مقدمه :

کتابخانه مفهومی بسیار مهم و حیاتی در علم و مهارت برنامه نویسی می‌باشد، که هر برنامه نویسی برای کدنویسی بهینه و سریع، با آن سر و کار دارد. در نتیجه، شناخت دقیق مفهوم کتابخانه، ویژگی‌ها و انواع آن برای تمام افرادی که در حوزه برنامه نویسی فعال هستند ضروری می‌باشد. اگر قرار باشد تعریفی مختصر از کتابخانه در برنامه نویسی ارائه دهیم، باید گفت که کتابخانه در برنامه نویسی در واقع مجموعه‌ای آماده از کدهایی است که از قبل نوشته شده‌اند و برنامه نویسان می‌توانند از آن‌ها برای الگو گرفتن و همچنین بهینه سازی برنامه‌هایی که می‌نویسند، از آن‌ها استفاده کنند. در این مقاله از وب نگاه، علاوه بر پاسخ به سوال “کتابخانه در برنامه نویسی چیست”، به معرفی انواع کتابخانه و کاربردهای آن‌ها می‌پردازیم.

مفهوم کتابخانه چیست؟ 

کتابخانه یا ( Library ) مفهومی در علم محاسبات است که به صورت مجموعه‌ای از اشیای ذخیره شده مشابه تعریف می‌شود. برنامه‌هایی که به صورت کتابخانه تعریف می‌شوند، به این شرح هستند : کد منبع ( Source Code )، کد شی ( Object Code )، اسکریپت ( Script )، قالب‌‌ ( Template )، فونت‌ ( Font ) و مخازن ذخیره‌سازی فیزیکی. استفاده از این کتابخانه‌ها در برنامه نویسی، عملیات کدزنی را بسیار آسان‌تر و سریع‌تر کرده و همچنین دقت آن را تا حد زیادی بالا می‌برد. انواع کتابخانه را می‌توان به چهار دسته تقسیم کرد :
۱ . کتابخانه در برنامه ( Program Library )
۲ . کتابخانه ذخیره سازی ( Storage Library )
۳ . کتابخانه داده ( Data Library )
۴ . کتابخانه مجازی ( Virtual Library )

کتابخانه در برنامه نویسی چیست؟ 

همان‌طور که پیش‌تر گفته شد، کتابخانه در برنامه نویسی به مجموعه کدهایی گفته می‌شود که از قبل نوشته شده‌اند و به منظور سازماندهی و دسته بندی کردن توابعی که با یکدیگر در ارتباط هستند، در دسترس کدنویسان قرار می‌گیرند. دسترسی به توابع مختلفی که در یک دسته قرار گرفته‌اند، از طریق کتابخانه راحت‌تر است و همچنین سرعت نوشته شدن برنامه‌ها با استفاده از کتابخانه بسیار بالاتر بوده و هر چه دنیای برنامه نویسی پیشرفته‌تر و تعداد برنامه‌های نوشته شده بالاتر می‌رود، کتابخانه‌ها بیشتر به سازماندهی و مدیریت این برنامه‌ها کمک می‌کنند.

نوع عملکرد کتابخانه در برنامه نویسی به این صورت است که در هر کتابخانه مجموعه‌ای از پیاده‌سازی رفتارها انجام شده است، که هر کدام بر اساس زبان برنامه نویسی مورد نظر نوشته می‌شوند. در هر زبان برنامه نویسی، می‌توان به جای تکرار مکررات از ویژگی رابط کاربری برای فراخوان رفتارهای مشابه داده‌ها استفاده کرد؛ از این رو است که برنامه نویسی از طریق کتابخانه‌ها راحت‌تر و سریع‌تر انجام می‌شود.

امروزه استفاده از کتابخانه در برنامه نویسی آن‌قدر گسترده شده که بنیادی‌ترین و ابتدایی‌ترین زبان‌های برنامه نویسی هم کتابخانه‌هایی دارند که در آن‌ها تعریف شده و می‌توان از طریق آن‌ها به دسته بندی اطلاعات مختلف پرداخت. به عنوان مثال، تعدادی از کتابخانه‌های داخلی در زبان برنامه نویسی C کتابخانه‌های stdio.h ، string.h ، math.h هستند.

حال که با مفهوم کتابخانه در برنامه نویسی آشنا شدیم، خوب است که به علل مختلف استفاده از آن بیشتر بپردازیم.

علل مختلف استفاده از کتابخانه در برنامه نویسی

برنامه نویسی فرآیند پیچیده و بسیاری طولانی است که در بسیاری از مواقع، دشواری‌های زیادی دارد. به عنوان مثال، برای نوشتن کد یک اپلیکیشن و طراحی اپلیکیشن موبایل برای یک کسب و کار، برنامه نویس نیاز دارد تا بخش‌های مختلف اپلیکیشن با کاربردها و عملکردهای متفاوت کدهای بسیاری بنویسد، تا مطمئن شود که اپلیکیشن مورد نظر به طور تمام و کمال کار کند. اما انجام این کار بدون استفاده از کتابخانه‌ها بسیار وقت‌گیر و سخت بوده و علت اصلی استفاده از کتابخانه در برنامه نویسی، همین‌جا مشخص می‌شود ! با استفاده از کتابخانه‌ها، شخص برنامه نویس می‌تواند با استفاده از عملکرد پیشرفته آن‌ها، از نوشتن کدهای بسیار طولانی پرهیز کند.

به عنوان مثال، در بسیاری از زبان‌های برنامه نویسی مانند زبان برنامه نویسی پایتون ( Python ) کتابخانه‌های داخلی تعریف شده که به جای نوشتن کدهای بسیار طولانی و وقت‌گیر، کارهایی مثل ویرایش و قالب‌بندی ( Format ) رشته‌ها ( String ) را انجام می‌دهند.

انواع کتابخانه در برنامه نویسی 

همان‌طور که قابل حدس است، کتابخانه‌ها در برنامه نویسی دارای انواعی هستند، که در ادامه این مقاله نمونه‌هایی از این انواع را به شما معرفی خواهیم کرد.

۱ . کتابخانه NumPy : این کتابخانه برای انجام عملیات علمی و محاسبات عددی استفاده می‌شود و ابزارهایی را برای کار با آرایه‌های بزرگ و ماتریس‌ها فراهم می‌کند. کتابخانه NumPy یکی از پرطرفدارترین کتابخانه‌های مورد استفاده در برنامه نویسی Machine Learning است.

۲ . کتابخانه Pandas : کتابخانه Pandas برای کار با داده‌های ساختار یافته و تحلیل داده استفاده می‌شود. این کتابخانه، ابزارهایی را برای خواندن و نوشتن داده‌ها، تغییر شکل دادن داده‌ها و تحلیل آماری داده‌ها فراهم می‌کند.

۳ . کتابخانه TensorFlow : این کتابخانه برا یادگیری عمیق و شبکه‌های عصبی، ماتریس‌های چندبعدی و گراف‌ها استفاده می‌شود. ابزارهای ساخته شده توسط کتابخانه تنسورفلو برای ساخت شبکه‌های عصبی، آموزش شبکه‌ها و پیش‌بینی با استفاده از شبکه‌های عصبی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

۴ . کتابخانه Django: کتابخانه Django برای توسعه وب‌سایت‌ها استفاده می‌شود. ابزارهای این کتابخانه، برای ساخت وب‌سایت‌های پویا و قابل تغییر استفاده می‌شوند.

۵ . کتابخانه Flask : کتابخانه Flask نیز برای توسعه وب‌سایت‌ها استفاده می‌شود، با این حال، در مقابل کتابخانه Django ، Flask به صورت یک فریمورک کم حجم عمل می‌کند و در نتیجه امکانات کمتری را در اختیار برنامه نویسان قرار می‌دهد.

۶ . کتابخانه SciPy : این کتابخانه، کتابخانه‌ای متن باز مخصوص زبان برنامه نویسی پایتون می‌باشد که برای حل مسئله‌های ریاضی، علمی، مهندسی و فنی استفاده می‌شود.

۷ . کتابخانه Eli5 : به طور عمده نتایج Prediction یا پیشبینی مدل‌های Machine Learning دقیق نیستند، اما کتابخانه Eli5 برای این ساخته شده است که به جلوگیری از این مسئله کمک کند. در واقع این کتابخانه ترکیبی از Visualization و Debug است، که همه مدل‌های یادگیری ماشین و بررسی مراحل کار الگوریتم‌های آن‌ها را انجام می‌دهد.

سخن پایانی

در این مقاله سعی کردیم تا به بررسی مفهوم کتابخانه در برنامه نویسی، مزایای استفاده از آن و نمونه‌هایی از کتابخانه‌های معروف در برنامه نویسی بپردازیم. کتابخانه‌ها به عنوان یک مجموعه از کدهای قابل استفاده، برای افزایش سرعت و کیفیت توسعه نرم‌افزار به کار می‌روند. در واقع، با استفاده از کتابخانه‌های معروف در برنامه نویسی می‌توانید پروژه‌های برنامه نویسی خود را با سرعت و کیفیت بیشتری توسعه دهید. امروزه برای موفقیت یک پروژه برنامه نویسی فردی که قصد برنامه نویسی دارد و یا شرکت برنامه نویسی برای مدیریت زمان و افزایش درصد موفقیت بیشتر پروژه باید از کتابخانه استفاده کند.