ماژول در برنامه نویسی چیست؟ یادگیری سریع Modular Programming با مثال
روش‌های خلاقانه‌ای برای توسعه نرم افزارها ابداع شده‌اند که هرکدام ویژگی‌های خاصی دارند؛ اما مطمئنا ماژول‌ها در برنامه نویسی، یکی از مهمترین خلاقیت‌هایی است که در دنیای کامپیوتر رخ داده و باعث دگرگونی فرآیندهای توسعه نرم افزار شده است. اگر در حال طی کردن آموزش برنامه نویسی در هر سطح و زبانی هستید، با استفاده از ماژولار بودن کد می‌تواند فرآیند توسعه و نگهداری را ساختاریافته‌تر کرده و تحلیل و رفع اشکال را تسهیل کند. همچنین می‌توانید کدهایی با نگهداری بالا و قابلیت استفاده مجدد توسعه دهید!
ماژول‌ها در برنامه نویسی، موضوع این مطلب از وبلاگ آکادمی سبزلرن هستند. اگر دوست دارید از زاویه جدیدی با ماژول و برنامه نویسی ماژولار (Modular Programming) آشنا شوید، در ادامه با ما همراه باشید!
ماژول در برنامه نویسی چیست؟
ماژول‌ها (Modules) واحدهایی مستقل از کد هستند که می‌توانند شامل توابع، متغیرها، کلاس‌ها و دیگر اجزای برنامه باشند و به منظور ساختاردهی، تفکیک مسئولیت، و استفاده مجدد از کد توسعه می‌یابند. هر ماژول، برای عملکرد و انجام کار خاصی توسعه داده می‌شود و می‌تواند به صورت تکی یا گروهی مورد استفاده قرار گیرد. هر پروژه معمولا از تعداد زیادی ماژول تشکیل شده که هر ماژول، قابلیت یا ویژگی خاصی را به پروژه اضافه می‌کند. از طرفی، ماژول‌ها دارای قابلیت استفاده مجدد هستند؛ این یعنی می‌توان آنها را در بخش‌هایی از دیگر پروژه‌ها که نیاز به قابلیت مشابهی دارند، استفاده کرد. این موضوع به افزایش سرعت توسعه و کاهش هزینه‌ها کمک زیادی می‌کند.
بیایید برای پاسخ بهتر به این سوال که ماژول چیست، از یک مثال استفاده کنیم. یک خودرو را تصور کنید. این خودرو از تعداد بخش اصلی تشکیل شده که هرکدام عملکرد خاص خود را دارند؛ مثلا گیربکس، موتور، سیستم تعلیق، ترمز و بخش‌هایی دیگر! هرکدام از این بخش‌های اصلی را می‌توان به عنوان یک ماژول در نظر گرفت.
در حالت عادی، همه این قطعات در کنار یکدیگر به خوبی کار می‌کنند؛ اما اگر یکی از قسمت‌هها دچار مشکل شود، نیازی به تعویض کل خودرو نیست! بلکه به سادگی می‌توان بخش معیوب را تعمیر یا تعویض کرد. در برنامه نویسی با ماژول‌ها نیز این قضیه برقرار است؛ یعنی اگر در پروژه شما (به شرطی که به صورت ماژولار باشد) ایراد یا مشکلی رخ دهد، فقط کافیست ماژول مربوطه را اصلاح یا جایگزین کنید!
از سوی دیگر، می‌توانید موتور یا سیستم تعلیق خودرو را در یک خودروی متفاوت قرار دهید و با اعمال تغییرات لازم و اتصال درست، آن را در خودروی جدید مورد استفاده قرار دهید. این یعنی می‌توان ماژول‌هایی که برای یک پروژه نوشته‌اید را در یک پروژه دیگر نیز فراخوانی کرده و مورد استفاده قرار دهید!
از طرفی، تصور کنید بخواهید موتور این خودرو را روی خودروی دیگری قرار دهید. این کار به شرط اتصالات درست و ایجاد سازگاری در بخش مربوطه، کاملا ممکن است. همین موضوع در پروژه شما نیز صدق می‌کند. می‌توانید ماژول‌هایی که قبلا توسعه داده‌اید را در پروژه‌های دیگر نیز استفاده کنید تا نیازی به نوشتن دوباره آنها نباشد!
تفاوت کتابخانه، پکیج و ماژول چیست؟
مهمترین شباهت این سه، این است که از کدهای آماده تشکیل شده‌اند و به افزایش سرعت توسعه کمک می‌کنند. اما چرا سه اسم مجزا دارند؟ تفاوت اصلی در ماهیت هرکدام و حجم کدهایی است که در آنها وجود دارد.
- ماژول‌ها، از توابع و دستوراتی خاص تشکیل شده‌اند که قابلیت یا عملکرد خاصی را در برنامه پیاده سازی می‌کنند.
- کتابخانه‌ها، مجموعه‌ای از ماژول‌های مرتبط به یکدیگر هستند که امکان انجام عملیات‌ها و عملکردهای مختلف را فراهم می‌کنند. برای مثال، کتابخانه Numpy یک کتابخانه پایتون برای عملیات‌های ریاضی در پایتون است.
- بسته‌ها یا پکیج‌ها، پوشه‌هایی ساختارمندتر از کتابخانه‌ها هستند و علاوه بر ماژول، ممکن است شامل کتابخانه نیز باشند.
برنامه نویسی ماژولار چیست؟
برنامه نویسی ماژولار یا Modular Programming روشی در طراحی نرم افزار محسوب می‌شود که با جدا کردن بخش‌ها و عملکردهای یک برنامه در قسمت‌هایی مستقل اشاره دارد. در این روش، هر بخش از برنامه به صورت یک ماژول نوشته می‌شود و هر ماژول، وظیفه خاصی را در پروژه نهایی برعهده دارد. این کار با هدف ساده‌سازی و افزایش سرعت توسعه نرم افزارها و سیستم‌های بزرگ نرم افزاری انجام می‌شود.
ایده اصلی ابداع این روش، این بود که بعد از توسعه اجرای یک برنامه به صورت ماژول، آنها را برای ایجاد یک برنامه کامل به یکدیگر متصل کنند. به این ترتیب، توسعه دهنده نیازی به درک همه کارهای انجام شده توسط دیگر اعضای تیم ندارد. همین کار باعث افزایش سرعت کدنویسی، نگهداری بهتر و کشف و رفع مشکلات برنامه می‌شود.
اما علت استفاده از ماژول چیست و چرا برنامه نویسی ماژولار، در سرتاسر جهان محبوب است؟
چرا از ماژول‌ها در برنامه نویسی استفاده می‌کنیم؟
استفاده از ساختارهایی مثل ماژول‌ها که کدها را به صورت مجزا و سازمان‌یافته نگه می‌دارند، مزایای زیادی برای برنامه نویسان دارد. مهمترین مزایا، افزایش خوانایی و نوشتن کدهای تمیز (clean code) است که به نگهداری و توسعه بهتر آنها در آینده کمک می‌کند. همچنین ماژول‌ها قابل استفاده مجدد هستند و می‌توانند به صورت مجزا و مستقل در برنامه‌های دیگر نیز مورد استفاده قرار بگیرند. در ادامه، اشاره می‌کنیم که مهمترین دلایل استفاده از ماژول چیست و چرا باید از آنها در برنامه نویسی استفاده کرد.
تقسیم پروژه به بخش‌های کوچک‌تر
هر پروژه دارای حجم بالایی کدنویسی است که بدون سازماندهی مناسب، توسعه و نگهداری آن بسیار سخت می‌شود. یکی از روش‌های سازماندهی پروژه‌های توسعه نرم افزار، تقسیم کردن آن به بخش‌های کوچکی است که در کنار یکدیگر، هسته نرم افزار را تشکیل می‌دهند. با برنامه نویسی ماژولار، هر بخش از پروژه در یک فایل مجزا نگهداری می‌شود. در نتیجه سازماندهی و نگهداری کدها راحت‌تر از قبل خواهد بود.
عیب‌یابی و دیباگ راحت‌تر
با تقسیم کدهای یک پروژه در چندین فایل، می‌توان عیب‌یابی دقیقی روی کل کار انجام داد. در حالت عادی، برای رفع باگ نیاز به بررسی کامل کد و وابسته‌های آن وجود دارد؛ اما با برنامه نویسی ماژولار، منشاء هر باگ به سادگی قابل تشخیص خواهد بود. به همین دلیل تنها کافیست ماژول مربوطه و اتصالات آن را برای رفع مشکل بررسی کنیم.
هماهنگی‌های بیشتر در پروژه‌های تیمی
یکی از مشکلاتی که در تیم‌های توسعه نرم افزار وجود دارد، تداخل کدهای توسعه دهندگان مختلف است. با استفاده از ماژول در برنامه نویسی، هر فرد وظایف مختص خود را دارد و می‌تواند بدون مشکل، روی ماژول خاصی کار کند.
ساده‌سازی و افزایش خوانایی کد
تصور کنید یک پروژه نیاز به 60 ماژول مختلف داشته باشد. در فایل نهایی پروژه، تنها لازم است ماژول‌های مربوطه را در جای درست فراخوانی کنیم! با این کار، فایل اصلی خوانایی بالایی خواهد داشت و به سادگی می‌توان آن را مدیریت کرده و بهبود داد. اهمیت این کار را می‌توان در پروژه‌های بزرگ و پیچیده درک کرد؛ جایی که به جای هزاران یا میلیون‌ها خط کد، چندین ماژول مختلف فراخوانی شده و به یکدیگر متصل شده‌اند!
نحوه فراخوانی و استفاده از ماژول در برنامه نویسی
بیایید کمی کار را به صورت عملی جلو ببریم. استفاده از یک ماژول بسته به زبان برنامه نویسی که استفاده می‌کنید، متفاوت است. به همین دلیل، تصمیم گرفتیم این کار را در چند زبان برنامه نویسی پرطرفدار انجام دهیم. در ادامه، با نحوه فراخوانی ماژول در پایتون، جاوا اسکریپت و PHP آشنا شده و حالت‌های مختلف فراخوانی آنها را یاد می‌گیرید.
فراخوانی ماژول در پایتون
در زبان پایتون، از دستور import برای وارد کردن ماژول استفاده می‌شود. البته این دستور برای وارد کردن هر نوع فایل و کد آماده به پروژه نیز کاربرد دارد. نکته مهم، این است که بسته یا فایل مربوطه باید دارای پسوند .py باشد.
علاوه بر این، در صورتی که نیاز به فراخوانی دستور یا تابع خاصی از یک ماژول در پایتون داشته باشید، می‌توند در کنار import از دستور from نیز استفاده کنید.
import my_module # فراخوانی کل ماژول my_module.my_function() # فراخوانی تابع یا دستور از ماژول from my_module import my_function # فراخوانی تابعی خاص از ماژول my_function ()
فراخوانی ماژول در جاوا اسکریپت
در جاوا اسکریپت نیز از دستور import برای فراخوانی ماژول‌ها استفاده می‌شود. با این تفاوت که دارای ساختار خاصی برای فراخوانی است. البته نحوه فراخوانی ماژول‌ها در جاوا اسکریپت، اکما اسکریپت و محیط Nodejs متفاوت است.
در جاوااسکریپت (ES6 به بعد)، ماژول‌ها به این صورت فراخوانی می‌شوند:
import * as my_module from './my_module.js'; # فراخوانی کل ماژول my_module.my_function(); # فراخوانی تابع یا دستور از ماژول
علامت * بعد از دستور import، به معنای فراخوانی همه چیز از ماژول my-module در آدرس مربوطه (‘./my_module.js’) است. این یعنی کل ماژول فراخوانی شده و در صفحه مورد استفاده قرار گیرد.
در خط دوم، تابع موردنظر را از ماژول فراخوانی کرده و دستورات مورد نیاز را می‌نویسیم!
اما برای فراخوانی یک تابع خاص از ماژول در پروژه جاوا اسکریپتی، کافیست از ساختار زیر پیروی کرده و نام تابع را درون یک آکولاد {} قرار دهیم:
import { my_function } from './my_module.js'; # فراخوانی تابعی خاص از ماژول
my_function();
فراخوانی ماژول در PHP
در زبان برنامه نویسی PHP قضیه کمی متفاوت است. اولا، برای وارد کردن ماژول باید از دستور include استفاده کنیم و دوما، در PHP، امکان بارگذاری کل فایل (ماژول) با استفاده از دستوراتی مثل include یا require وجود دارد، و سپس می‌توانید فقط از بخشی از آن (مثلاً یک تابع خاص) استفاده کنید؛ ولی برخلاف برخی زبان‌ها، نمی‌توان مستقیماً تنها یک جزء خاص را وارد کرد.
در قطعه کد زیر، نحوه فراخوانی ماژول در PHP نمایش داده شده:
include 'my_module.php'; # فراخوانی ماژول my_function(); # فراخوانی تابع یا دستور در ماژول
قدم بعدی پس از آشنایی با ماژول چیست؟
باید درنظر بگیرید که تا اینجا، شما تنها با مفهومی به نام ماژول آشنا شده‌اید! این یعنی عملا راه زیادی را طی نکرده‌اید؛ فقط با مقدمات برنامه نویسی ماژولار و مباحث پیش‌نیاز آشنا شده و حالا، آماده یادگیری عمیق‌تر هستید. برای شروع، بهتر است یک پروژه تمرینی کوچک با استفاده از چند ماژول بنویسید و مهارت خود را در این زمینه بهبود ببخشید. همچنین می‌توانید پروژه‌های قبلی خود را که به هر روشی نوشته شده‌اند، به صورت ماژولار بازنویسی کنید! حتی می‌توانید یک ماژول پرکاربرد را بنویسید و از آن در پروژه‌های خود استفاده کنید.
کار با ماژول‌ها، یکی از موارد پایه‌ای در برنامه نویسی محسوب می‌شود و مبحثی نیست که سختی زیادی داشته باشد. ماژول‌ها، عملا همان کدهایی هستند که هر روز برای تمرین یا توسعه پروژه خود می‌نویسید؛ منتها از قبل آماده شده و در اختیار شما قرار گرفته‌اند. کار با هر ماژول را یاد بگیرید؛ با آنها بازی کنید و هر حرکت یا ایده جالب یا عجیب در برنامه نویسی که به ذهنتان می‌رسد را اجرا کنید. نتیجه این کار، افزایش تسلط روی ابزارها و مفاهیمی است که یاد می‌گیرید!
نظری برای این مقاله ثبت نشده است