌تر و پایدار‌تر بسازند. در آخر، الگوریتم‌ها در زبان‌های برنامه‌نویسی گوناگونی پیاده‌سازی می‌شوند و به کامپیوترها امکان می‌دهند تا آن‌ها را اجرا کرده و نتایج مطلوب و مورد نظر را تولید کنند.

انواع الگوریتم‌های برنامه‌ نویسی

در ادامه برخی از الگوریتم مربوط به علوم کامپیوتر را معرفی کرده‌ایم.

الگوریتم بروت فورس

الگوریتم Brute Force رویکردی ساده است که به‌طور جامع تمامی راه‌حل‌های ممکن را بررسی می‌کند. این الگوریتم برای مسائل کوچک مناسب است و به‌خاطر پیچیدگی زمانی بالا ممکن است برای نمونه‌های بزرگ کاربردی نباشد.

به‌عنوان مثال از این الگوریتم می‌توانیم به حمله Brute Force اشاره کنیم که در آن، حالات ممکن یک پسورد تا هنگام پیدا شدن ترکیب صحیح بررسی می‌شوند. به این معنی که تمامی پسوردهایی که ممکن است وجود داشته باشند تک تک بررسی می‌شوند.

الگوریتم بازگشتی

الگوریتم بازگشتی رویکردی است که مسئله را به زیرمسائلی کوچکتر و مشابه تقسیم می‌کند و منطق خود را برای حل آن‌ها تکرار می‌کند تا به شرط پایه برسد. این خصوصیت، الگوریتم‌های بازگشتی را برای حل مسائلی با ساختار بازگشتی کارآمد می‌سازد.

الگوریتم رمزگذاری

الگوریتم‌های Encryption به منظور تبدیل داده‌ها به شکلی غیرقابل خواندن و ایمن با روش‌های رمزنگاری به‌کار می‌روند و حفظ حریم خصوصی و محرمانگی را در تراکنش‌ها و ارتباطات دیجیتال تضمین می‌کنند.

الگوریتم های بازگشت به عقب

الگوریتم‌های Backtracking، روشی مبنی بر آزمون و خطا دارند و راه‌حل‌های محتمل را جست و جو می‌کنند. انتخاب‌هایی که منجر به خروجی ناصحیحی می‌شوند را نیز لغو می‌کند. این الگوریتم، به‌طور معمول در چالش‌ها و مسائل بهینه‌سازی به‌کار می‌رود.

الگوریتم های جست و جو

الگوریتم‌های Searching، با هدف پیدا کردن عنصر خاصی درون یک دیتاست، طراحی شده‌اند و بازیابی کارآمد اطلاعات از مجموعه‌های مرتب و نامرتب را امکان‌پذیر می‌کنند.

الگوریتم های مرتب سازی

الگوریتم‌های Sorting سعی در نظم بخشیدن به عناصر، در ترتیب خاصی نظیر عددی یا الفبایی دارند و از این طریق، سازماندهی و بازیابی داده‌ها را بهبود می‌بخشند.

الگوریتم های هش

الگوریتم‌های «هشینگ» (Hashing)، داده‌ها را به مقدار هش با طول ثابت تبدیل می‌کنند. این فرایند، دسترسی و بازیابی سریع در جدول‌های هش را امکان‌پذیر می‌کند و به‌طور رایج در پایگاه‌ داده‌ و ذخیره‌سازی پسوردها، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تقسیم و غلبه

الگوریتم Divide and Conquer، یک مسئله پیچیده را به زیرمسائلی کوچکتر تقسیم کرده و هریک را به‌طور جداگانه حل می‌کند. سپس، راه‌حل‌های خود را برای حل بهینه مسئله اصلی تلفیق می‌کند.

الگوریتم برنامه نویسی پویا

الگوریتم «برنامه‌ریزی پویا» (Dynamic Programming)، نتایج میانی را به منظور پرهیز از افزونگی محاسبات و بهبود کارایی حل مسائل پیچیده، ذخیره و به‌طور مجدد استفاده می‌کند.

الگوریتم تصادفی

الگوریتم Randomized، تصادفی بودن را در گام‌های خود برای رسیدن به یک راه‌حل به‌کار می‌برد. بیشتر نیز در مواقعی استفاده می‌شود که یک پاسخ قطعی یا احتمالی کافی است. الگوریتم‌ها، برنامه‌نویسان را در نوشتن کدهایشان راهنمایی می‌کنند. در یکی از مطالب پیشین، به‌طور مفصل به الگوریتم‌ها پر‌داخته‌ایم که مطالعه آن کمک زیادی در درک الگوریتم‌ها و کاربردهای گوناگون آن به ‌شما ارائه می‌دهد. در ادامه، ۲ مثال الگوریتم را با هم مرور می‌کنیم.

نمونه الگوریتم اول

صورت مسئله این است که یک الگوریتم برای ضرب ۲ عدد و نمایش خروجی آن ارائه دهیم. مراحل و دستورالعمل‌های این الگوریتم به‌صورتی خواهد بود که در ادامه آورده‌ایم.

1. شروع
2. ۳ متغیر عدد صحیح به‌نام‌های y، x و z تعریف می‌کنیم.
3. مقادیر x و y را مشخص می‌کنیم.
4. مقادیر x و y را در هم ضرب می‌کنیم.
5. نتیجه را در z ذخیره می‌کنیم.
6. z را چاپ می‌کنیم.
7. پایان

نمونه الگوریتم دوم

1. شروع
2. عددی را از ورودی خوانده و در متغیر N قرار می‌دهیم.
3. ۲ متغیر fact و i را تعریف و با ۱ مقداردهی می‌کنیم.
4. بررسی شرط i<=N

    ، در صورت عدم برآورده شدن، به مرحله ۷ می‌رویم.

5. اجرای عبارت fact=fact*i

   .

6. i را به‌صورت i=i+1

    به‌روز می‌کنیم و به مرحله ۴ می‌رویم.

7. fact را چاپ می‌کنیم.
8. پایان

با توجه به توضیحاتی که داده شد، الگوریتم‌ها را می‌توانیم جزوی از الفبای برنامه نویسی در نظر بگیریم.

سوالات متداول

اکنون که با الفبای برنامه نویسی آشنا شدیم، برخی از سوالات متداول در این زمینه را با هم مرور می‌کنیم.

منظور از الفبای برنامه نویسی چیست؟

منظور از الفبای برنامه نویسی، مفاهیمی است که برای نوشتن برنامه‌ها لازم است تا بیاموزیم.

چه مواردی جزو الفبای برنامه نویسی هستند؟

متغیرها‌ و ثابت‌ها، ساختارهای کنترلی، ساختمان داده‌ها، فرایند دیباگ کردن، آشنایی با ابزارهای مفید در برنامه‌نویسی، مفاهیم شی‌گرایی مانند آبجکت‌ها، کلاس‌ها، کپسوله‌سازی، وراثت، چندریختی و غیره را می‌توانیم جزو الفبای برنامه نویسی در نظر بگیریم.

جمع‌بندی

در این مطلب از مجله فرادرس، به آموزش الفبای برنامه نویسی پرداختیم. همچنین، هر یک از مفاهیم موجود را تا حد ممکن به‌طور کامل توضیح داده‌یم.

برنامه‌نویسی کامپیوتری شامل فرایند نوشتن دستوراتی است که سیستم کامپیوتری را برای انجام مجموعه‌ای از تسک‌ها – یا وظایف – هدایت می‌کند. آشنایی و تسلط روی این مفاهیم و الفبای برنامه نویسی، برای هر برنامه‌نویس و توسعه‌دهند‌ه‌ای لازم است.