مقدمه: به دنیای جاوااسکریپت خوش آمدید

ارائه درس طراحی زبان‌های برنامه‌نویسی - استاد دکتر محمدرضا افشاری

سلام به شما علاقه‌مندان به دنیای برنامه‌نویسی! امروز می‌خواهیم سفری هیجان‌انگیز را آغاز کنیم و به دل یکی از پرکاربردترین و محبوب‌ترین زبان‌های برنامه‌نویسی دنیا برویم: جاوااسکریپت. شاید فکر کنید جاوااسکریپت فقط برای ساخت وب‌سایت‌های تعاملی است، اما سخت در اشتباهید! این زبان از یک ابزار ساده برای مرورگرها، به یک غول همه‌فن‌حریف تبدیل شده که در هر گوشه از دنیای نرم‌افزار رد پایی از خود به جا گذاشته است.

در این سفر، قدم به قدم با جاوااسکریپت آشنا می‌شویم: از روزهای اول تولدش، تا ویژگی‌های جالب و گاهی عجیبش، کاربردهای بی‌شمارش و البته نگاهی به آینده‌ای که در پیش دارد. پس کمربندها را ببندید که سفر آغاز شد!

با استفاده از منوی ناوبری، می‌توانید بخش‌های مختلف این گزارش تعاملی را کاوش کنید و با جنبه‌های گوناگون جاوااسکریپت آشنا شوید.

سفر شگفت‌انگیز جاوااسکریپت: از ۱۰ روز تا امروز

تصور کنید می‌خواهید در مدت زمانی فوق‌العاده کوتاه، یک زبان برنامه‌نویسی جدید خلق کنید! این دقیقاً همان اتفاقی‌ست که برای جاوااسکریپت افتاد. 🎯

بیایید نگاهی بیندازیم به ریشه‌های تولد آن در شرکت نت‌اسکیپ به‌دست برندن ایچ، تغییرات نام‌گذاری، نقش حیاتی استاندارد ECMAScript، و همچنین تأثیر شدید جنگ مرورگرها بر تکامل این زبان پویای دوست‌داشتنی.

هر نقطه عطف در این مسیر، جاوااسکریپت را یک گام به چیزی که امروز می‌شناسیم نزدیک‌تر کرده است.

قلب جاوااسکریپت: نگاهی به اصول طراحی و فلسفه آن

طراحی جاوااسکریپت، ترکیبی است از اهداف اولیه، الهام‌گیری از زبان‌های دیگر و محدودیت‌های محیطی که به شکل‌گیری هویت چندوجهی آن منجر شده است. این بخش به بررسی اصول کلیدی طراحی مانند سادگی، پویایی و انعطاف‌پذیری، پارادایم‌های برنامه‌نویسی پشتیبانی شده (دستوری، شیءگرا با وراثت پروتوتایپی، تابع‌گرا) و تأثیر محدودیت‌های مرورگر در طراحی اولیه می‌پردازد.

نوع‌بندی پویا (Dynamic Typing): انعطاف‌پذیری با احتمال بروز خطا

جاوااسکریپت زبانی با نوع‌بندی پویا است. این بدان معناست که نیازی به تعریف نوع متغیر در زمان اعلان نیست؛ بلکه نوع متغیر در زمان اجرا و بر اساس مقدار تخصیص داده شده تعیین می‌شود. حتی امکان تغییر نوع یک متغیر در طول اجرای برنامه وجود دارد. این ویژگی انعطاف‌پذیری بالایی را فراهم می‌کند اما در صورت عدم مدیریت دقیق، می‌تواند منجر به خطاهای غیرمنتظره شود. 

let myVariable = 10;
      console.log(typeof myVariable);
      
      myVariable = "Hello";
      console.log(typeof myVariable);
      
      myVariable = true;
      console.log(typeof myVariable);

مزایا: سرعت بالای کدنویسی و انعطاف‌پذیری زیاد.

معایب: احتمال بروز خطاهای زمان اجرا و کاهش خوانایی در پروژه‌های بزرگ. برای رفع این مشکل، زبان تایپ‌اسکریپت (TypeScript) معرفی شد که امکان تعریف صریح نوع متغیرها را فراهم می‌سازد.

اجرای تک‌نخی و مدیریت عملیات ناهمگام: راهکار هوشمندانه جاوااسکریپت

جاوااسکریپت زبانی تک‌نخی است؛ یعنی در یک لحظه تنها یک دستور را اجرا می‌کند. اما چگونه است که هنگام دانلود یک فایل بزرگ، مرورگر مسدود نمی‌شود؟ پاسخ در مفهوم برنامه‌نویسی ناهمگام (Asynchronous Programming) نهفته است. جاوااسکریپت از یک مدل کارآمد برای مدیریت وظایف زمان‌بر (مانند درخواست‌های شبکه یا دسترسی به فایل) استفاده می‌کند.

Call Stack
⬇️⬆️
Web APIs
Event Loop
↙️↘️
Callback Queue
Microtask Queue

هنگامی که یک عملیات ناهمگام (مانند `setTimeout`) فراخوانی می‌شود، به Web API منتقل شده و پس از اتمام، تابع بازگشتی (callback) آن به صف Callback (یا Microtask برای Promiseها) اضافه می‌گردد. حلقه رویداد به طور مداوم پشته فراخوانی را بررسی می‌کند؛ در صورت خالی بودن، اولین بازخوانی موجود در صف مناسب را به پشته منتقل می‌کند تا اجرا شود. این مدل همزمانی، جاوااسکریپت را قادر می‌سازد تا برنامه‌های وب تعاملی و سریعی را ایجاد کند، علی‌رغم ماهیت تک‌نخی آن.

برای مدیریت بهتر کدهای ناهمگام، Promises و سپس Async/Await معرفی شدند که ساختار کدهای ناهمگام را بهبود بخشیده و خوانایی و نگهداری آن‌ها را تسهیل می‌کنند. 

async function fetchUserData() {
          try {
              const response = await fetch('https://api.example.com/users/1');
              const user = await response.json();
              console.log(user);
          } catch (error) {
              console.error('Error fetching user:', error);
          }
      }
      fetchUserData();

توابع درجه اول (First-class Functions) و بستارها (Closures): توانایی‌های چندگانه توابع

در جاوااسکریپت، توابع به عنوان "درجه اول" شناخته می‌شوند. این به آن معناست که می‌توان آن‌ها را مانند سایر مقادیر (اعداد، رشته‌ها) به متغیرها اختصاص داد، به عنوان آرگومان به توابع دیگر ارسال کرد و یا به عنوان مقدار بازگشتی از توابع دیگر دریافت کرد. 

const sayHello = function() {
          console.log("Hello!");
      };
      sayHello();
      
      function executeFunction(func) {
          func();
      }
      executeFunction(sayHello);
      
      function createGreeting(name) {
          return function() {
              console.log(`Hello, ${name}!`);
          };
      }
      const greetAli = createGreeting("Ali");
      greetAli();

بستارها (Closures): بستارها یک مفهوم قدرتمند در جاوااسکریپت هستند. هنگامی که یک تابع در جاوااسکریپت تعریف می‌شود، به همراه خود "محیط لغوی" (lexical environment) را نیز حفظ می‌کند که شامل تمام متغیرهای موجود در محدوده تعریف آن است. این "بستار" به تابع اجازه می‌دهد تا حتی پس از اتمام اجرای تابع بیرونی (سازنده آن)، به آن متغیرها دسترسی داشته باشد. 

function makeCounter() {
          let count = 0;
      
          return function() {
              count++;
              return count;
          };
      }
      
      const counter1 = makeCounter();
      console.log(counter1());
      console.log(counter1());
      
      const counter2 = makeCounter();
      console.log(counter2());

این ویژگی‌ها به جاوااسکریپت انعطاف‌پذیری بالایی در سازماندهی کد و ایجاد الگوهای طراحی پیشرفته می‌بخشند.

وراثت پروتوتایپی: مکانیزم ارث‌بری در جاوااسکریپت

برخلاف بسیاری از زبان‌های برنامه‌نویسی شیءگرا که از "کلاس‌ها" برای پیاده‌سازی ارث‌بری استفاده می‌کنند، جاوااسکریپت در هسته خود از یک مدل متفاوت به نام وراثت پروتوتایپی (Prototypal Inheritance) بهره می‌برد. در این مدل، هر شیء می‌تواند شیء دیگری را به عنوان "پروتوتایپ" خود داشته باشد. هنگامی که قصد دسترسی به یک ویژگی یا متد در یک شیء را دارید، جاوااسکریپت ابتدا خود شیء را بررسی می‌کند. در صورت عدم یافتن، به پروتوتایپ آن مراجعه کرده و این جستجو تا انتهای زنجیره پروتوتایپ ادامه می‌یابد. 

const animal = {
          eats: true,
          walk() {
              console.log("Animal walks");
          }
      };
      
      const rabbit = {
          jumps: true,
      };
      Object.setPrototypeOf(rabbit, animal);
      
      rabbit.walk();
      console.log(rabbit.eats);

با معرفی ES6، کلمه کلیدی `class` به جاوااسکریپت اضافه شد. این `class`ها در واقع یک "شکر نحوی" (Syntactic Sugar) بر روی همان مدل پروتوتایپی هستند. به این معنا که ظاهری شبیه به کلاس‌های سایر زبان‌ها دارند تا کار با آن‌ها برای توسعه‌دهندگان آشناتر باشد، اما در پس زمینه، جاوااسکریپت همچنان بر اساس پروتوتایپ‌ها عمل می‌کند. 

class Animal {
          constructor(name) {
              this.name = name;
          }
          walk() {
              console.log(`${this.name} walks`);
          }
      }
      
      class Rabbit extends Animal {
          constructor(name) {
              super(name);
          }
          jumps() {
              console.log(`${this.name} jumps`);
          }
      }
      
      const rabbit = new Rabbit("Bugs Bunny");
      rabbit.walk();
      rabbit.jumps();

اینکه کلاس‌ها در جاوااسکریپت صرفاً لایه‌ای بر روی پروتوتایپ‌ها هستند، نشان‌دهنده رویکرد عمل‌گرایانه جاوااسکریپت است؛ تلاش برای تسهیل کار توسعه‌دهندگان با ارائه ساختارهای نحوی آشنا، بدون تغییر در مکانیسم اصلی آن.

قدرت مدرن: ویژگی‌های ECMAScript و JSON

از سال ۲۰۱۵ و با انتشار ES6 (ECMAScript 2015)، جاوااسکریپت یک جهش بزرگ داشت و هر سال هم با نسخه‌های جدیدتر، بهتر و بهتر می‌شود. این ویژگی‌ها، کدنویسی را خیلی راحت‌تر، تمیزتر و لذت‌بخش‌تر کرده‌اند. همچنین، JSON به عنوان فرمت استاندارد تبادل داده، نقشی حیاتی در اکوسیستم وب ایفا می‌کند. این بخش به بررسی این نوآوری‌های کلیدی می‌پردازد.

جاوااسکریپت در همه‌جا ✨ از مرورگر تا سرور و فراتر

جاوااسکریپت دیگه فقط یه زبان برای جلوه‌های وب نیست! الان با این زبان می‌تونی هم سایت بسازی، هم سرور راه بندازی، اپلیکیشن موبایل و دسکتاپ درست کنی و حتی وارد حوزه‌هایی مثل هوش مصنوعی و اینترنت اشیا بشی. خلاصه اینکه جاوااسکریپت واقعاً یه زبان همه‌فن‌حریف شده!

کجاها از جاوااسکریپت استفاده می‌شه؟

اکوسیستم پویا و جامعه پرانرژی 💪

محبوبیت جاوااسکریپت فقط به خودش مربوط نمی‌شه! یه اکوسیستم قوی و جامعه‌ی پرجنب‌وجوش از توسعه‌دهنده‌ها پشتشه که باعث شده همیشه در حال رشد و نوآوری باشه.

  • npm و Yarn: ابزارهای مدیریت پکیج که بهت اجازه می‌دن میلیون‌ها ماژول آماده رو نصب و استفاده کنی.
  • Node.js: محیط اجرای کدهای جاوااسکریپت در سمت سرور.
  • فریمورک‌های رابط کاربری: React، Vue و Angular برای ساختن UI‌های تعاملی.
  • Express.js: فریمورک سبک و محبوب برای ساخت API و اپلیکیشن‌های سرور.
  • Babel: تبدیل‌کننده کدهای مدرن به نسخه‌های قدیمی‌تر مرورگرها.
  • Webpack و Vite: ابزارهای باندل و مدیریت وابستگی‌ها برای پروژه‌های حرفه‌ای.
  • جامعه توسعه‌دهنده‌ها: یکی از بزرگ‌ترین جوامع دنیا با منابع آموزشی، پروژه‌های متن‌باز و پشتیبانی فوق‌العاده.

نقاط قوت، چالش‌ها و مسیر پیش رو JavaScript :

هیچ زبان برنامه‌نویسی بی‌نقص نیست و جاوااسکریپت نیز از این قاعده مستثنی نیست. در این بخش، نگاهی واقع‌بینانه خواهیم داشت به مزایا و معایب آن و بررسی خواهیم کرد تلاش‌های صورت گرفته برای غلبه بر چالش‌های پیش رو.

مزایای کلیدی: دلایل محبوبیت فزاینده جاوااسکریپت

  • انعطاف‌پذیری منحصربه‌فرد: امکان پیاده‌سازی الگوهای برنامه‌نویسی متنوع از جمله شیءگرا، تابعی و امری.
  • اکوسیستم گسترده: وجود تعداد بی‌شماری از کتابخانه‌ها و فریمورک‌ها برای تسهیل و تسریع توسعه در زمینه‌های مختلف.
  • توسعه فول‌استک یکپارچه: قابلیت استفاده از یک زبان واحد برای توسعه فرانت‌اند و بک‌اند برنامه‌های وب.
  • سهولت یادگیری برای مبتدیان: فرآیند شروع به کار و یادگیری مفاهیم پایه جاوااسکریپت نسبتاً آسان است.
  • عملکرد بالا: بهبود چشمگیر سرعت اجرای کد به لطف پیشرفت‌های موتورهای جاوااسکریپت مانند V8.
  • مدیریت کارآمد عملیات ناهمگام: استفاده از Event Loop و سازوکارهای Promises و Async/Await برای جلوگیری از مسدود شدن برنامه و حفظ پاسخگویی.

معایب و انتقادات: چالش‌های پیش روی جاوااسکریپت در گذشته

  • رفتارهای غیرمنتظره (Quirks): برخی ویژگی‌های رفتاری مانند تبدیل نوع داده‌ها و مفهوم `this` می‌توانستند گیج‌کننده باشند.
  • محدودیت‌های مقیاس‌پذیری (در نسخه‌های اولیه): مدیریت پروژه‌های بزرگ قبل از ظهور ویژگی‌های مدرن و ابزارهایی مانند تایپ‌اسکریپت دشوار بود.
  • پیچیدگی توابع تودرتو (Callback Hell): استفاده بیش از حد از توابع Callback منجر به کدهای پیچیده و غیرقابل نگهداری می‌شد.
  • مسائل امنیتی در سمت کلاینت: ماهیت اجرایی کد در مرورگر و قابلیت مشاهده آن، همواره نگرانی‌های امنیتی را به همراه داشته است.
  • عدم سازگاری مرورگرها (در گذشته): تفاوت در نحوه پیاده‌سازی جاوااسکریپت در مرورگرهای مختلف، مشکلات سازگاری ایجاد می‌کرد.

تلاش برای بهبود و چشم‌انداز آینده: سیر تحول جاوااسکریپت

جامعه فعال جاوااسکریپت و کمیته فنی TC39 به طور مستمر در جهت ارتقاء و بهبود این زبان در تلاش هستند.

  • نسخه‌های جدید ECMAScript: انتشار سالانه استانداردهای ECMAScript ویژگی‌های نوینی را به این زبان اضافه کرده است که بسیاری از مشکلات پیشین را مرتفع ساخته‌اند (مانند Promises، Async/Await، `let`/`const`، Modules).
  • TypeScript: یک سوپرست از جاوااسکریپت با قابلیت افزودن نوع‌بندی ایستا که به طور قابل توجهی به بهبود مقیاس‌پذیری و نگهداری پروژه‌های بزرگ کمک کرده است.
  • WebAssembly (Wasm): یک فرمت باینری جدید که امکان اجرای کدهای نوشته شده به زبان‌های دیگر (مانند C++ و Rust) را با سرعت نزدیک به زبان ماشین در مرورگر فراهم می‌کند و مکمل جاوااسکریپت برای وظایف محاسباتی سنگین است.
  • برنامه‌های کاربردی وب پیشرفته (PWAs): با بهره‌گیری از Service Workerها (نوشته شده با جاوااسکریپت)، تجربه‌ای مشابه اپلیکیشن‌های بومی را در محیط وب ارائه می‌دهند (قابلیت کار آفلاین، دریافت اعلانات، نصب روی دستگاه).
  • هوش مصنوعی و یادگیری ماشین: با ظهور کتابخانه‌هایی مانند TensorFlow.js، جاوااسکریپت به طور جدی وارد عرصه هوش مصنوعی و یادگیری ماشین شده است.

جاوااسکریپت با تکیه بر نوآوری‌های مستمر، همچنان به تکامل خود ادامه می‌دهد و نقش محوری خود را در آینده توسعه وب و نرم‌افزار حفظ خواهد کرد.