اصول و مبانی برنامه نویسی — آموزش سه مفهوم بنیادی در کدنویسی

امروز در این مقاله قصد دارم تا شما را با اصول و مبانی برنامه نویسی آشنا سازم. یادگیری برنامه نویسی چند مزیت دارد. اول اینکه ذهن ها را برای دنیای مبتنی بر فناوری آماده می سازد. اما یک مزیت پنهان دیگر نیز در برنامه نویسی وجود دارد که شاید در نگاه اول زیاد به چشم نیاید و آن اینکه به شما اجازه می دهد تا خلاقیت خود را افزایش دهید و مهارت های حل مسئله را به دست آورید. اگر در دوران تحصیل باشید، شک نکنید که یادگیری برنامه نویسی عملکرد کلی تحصیلی شما را بهبود خواهد داد. اساساً در ذهن یک برنامه نویس، جایی برای نق زدن و فرار از مشکلات و دور زدن صورت مسئله ها وجود ندارد. همه چیز باید به یک پاسخ روشن و شفاف منتهی شود. پاسخی که به صورت خط به خط قابل انتقال به دستگاه بی شعوری، همچون کامپیوتر باشد که در ذات خودش چیزی جز صفر و یک را نمی شناسد. البته گفتن اینکه کامپیوتر فقط صفر و یک را می شناسد هم صحیح نیست. چرا که کامپیوتر صرفاً وجود یا عدم وجود جریان برق را تشخیص می دهد و همین ها را به صفر و یک تعبیر می کند (در سیستم های امروزی، ولتاژ بالا و ولتاژ پایین تعبیر به صفر و یک می شوند).

به راستی برنامه نویسی چیست؟ از دید من بعد از حدود بیست سال تجربۀ برنامه نویسی، تعریف برنامه نویسی اینست: نوشتن یک الگوریتم قابل فهم به زبان کامپیوتر و تشریح آن به صورت خط به خط برای کامپیوتر. از دید من الگوریتم و منطق کار، بسیار بر زبان های برنامه نویسی اولویت دارد. روزگاری در گذشته ای نه چندان دور، زبان های برنامه نویسی پاسکال و فرترن در اوج بودند. در دورانی زبان هایی همچون دلفی و ویژوال بیسیک اوج گرفتند. نوبت به سی شارپ و جاوا رسید. PHP و ASP و پایتون اوج گرفتند. زبان های برنامه نویسی می آیند و می روند. آنچه ماندگار است، الگوریتم و منطق انجام امور است. از این رو تأکید می کنم که تمرکزتان بیش از هر چیز بر روی مهارت های حل مسئله و نگارش الگوریتم صحیحی برای حل مسئله باشد و از این لحاظ خودتان را تقویت کنید. بعد از اینکه چنین مهارتی در شما ایجاد شد (که صد البته تا آخرین روز زندگی هر انسانی قابل بهبود مستمر می باشد)، آن وقت به سادگی می توانید با هر زبان برنامه نویسی دلخواهی، آن الگوریتم را پیاده سازی کنید.

اگر مشتاق هستید که دربارۀ اصول برنامه نویسی بیشتر بدانید، آموزش اصول و مبانی برنامه نویسی را به شما توصیه می کنم.

آموزش اصول و مبانی برنامه نویسی -- کلیک کنید

انتخاب پلتفرم در برنامه نویسی

در این قسمت از مقالۀ اصول و مبانی برنامه نویسی می خواهم به پلتفرم های اصلی که برنامه نویسی برای آن ها انجام می پذیرد اشاره کنم. در حالت کلی، هدف از برنامه نویسی اینست که یک سری از دستورات را به کامپیوترها بدهیم تا آنها، آن دستورات را خط به خط از بالا به پایین اجرا کنند و نتایج را به ما نشان دهند. در اینجا موضوع پلتفرم ها مطرح می شوند. منظور از پلتفرم، یک معماری یا فناوری خاص است که به عنوان بستر و زیر ساختی جهت برنامه نویسی مورد استفاده قرار می گیرد. هر پلتفرمی مزایا و معایب، گستره و محدودیت های خودش را دارد. به عنوان مثال سیستم عامل ویندوز یک پلتفرم است که معماری خاص خودش را دارد. اگر شما بخواهید برای سیستم عامل ویندوز برنامه نویسی کنید، وارد حوزۀ خاصی از برنامه نویسی خواهید شد. به عنوان مثالی دیگر، برنامه نویسی وب یک پلتفرم خاص دارد. معماری آن و پروتکل های ارتباطی آن خاص خودش هستند و باید در چارچوب همان معماری به آن نگاه کنید تا بتوانید با آن ارتباط برقرار کنید.

البته پر مسلم است که از آنجا که ریشۀ تمامی این پلتفرم ها از یک جا آمده است، شباهت های فراوانی را بین آن ها پیدا خواهید کرد. به عنوان مثال بین سیستم عامل ویندوز و سیستم عامل مک شباهت فراوان وجود دارد. با این حال دو پلتفرم کاملاً جداگانه می باشند و هر کدام را باید در ظرف خودش بررسی کرد. یکی از انتخاب های شما در برنامه نویسی باید این باشد که می خواهید برای چه پلتفرمی برنامه نویسی کنید. در اینجا قصد ندارم در این انتخاب شما را یاری دهم. اما می خواهم یادآور شوم که خیلی از مسیرهایی که بعد از آن طی خواهید کرد، بسته به انتخاب پلتفرم دارد. به عنوان مثال اگر پلتفرم وب را انتخاب کنید، در مسیر به یک برنامه نویس وب تبدیل شدن، باید از html و css و جاوا اسکریپت و غیره بگذرید. در حالت کلی، اولین و مهمترین اصل برنامه نویس شدن، انتخاب پلتفرم می باشد. در اینجا بد نیست اشاره کنم که در حال حاضر پلتفرم های رایج برای برنامه نویسی شامل پلتفرم ویندوز، مک، لینوکس، اندروید، و پلتفرم وب می باشند. البته پلتفرم های فراوان دیگری هم وجود دارند، در اینجا ما به مهمترین ها اشاره کردیم.

اگر مشتاق یادگیری برنامه نویسی می باشید، مجموعه آموزش برنامه نویسی که در فرادرس انتشار یافته است را به شما توصیه می کنیم.

مجموعه آموزش برنامه نویسی در فرادرس -- کلیک کنید

مفاهیم پایه ای کد نویسی

از آنجا که در مقالۀ اصول و مبانی برنامه نویسی، ما پلتفرم خاصی را به شما پیشنهاد ندادیم، در ادامۀ این مقاله به اصول کلی و مشترک برنامه نویسی یا در واقع کدنویسی می پردازیم. یک سری مفاهیم وجود دارند که هر برنامه نویسی باید از آنها مطلع باشد و در طول کد نویسی، از این مفاهیم بارها و بارها استفاده خواهد کرد. در ادامه به این مفاهیم پایه ای می پردازیم.

1. متغیرهای برنامه نویسی

یکی از اصول مهم و بنیادین تمامی زبان های برنامه نویسی متغیرها می باشند. وظیفۀ متغیرها اینست که داده هایی را در خودشان نگهداری کنند. این داده ها در واقع در حافظۀ موقت کامپیوتر شما (همان رَم) نگهداری می شوند. به عنوان مثال وقتی که وارد حساب کاربری خودتان در یک وبسایت می شوید، هنگام ورد نام کاربری و رمزتان از شما پرسیده می شود. در ادامه آن وبسایت دیگر این اطلاعات را از شما درخواست نمی کند، اما در گوشۀ بالای وبسایت می توانید اطلاعات کاربریتان را ببنید. دلیلش اینست که آن داده ها در متغیرها ذخیره شده اند و در دفعات بعدی، از آنجا بازیابی می شوند. اگر متغیرها وجود نمی داشتند، آن وبسایت هر بار باید از شما این سوالات را می پرسید و این تکرار دیوانه کننده، کافی بود تا شما قید کامپیوتر را بزنید. هر متغیر یک نام منحصر به فرد دارد که به واسطۀ آن نام در کد شناسایی می شود. این اسامی را برنامه نویس ها انتخاب می کنند. به عنوان مثال نام کاربری شما ممکن است در متغیری با نام user_name ذخیره شود. اگر بخواهید درک ساده ای از متغیر داشته باشید، می توانید به متغیر به چشم ظرفی نگاه کنید که داده هایی را در خودش ذخیره می کند. هر وقت هم که به آن داده ها نیاز داشته باشید، می توانید از داخل آن ظرف داده های مربوطه را بردارید.

اگر به دنبال جایی برای شروع برنامه نویسی می گردید. آموزش مقدماتی برنامه نویسی پایتون Python را به شما توصیه می کنم. پایتون یک زبان برنامه نویسی بسیار ساده و البته در عین حال بسیار قدرتمند می باشد که امروزه هم در دنیا به وفور از آن استفاده می شود و محبوبیت فراوانی دارد.

آموزش مقدماتی برنامه نویسی پایتون Python در فرادرس -- کلیک کنید

2. انواع داده ها در برنامه نویسی

در قسمت پیشین از مقالۀ اصول و مبانی برنامه نویسی، با متغیرها آشنا شدید. در این قسمت می خواهم به چیزهایی که درون متغیرها می ریزید، بپردازم. این چیزها، داده ها می باشند. برای آنکه در دنیای کامپیوتر به صورت بهینه تری بتوانید با داده ها کار کنید، آن ها را در چند دسته بندی اصلی، طبقه بندی کرده اند. یکی از این انواع داده ها، مقادیر عددی می باشند. اگر بخواهیم مثالی از مقادیر عددی بزنیم، می توانیم به \(100\)، \(520.323\)، \(\frac{2}{3}\)، \(\sqrt{3}\) و غیره اشاره کنیم. تمامی این مقادیر عدد می باشند و نقطۀ مشترک بین همۀ آنها این است که عملیات ریاضی بر روی آنها قابل انجام می باشند. البته مقادیر کسری و رادیکالی، به شکلی که با نمادهای ریاضی نشان داده شده اند، در همۀ زبان های برنامه نویسی تعریف نشده اند و مقدار ارزیابی شدۀ آن ها در متغیرها قرار می گیرد. به عنوان مثال در مورد \(\sqrt{3}\)، مقدار \(1.732051\) در متغیر قرار می گیرد. اینکه تا چه میزان از این ارقام اعشاری در متغیر منعکس شوند، و اینکه بزرگترین یا کوچکترین عددی که در یک متغیر عددی می تواند قرار بگیرد چیست، و مسائلی از این قبیل، منجر شده اند که انواع داده های عددی را به انواع فرعی تری نیز دسته بندی کنند که البته در اینجا زیاد به آن ورود نمی کنیم و به همین اشارت بسنده می کنیم.

نوع اصلی دیگری از داده ها، داده های متنی می باشند. داده های متنی می توانند اسامی اشخاص، حیوانات، شهرها، کشورها و غیره باشند. می توانند متن نامه ها، توضیحاتی که در داخل سایت ها می بینید، و غیره باشند. اساساً هر چیزی که به شکل متن قابل تایپ کردن باشد، یک دادۀ متنی می باشد. در دنیای کامپیوترها متن بسیار مهم است. اساساً اگر بخواهیم از دید عمیق تری به موضوع نگاه کنیم، همه چیز در کامپیوتر متن می باشد. حتی تصاویر و فیلم هایی که در کامپیوترها می بینید، در ذات خودشان به صورت متن هایی ذخیره می شوند.

یک نوع دادۀ رایج اصلی دیگر داریم که به دادۀ بولی شهرت دارد. هر نوع داده ای که در دو وضعیت بله/خیر قابل تعریف باشد یک دادۀ بولی می باشد. اساساً دادۀ بولی، مقادیر دو وضعیتی را در خودش دارد. البته الزامی نیست که حتماً مقدار بله/خیر داشته باشند، می توانند هر مقدار دو وضعیتی دیگری همچون صفر/یک را نیز بپذیرند. این نوع داده ها در نوشتن شرط ها در کدنویسی بسیار کاربرد دارند.

یکی از زبان های برنامه نویسی ساده و در عین حال قدرتمند دیگر، ویژوال بیسیک می باشد که البته امروزه نسخۀ دات نت آن پر کاربرد است. اگر به دنبال محلی برای ورود به دنیای کدنویسی می باشید، آموزش مقدماتی ویژوال بیسیک دات نت Visual Basic.‌NET را به شما پیشنهاد می کنم.

آموزش مقدماتی ویژوال بیسیک دات نت Visual Basic.‌NET -- کلیک کنید

3. ساختارهای کنترل در برنامه نویسی

ساختارهای کنترل، چگونگی و ترتیب انجام کدها را مشخص می سازند. در حالت پیش فرض کلیۀ دستورات برنامه نویسی از بالا به پایین و به صورت خط به خط اجرا می شوند. در هر خط نیز، کدها از چپ به راست اجرا می شوند. البته در این میان برخی خلاصه نویسی ها در برنامه نویسی وجود دارد که این قانون از چپ به راست اجرا شدن را می شکنند، با این حال معمولاً این گونه است. به این نحوۀ اجرای کدها که از بالا به پایین می باشند، ساختار توالی گفته می شود.

یک ساختار مهم دیگر در برنامه نویسی وجود دارد که به آن ساختار تکرار می گویند. این ساختار بدین گونه است که بخش خاصی از کد به تعداد دفعات خاصی مثلاً یکصد بار اجرا می شود. اساساً یکی از نقاط قوت کامپیوترها در همین امکان پیاده سازی ساختار تکرار می باشد. کامپیوترها می توانند بدون خستگی، روزها و ساعت ها یک عملیات را تکرار کنند و در ضمن مرتکب هیچ گونه اشتباهی نیز نشوند.

ساختار مهم دیگری که هوشمندی را به کامپیوتر می دهد، ساختار شرطی می باشد. در ساختار شرطی، بسته به شرایط خاصی، مسیر اجرای کدها تغییر می کند. به عنوان مثال به شبه کد زیر نگاه کنید:

اگر رمز کاربر درست بود:
به او پیام خوش آمد گویی را نشان بده.
اگر رمز کاربر نادرست بود:
به او یک هشدار امنیتی را نشان بده.

در اینجا چهار خط کد داریم. اگر شرطی که در خط \(1\) گفته شده است برقرار باشد، خط \(2\) اجرا خواهد شد. در غیر این صورت خط \(4\) اجرا می شود. همانطور که می بینید، ساختار شرطی منجر می شود که در شرایط مختلف، کدهای مختلفی اجرا شوند. این موضوع به کامپیوتر هوشمندی می دهد و قدرت تصمیم گیری به آن می دهد. اساساً هر جایی که سخن از هوش مصنوعی و الگوریتم های هوش مصنوعی و ... می شنوید، دلیل اصلی اش وجود ساختارهای شرطی در زبان های برنامه نویسی می باشد که می توانند بسته به شرایط مختلف، کارهای متفاوتی را انجام دهند.