مفهوم کتابخانه یا library در برنامه نویسی چیست و چه کاربردی دارد؟

واژه کتابخانه یا لایبرری، یکی از پرکاربردترین واژگان در برنامه نویسی است. کتابخانه‌ها کاربرد بسیار زیادی در برنامه نویسی دارند. اگر در حال خواندن این مقاله هستید، پس حتما به تازگی برنامه نویسی را شروع کرده‌اید و یا به برنامه نویسی علاقه دارید. اگر هنوز اطلاعات کافی در مورد برنامه نویسی ندارید، بهتر است بخوانید برنامه نویسی چیست. در ادامه می‌خواهیم به بررسی مفهوم کتابخانه در برنامه نویسی بپردازیم و کاربردهای آن را به شما بگوییم. در ادامه با ما همراه باشید تا بگوییم که چرا باید به عنوان یک برنامه نویس، انواع کتابخانه‌ها را بشناسید و از آن‌ها به بهترین شکل ممکن استفاده کنید.

منظور از کتابخانه در برنامه نویسی چیست؟

اگر کمی در مورد برنامه نویسی کنجکاوی کرده باشید،‌ حتما واژه لایبرری به گوشتان خورده است. لایبرری در لغت به معنای کتابخانه است. اما منظور از لایبرری در برنامه نویسی دقیقا چیست؟ لایبرری یا همان کتابخانه در برنامه نویسی، مجموعه‌ای از کدهای از پیش ساخته شده است که توسعه دهندگان و برنامه نویسان می‌توانند در توسعه نرم افزار‌ خود، از آن‌ها کمک بگیرند. به عبارت دیگر، کتابخانه‌ها مجموعه‌ای از بخش‌های برنامه هستند که کارهای تخصصی را انجام می‌دهند.

به عنوان مثال، فرض کنید پروژه مد نظر شما، ساخت یک روزنامه دیواری است. برای ساخت روزنامه دیواری، شما نیاز به مقوا، خودکار، چسب و … دارید. کافی است از این امکانات به درستی استفاده کنید؛ قرار نیست مقوا و چسب و خودکار را هم از اول بسازید! فقط باید استفاده درست از آن‌ها را به خوبی بدانید. اگر کمی زیرک باشید و این مثال را با کار یک برنامه نویس مقایسه کنید، به خوبی متوجه مفهوم کتابخانه‌ها خواهید شد. ساخت روزنامه دیواری، همان پروژه مورد نظر برنامه نویس است و امکاناتی مثل چسب و مقوا و … همان کتابخانه‌هایی هستند که در اختیار برنامه نویس قرار دارند. بنابراین می‌بینید که وجود کتابخانه‌ها چقدر می‌تواند به سرعت برنامه نویس و بهبود عملکرد او کمک کند.

کاربرد کتابخانه‌ ها در برنامه نویسی چیست و چه مزایای دارد؟

کتابخانه‌ها توسط برنامه نویسان در سرار دنیا نوشته شده‌اند و در اکثر زبان‌های برنامه نویسی وجود دارند. این لایبرری‌ها می‌توانند بسیاری از ویژگی‌های مورد نیاز توسعه دهندگان را به برنامه اضافه کنند. به زبان ساده، کتابخانه‌ها امکاناتی را در اخیار برنامه نویسان قرار می‌دهند که با استفاده از آن‌ها، برنامه نویسی بسیار آسان‌تر و لذت بخش‌تر خواهد بود. استفاده از کتابخانه‌ها مزایای بسیاری دارد که در ادامه مهم‌ترین آن‌ها را ذکر می‌کنیم.

تسریع در برنامه نویسی

با استفاده از کتابخانه‌ها، دیگر لازم نیست توسعه دهندگان تمام قسمت‌های ریز و درشت برنامه را از صفر تا صد بنویسند، بلکه می‌توانند به کمک کدهای از پیش نوشته شده،‌ با سرعت بیشتری ماژول‌های مورد نظر را طراحی کرده و برنامه را به سرعت توسعه دهند.

پایداری بیشتر

کتابخانه‌هایی که در اختیار برنامه نویسان قرار می‌گیرند، قبلا در همه جهان منتشر شده‌اند و برنامه نویسان زیادی از آن‌ها استفاده کرده‌اند. بنابراین شما اولین نفری نیستید که در حال استفاده از این کدها است. این کتابخانه‌ها بارها و بارها مورد اجرا و تست قرار گرفته‌اند و اگر اشکالی داشتند، حتما برطرف شده است. به این ترتیب می‌توانید اطمینان داشته باید که این کدها پایدار هستند و باگ یا مشکل خاصی ندارند.

امنیت بالاتر

قطعا امنیت پروژه‌ها برای توسعه‌دهندگان بسیار اهمیت دارد. کتابخانه‌ها جهت حفظ امنیت،‌ از قوانین خاصی پیروی می‌کنند. وجود این قوانین باعث می‌شود کتابخانه‌ها امنیت لازم را داشته باشند و استفاده از آن‌ها،‌ منجر به ایجاد باگ امنیتی در پروژه شما نشود.

کاهش حجم کدها

یکی از مهم‌ترین اصول در برنامه نویسی، کاهش حجم کدها و جلوگیری از افزونگی بی‌مورد است. کاهش حجم کدها نه تنها کمک می‌کند تا کد شما خواناتر باشد، بلکه باعث می‌شود فرآیند دیباگ و پیدا کردن خطاهای کد نیز ساده‌تر شود. این موضوع، به ویژه زمانی اهمیت بیشتری پیدا می‌کند که در پروژه‌های بزرگ و تیمی، چندین واحد مختلف مشغول به کار روی یک پروژه هستند. با استفاده از کتابخانه‌ها می‌توان از به کار بردن کدهای تکراری در پروژه‌ها جلوگیری کرد.

امکان تست کتابخانه ها

استفاده از کتابخانه‌ها این امکان را به شما می‌دهد که در صورت وجود هرگونه مشکل در کد، تکه کدهای آماده را به صورت مجزا تست کنید و راحت‌تر باگ برنامه خود را پیدا کنید.

انواع کتابخانه ها

کتابخانه‌ها دارای دو دسته اصلی هستند، کتابخانه‌های ثابت یا Static و کتابخانه‌های پویا یا Dynamic. همه کتابخانه‌ها بر اساس نوع رفتاری که دارند، در یکی از این دو دسته کلی قرار می‌گیرند. در ادامه ویژگی‌ها و تفاوت‌های این دو نوع کتابخانه را بررسی می‌کنیم.

کتابخانه‌های ثابت یا استاتیک (Static)

کتابخانه‌های ثابت چیزی بیش‌تر از یک سری فایل شی (Object File) نیستند. Object fileها سورس‌های کامپایل شده ما به زبان ماشین هستند. این نوع کتابخانه‌ها به دلیل ماهیتی که دارند، تحت عنوان آرشیو (Archive) هم شناخته می‌شوند. با استفاده از کتابخانه‌های استاتیک، برنامه‌ای که در نهایت اجرا می‌کنید، شامل تمام کدها و کتابخانه‌های ایستا استفاده شده خواهد بود.

کتابخانه های پویا (Dynamic) یا قابل اشتراک

کتابخانه پویا یا اشتراکی، فایلی است که برای اشتراک‌گذاری به وسیله فایل‌های قابل اجرا در نظر گرفته می‌شود. نام این نوع کتابخانه‌ها نیز درست مانند کتابخانه‌های استاتیک، با توجه به ماهیت این کدها انتخاب شده است. در استفاده از کتابخانه‌های پویا، نیازی نیست کد را در برنامه خود کپی کنید. در این حالت، اطلاعات لازم برای این کتابخانه‌ها در حافظه ثبت می‌شوند و نیازی به اضافه کردن کد به فایل اجرایی نیست.

به این ترتیب،‌ در پایان کار، فایل اجرایی که به دست می‌آید حجم کمتری خواهد داشت. لذا برنامه‌هایی که از کتابخانه‌های پویا استفاده می‌کنند بسیار کوچکتر از برنامه‌هایی هستند که از کتابخانه‌های استاتیک کمک می‌گیرند. عملکرد این کتابخانه‌ها به این ترتیب است که در زمان اجرای فایل، کدهایی که فراخوانی می‌شوند در حافظه اشتراکی بارگذاری می‌شوند که می‌توانند توسط سایر برنامه‌ها مورد استفاده قرار گیرند.

استفاده از کتابخانه های داینامیک بهتر است یا استاتیک؟

به طور کلی، استفاده از کتابخانه های داینامیک بهتر از کتابخانه‌های استاتیک است زیرا:

• فایل اجرایی بسیار کوچک تر خواهد بود، بنابراین به سرعت بارگیری می‌شود.
• کد شی فقط در صورتی بارگذاری می‌شود که توسط برنامه فراخوانی شود. در بسیاری از برنامه‌های پیچیده، اتفاق می‌افتد که فقط یک بخش کوچک برای هر کار خاصی اجرا می‌شود، در صورتی که اگر از کتابخانه‌های استاتیک استفاده شود، لازم است تمام کد به صورت ثابت بارگذاری شود.
• استفاده از حافظه به صورت بهینه انجام می‌شود. اگر تعدادی برنامه در حال اجرا باشند که از کتابخانه‌های مشترکی استفاده می‌کنند، کافی است یک نمونه از کتابخانه برای استفاده تمام برنامه‌ها در حافظه اشتراکی قرار گیرد.
• به روز رسانی و تغییر کتابخانه‌های پویا بسیار آسان‌تر و سریع‌تر از کتابخانه‌های استاتیک است.

توجه داشته باشید که علاوه بر مزایای بسیار زیادی که استفاده از کتابخانه‌های پویا دارد،‌ یک مشکل اساسی در خصوص استفاده از این نوع کتابخانه‌ها وجود دارد. مشکل این نوع کتابخانه است که در شروع اجرا و حین اجرای برنامه، ‌سیستم باید بداند که کتابخانه‌های پویا را کجا پیدا کند. حال اگر این کدها جا به جا شده باشند یا به سیستم دیگری منتقل شده باشند، اجرای برنامه مورد نظر، با اختلال رو به رو خواهد شد. در مقابل، مزیت کتابخانه‌های استاتیک این است که برنامه و کد شما شامل تمام کتابخانه‌های لازم و کدهای مورد نیاز است و به صورت کاملا مستقل اجرا خواهد شد.

تفاوت کتابخانه ها و فریم ورک ها چیست؟

زمانی که شما از کتابخانه‌ها استفاده می‌کنید، کنترل تمام برنامه در دست شما است و این شما هستید که تعیین می‌کنید چه زمانی و در کجا یک کتابخانه فراخوانی شود. در فریم ورک‌ها شکل دیگری از کنترل وجود دارد. اما فریمورک چیست؟ فریم ورک‌ها در واقع چارچوب‌هایی هستند که کتابخانه‌ها و کلاس‌ها را در اختیار شما قرار می‌دهند و جریان تمام برنامه را در دست می‌گیرند. فریم ورک‌ها تمام جریان اجرای کد را تحت کنترل دارند. این چارچوب‌ها نقاط از پیش تعیین شده‌ای را برای شما قرار می‌دهند که می‌توانید با کدهای خود آن‌ها را تکمیل کنید.

جمع بندی

استفاده درست از کتابخانه‌ها، یکی از مسائل بسیار مهم در برنامه نویسی است. کتابخانه‌ها باعث سهولت برنامه‌نویسی و تسریع در عملکرد توسعه دهندگان می‌شود. در این مقاله سعی کردیم مفهوم کتابخانه‌ها در برنامه نویسی را توضیح دهیم و مزایا و کاربردهای آن را بررسی کنیم. حال اگر می‌خواهید به عنوان یک برنامه نویس حرفه‌ای کار کنید، لازم است انواع کتابخانه‌ها را بشناسید و بتوانید به بهترین شکل از آن‌ها استفاده کنید. در این صورت، می‌توانید به صورت پروژه‌ای به عنوان فریلنسر کار کنید با افرادی که نیاز به استخدام برنامه نویس حرفه‌ای دارند همکاری کنید.