В чем разница между функцией и библиотекой

Что должно быть в стандартной библиотеке? Все! Но это невозможно, неразумно и все равно недостаточно. Стандартная библиотека C++ — это набор функций и классов, который должен быть в каждой реализации языка, как основа, эффективно реализующая механизмы:

математические функции (в том числе комплексные числа, случайные числа);
работа с временем и дата;
строковый тип данных и форматные преобразования;
ввод/вывод.

STL (Stadard Template Library) — стандартная библиотека шаблонов. Название обобщенное, может быть не совсем точное, так как ее составляют в основном шаблоны всевозможных контейнеров и алгоритмов их обработки (библиотека контейнеров). Библиотеку составляют:

контейнеры (объекты для хранения однотипных данных)
- последовательные (vector, deque, list);
- ассоциативные (set, multiset, map, multimap);
Это функции, механизмы, которые пользуются широкой потребностью, но многие из них сложны в реализации. Целесообразно осуществить стандартную реализацию этих функций и оформить ее в виде стандартной библиотеки языка С++. Теперь даже начинающий программист может воспользоваться низкоуровневыми функциями и механизмами.

Стандартную библиотеку языка нужно знать очень хорошо, чтобы оценивать какие задачи можно решить используя стандартные средства, а какие придется разрабатывать и отслеживать. Мы рассмотрим немногие, основные функции и механизмы представленные стандартной библиотекой. Остальную богатую и мощную часть стандартной библиотеки рекомендую вам активно осваивать самостоятельно.

Пространства имён

Пространства имён — механизм логического группирования функций, классов, переменных, констант в именованный программный модуль.

Для использования функций, заключенных в пространство имен, необходимо получить доступ в это пространство. Это можно сделать двумя способами:

Зачем нужны фреймворки и библиотеки

Работа с библиотеками и фреймворками — базовый навык для девелопера. Хотя оба инструмента помогают строить архитектуру программ, а разработчики часто используют их как синонимы, между ними есть различия.

Объясняем, что выбрать для решения ваших задач.

«Чужой» код

И фреймворки, и библиотеки — это код, который до вас написал другой разработчик. Этот код используют, когда решают однотипные задачи или распространенные проблемы.

Принцип разработки программного обеспечения DRY (Don’t repeat yourself) советует не дублировать код, который используется много раз. Например, вам нужно обрабатывать строки. Для этого вы применили функцию добавления заглавной буквы к каждой новой строке. Записав функцию, вы создали небольшую собственную библиотеку.

Что такое библиотека

Библиотека — это набор функций, которые решают конкретную задачу в программе. Она может применять шаблоны сообщений, ранее скомпилированный код, классы или подпрограммы — и использоваться много раз. В языках программирования есть стандартные библиотеки, но разработчик также может создать свою.

Классы и методы, с которыми работает библиотека, определяют, для чего она используется. Например, математические библиотеки позволяют разработчикам делать вычисления, просто вызвав функцию и не изучая, как работает этот алгоритм в программе. Доступ к библиотекам обычно реализован с помощью API.

Здесь мы рассказываем о Pillow — библиотеке для обработки графики на Python.

статьи по теме:

Какие инструменты разработки используют чаще других.

Разбираем 5 ключевых.

Что такое фреймворк

Фреймворк — это тоже фрагмент кода, но его задача — определить, как структурировать и выполнять программу. Он требует задать архитектуру приложения — например, дизайн программы и интерпретацию кода. Фреймворк — «каркас» вашего приложения. Фреймворки обычно создают профессиональные команды разработчиков в больших корпорациях (вроде Google).

Например, фреймворк AngularJS применяют для создания веб-приложений. Он основан на HTML и JavaScript и задает базовые параметры для проекта: разметку страницы для десктопной и мобильной версии, синхронизацию с данными сервера, синтаксис шаблона и кроссплатформенность страницы (одинаковое отображение на Android и iOS). Чтобы расширить функционал, к сайту на основе Angular можно подключить одну или несколько библиотек. Но подключить Angular к другому фреймворку невозможно, поскольку фреймворк определяет, как запускать код на сайте.

Использование фреймворков и библиотек часто объясняют по аналогии со строительством дома. Фреймворк — это строительная компания, у которой есть несколько готовых проектов домов. А библиотеки — рабочие инструменты (как дрель или лобзик), которые можно применить по своему усмотрению.

Чем фреймворки отличаются от библиотек

Библиотека подключается к вашему коду, а он — к фреймворку. Основное отличие фреймворка от библиотеки в том, кто контролирует процесс разработки. Программист обращается к библиотеке по желанию. В таком случае он отвечает за поток выполнения программы и последовательность выполнения команд. При использовании фреймворка роли меняются. Фреймворк сам вызывает ваш код и предоставляет вам пространство для добавления деталей. Поэтому такое отличие называют инверсией управления.

Упрощенно это можно представить так:
- Библиотека: задайте нам команду, чтобы выполнить работу.
- Фреймворк: не задавайте команду, мы зададим команду вам.
В программировании существует субъективный параметр — «упрямство» библиотек и фреймворков. Это степень свободы разработчика при структурировании кода.

Именно из-за инверсии контроля фреймворки более упрямы и способны больше автоматизировать разработку. Они самостоятельно принимают решения по написанию кода. Например, фреймворк помогает создавать формы авторизации, таблицы или автоматически генерирует верстку. Некоторые фреймворки даже задают расположение или названия файлов.

Такой подход называется convention over configuration (соглашение по конфигурации). В нем разработчику не нужно настраивать большинство параметров программы.

У разных фреймворков — разная степень «упрямства».

Например, фреймворк Ruby on Rails (RoR) языка Ruby называют очень упрямым. Когда вы делаете новый проект на RoR, он сразу создает папки и файлы с большим количеством кода. Например, когда вы создаете модель User, фреймворк ожидает, что она будет привязана к UsersController. Благодаря заранее написанному коду, Rails в фоновом режиме соединяет модели и контроллеры.

Сравним этот подход с использованием Chart.js — библиотеки, которая создает диаграммы в JavaScript. Вы определяете, где и когда вызвать Chart.js, но вам нужно указать тип диаграмм, цвета и границы. Библиотека ответственна только за информацию для диаграмм.

Хорошие фреймворки легко расширить. Они обеспечивают базовый функционал для разработки программы, но остаются открытыми для изменений. Фреймворки генерируют много кода, который разработчик обычно не меняет.

Используя библиотеку, вы должны понимать, что делает каждый из методов. Фреймворки же требуют от разработчика применять конкретную парадигму программирования (функциональную, декларативную, императивную) и понимать логику процессов. Поэтому изучение фреймворков занимает больше времени, но они предоставляют возможность сделать целый проект или его прототип.

Универсального ответа, когда лучше применять фреймворк, а когда — библиотеку, не существует. Но если на проекте вы используете фреймворк, то лучше применять его для решения задач. Библиотека понадобится, если функций фреймворка недостаточно или у вас продвинутые навыки работы с библиотекой и вы хотите решить задачу нестандартным способом.

курсы по теме:

Data Science with Python

Библиотека

Библиотека — это готовый набор функций и объектов для какого-либо языка программирования. Обычно такие наборы объединены назначением или сферой использования, например математические библиотеки или веб-библиотеки. Программисты пользуются ими, чтобы ускорять и упрощать свою работу.

«IT-специалист с нуля» наш лучший курс для старта в IT

Полностью термин звучит как «библиотека подпрограмм». Функции, объекты и другие сущности, которые входят в библиотеку, можно использовать в коде и тем самым облегчать себе задачу. Например, не писать с нуля сложный алгоритм сортировки, а вызвать функцию из библиотеки, где он уже реализован. Это своеобразный набор «строительных блоков» для кода.

Библиотеку не стоит путать с фреймворком. Эти понятия похожи и иногда пересекаются, но библиотека — скорее «облегченный» вариант фреймворка, который не накладывает серьезных требований к архитектуре проекта.

Профессия / 8 месяцев
IT-специалист с нуля

Попробуйте 9 профессий за 2 месяца и выберите подходящую вам

Для чего нужны библиотеки

Писать все с нуля — долго и неэффективно. Разработчикам важно сосредоточиться на внутренней логике своего продукта, а не тратить много времени на решение типовых задач. Поэтому они используют для распространенных действий библиотеки и функции, которые в них входят. В результате вместо сотни строк типового кода разработчик пишет одну — и все работает. Выходит быстрее, проще и удобнее.

Функции собирают в библиотеки для решения какой-то конкретной задачи: математических вычислений, отправки сообщений на сервер, построения модели для машинного обучения и так далее. Какие классы, объекты и функции войдут в библиотеку — зависит от задачи и от того, что для нее требуется чаще всего.

Библиотеки помогают реализовать принцип DRY — don’t repeat yourself, «не повторяйся». Эффективнее и правильнее с точки зрения чистоты кода воспользоваться функцией из библиотеки, чем пытаться реализовать ее с нуля и «изобретать велосипед».

Какие возможности дают библиотеки

В теории — никаких, кроме тех, которые и так можно реализовать внутри языка. Например, библиотека для отправки запросов. Отправить запрос можно и без нее — да, это займет сотни строк кода и много сил, но в теории это возможно.

Основной бонус, который дает использование библиотек, — упрощение и ускорение разработки, а также более чистый код и легкое создание прототипов. Это и есть главная возможность — возможность создавать проекты быстрее.

Можно провести аналогию с готовыми наборами для сборки мебели. Мебель можно выстрогать из дерева своими руками — с этой точки зрения готовые наборы не предлагают ничего нового. Но представьте, сколько времени, сил и умений для этого нужно. Поэтому мало кто сейчас делает мебель сам, а вот наборы популярны.

Какими бывают библиотеки

У библиотек довольно широкая классификация в зависимости от назначения, типа распространения, способа использования и так далее. Вот какими они бывают.

Сторонними и встроенными. Большая часть популярных библиотек, о которых пишут в интернете, — сторонние, то есть их создали не сами разработчики языка. По умолчанию они не входят в язык, но их всегда можно скачать из интернета — чаще всего их хранят в репозиториях на специальных сайтах.

Встроенные, или стандартные библиотеки есть в самих языках программирования. Они подключаются по желанию разработчика, но их не нужно скачивать отдельно — файлы всегда под рукой.

А еще бывают системные библиотеки — system libraries. Это такие, которые изначально встроены в операционную систему. Обычно они нужны для разнообразного системного программирования и работы в консоли.

Открытыми и коммерческими. Открытая библиотека — это такая, которую можно скачать в исходном виде и просмотреть ее код. Некоторые варианты лицензий позволяют пользователям видоизменять код по своему усмотрению или вносить правки в уже готовый продукт — разумеется, их должно одобрить сообщество. Такие библиотеки обычно развиваются за счет сообщества энтузиастов или каких-либо инициативных групп.

Коммерческие библиотеки часто закрытые, их исходный код не видно. Их разрабатывают компании для своих нужд или для внешнего распространения. Бывают и библиотеки для внутреннего пользования, которые обычно не покидают пределов компании, где их создали.

Разработчики могут создавать и свои собственные библиотеки — это по сути наборы функций, и реализовать их может любой опытный программист.

Курс для новичков «IT-специалист
с нуля» – разберемся, какая профессия вам подходит, и поможем вам ее освоить

Статическими и динамическими. Статическая библиотека — это файл с программным кодом, который описывает нужные сущности. Ее подключают к программе с помощью специальной команды; некоторые языки позволяют подключать не библиотеку целиком, а только ее части. При запуске код из библиотеки как бы «вставляется» в программу и становится ее частью.

Динамическая библиотека — это отдельный исполняемый файл на машинных кодах. Он тоже подключается к коду, но иначе — во время запуска. Такая библиотека не «встраивается» в код, а остается отдельным модулем. Сущности из нее подгружаются в работающую программу динамически, уже во время выполнения.

Динамические библиотеки позволяют уменьшить размер программы, и их можно быстро обновить, не «пересобирая» программу. Но их считают более уязвимыми. Если файл библиотеки повредить или подменить, вся программа будет работать неправильно. Статические же модули не повредишь: они уже встроились в исходный код.

Различающимися по назначению. Вот несколько примеров: библиотека для научных вычислений, библиотека для нужд фронтенда, для бэкенда, для шифрования данных, для работы с сетью, передачи запросов или файлов, обработки графики, 3D-моделирования… Список можно продолжать бесконечно. Под любые нужды, скорее всего, найдется подходящая библиотека.

Примеры популярных библиотек

Библиотек существует тысячи, и перечислить их все для каждого языка программирования невозможно. Поэтому мы приведем примеры популярных библиотек для трех распространенных языков: JavaScript, Python и Java.

JavaScript. Этот язык в основном используют для веба, поэтому и библиотеки рассчитаны на него. Например, Webix UI Library нужна для создания пользовательских интерфейсов. В нее входят разнообразные виджеты, готовые блоки с уже запрограммированной логикой. Разработчику остается настроить их. Есть и другие библиотеки компонентов: DHTMLX, Kendo и прочие.

Но библиотеки для JS — это не только компоненты для веба. Например, Choreographer-JS служит для создания и настройки анимаций, а Omniscient добавляет в интерфейсы элементы функционального программирования. А знаменитый Redux, который используется в связке с фреймворками React и Angular, помогает управлять состоянием приложения.

Python. Он многофункциональный, но самые популярные отрасли его использования — data science и машинное обучение, веб и автоматическое тестирование. Поэтому и библиотеки для него в основном направлены на эти отрасли.

В первую очередь стоит упомянуть NumPy и SciPy — библиотеки для математических и научных вычислений. Еще есть TensorFlow, которая популярна в машинном обучении и помогает легко создавать нейронные сети. Сюда же можно отнести библиотеки Scikit Learn, Keras и Pandas — они тоже нужны для ML.

Для веба и других задач есть, например, Requests — библиотека, которая упрощает запросы. Для разработки игр существует Pygame, а для построения графиков — Matplotlib и Seaborn. Еще есть Pillows для работы с изображениями и многое другое.

Java. Этот многофункциональный язык чаще всего используют в крупных корпоративных проектах. Он довольно своеобразный: например, его многословный синтаксис заставляет писать немало повторяющегося кода. Поэтому многие популярные библиотеки для него — MapStruct, Lombok и еще некоторые — нужны для генерации кода с помощью аннотаций. Такой код решает рутинные задачи. Например, MapStruct нужен для маппинга: «связывания» объектов одних сущностей с другими. Это легко, но долго и неудобно делать вручную.

Стоит вспомнить библиотеки для работы с базами данных: Liquibase, FlyWay и другие. Легковесный Blade для веб-разработки можно назвать облегченным аналогом фреймворка Spring.

Библиотеки есть и для многих других целей. Apache POI генерирует отчеты в разных текстовых форматах. Log4j помогает с логированием. libGDX нужен для работы с разнообразным мультимедиа, а Guava — многофункциональный сборник библиотек от Google для самых разных общих задач.

Когда нужно использовать библиотеки

Библиотеки применяются практически в любых профессиональных проектах. Вообще не пользуются ими только новички, задача которых пока что — не создать продукт, а понять принципы и научиться программировать. Но и они, когда знакомятся с синтаксисом и логикой, переходят на новый уровень и начинают пользоваться библиотеками.

Иногда для реализации каких-то действий действительно стоит написать функцию с нуля. Но такое бывает редко и в основном касается оптимизации уже существующего кода. Для создания новых возможностей или прототипирования практически всегда пользуются библиотеками и фреймворками.

Новичкам стоит начинать работать с библиотеками сразу, как только они понимают, что освоили основные принципы языка и могут создавать что-то новое. Так разработка станет эффективнее, а начинающие получат опыт работы с профессиональными инструментами — соответственно, повысят уровень.

Как начать пользоваться библиотеками

Библиотеку можно найти почти под любую задачу. Чаще всего их выкладывают на GitHub, о них пишут на профессиональных сайтах — отыскать подходящую несложно. Затем нужно загрузить библиотеку к себе на рабочее устройство и подключить к коду.

Обычно библиотека — это файл, который можно «импортировать» в код. Команда для этого может иметь разный синтаксис. Чаще всего она называется import. Пишут ее обычно в самом начале файла с кодом; после этого можно пользоваться функциями из библиотеки по своему усмотрению.

Понять, что есть в библиотеке и как этим пользоваться, поможет документация. Создатели практически всегда дают подробную инструкцию с рассказом о возможностях, инструментах, функциях и других сущностях, которые есть в библиотеке. Чаще всего она лежит там же, где и сама библиотека, — на GitHub в файле readme или на официальном сайте.

IT-специалист с нуля

Наш лучший курс для старта в IT. За 2 месяца вы пробуете себя в девяти разных профессиях: мобильной и веб-разработке, тестировании, аналитике и даже Data Science — выберите подходящую и сразу освойте ее.

Библиотеки в программировании: мощный иструмент для создания чистого кода

Как программисту не изобретать велосипед?

Есть ли перспективы у Android разработчиков?

Что такое сигнатура в программировании: терминология и примеры

Data Mapping: определение, применение и преимущества

Что такое framework? Объяснение для новичков

В мире программирования библиотеки являются неотъемлемой частью разработки приложений. Они помогают решать задачи более эффективно, ускоряют процесс разработки и дают возможность пользоваться уже готовыми решениями. Но не все программисты умеют выбирать правильную библиотеку и использовать ее наилучшим образом. В этой статье мы рассмотрим отличия между библиотеками и фреймворками, расскажем о разновидностях библиотек и предупредим о возможных проблемах при их использовании.

Библиотеки в программировании: что это и как они используются

Библиотека в программировании — это набор предопределенных функций, классов и ресурсов, которые можно использовать в приложении, чтобы ускорить процесс разработки. Такие наборы содержат код, который разработчики могут вызвать из своего собственного приложения, чтобы выполнить определенную задачу, например, обработка изображений или работа с сетью. Код можно использовать многократно, что уменьшает время, затраченное на написание нового кода для выполнения повторяющихся задач.

Отличия между библиотеками и фреймворками

Часто библиотеки и фреймворки путают между собой. Отличие заключается в способе использования. При использовании библиотеки разработчик вызывает ее код из своего приложения по мере необходимости, таким образом, специалист сохраняет контроль над потоком программы и управляет вызовами кода. Фреймворки же управляют потоком управления приложением. Фреймворк предоставляет общую архитектуру для приложения, и разработчики строят свое приложение вокруг этой архитектуры, вызывая код фреймворка по мере необходимости. Фреймворк может содержать в себе несколько библиотек, которые используются для выполнения определенных задач в рамках архитектуры фреймворка.

В целом, оба инструмента позволяют разработчикам использовать готовый код, чтобы ускорить процесс разработки, избежать ошибок и уменьшить затраты на разработку.

Приведем несколько примеров различий между инстрементами:
- Управление потоком выполнения: фреймворки это могут, библиотеки — нет. Фреймворки указывают, куда помещать код, в то время как библиотеки предоставляют функциональность, которую можно вызывать из любой части программы.
- Уровень абстракции: фреймворки обычно предоставляют более высокий уровень абстракции. Это означает, что они могут скрыть детали реализации и предоставить разработчику более простой интерфейс для работы.
- Гибкость: библиотеки обычно более гибкие, чем фреймворки. Это связано с тем, что библиотеки обычно предоставляют меньше ограничений на то, как разработчики могут использовать их функциональность. С другой стороны, фреймворки обычно более ограничивают, как можно использовать их функциональность.
- Размер и сложность: фреймворки обычно крупнее и сложнее. Это связано с тем, что фреймворки предоставляют более широкий набор функциональности и охватывают более широкий диапазон задач.
- Необходимость настройки: фреймворки обычно требуют больше настройки и конфигурации. Это связано с тем, что фреймворки часто предоставляют множество настроек, которые позволяют разработчикам настроить их поведение для конкретных нужд проекта.
Как видим, разработчику важно понимать различия между библиотеками и фреймворками, а также их применимости, т.к. это поможет ему выбрать правильный инструмент для конкретной задачи.

Зачем нужны библиотеки программистам?

Они позволяют программистам значительно сократить время разработки, так как они могут использовать готовые компоненты в своих проектах. Это также уменьшает количество ошибок, которые могут возникнуть при создании нового кода, так как библиотеки уже прошли тестирование и проверку на ошибки.

Популярные библиотеки

Существует огромное количество библиотек для различных языков программирования и областей применения. Рассмотрим несколько популярных примеров:
- NumPy – для языка Python, которая используется для работы с массивами и матрицами. NumPy является неотъемлемой частью научных вычислений и машинного обучения.
- React – для языка JavaScript, используемая для создания пользовательских интерфейсов. React обеспечивает быстрое и удобное создание веб-приложений и сайтов.
- jQuery – для языка JavaScript, которая предоставляет простой и удобный интерфейс для работы с DOM-элементами веб-страницы. jQuery используется для упрощения разработки и повышения производительности веб-приложений.
- TensorFlow – для языка Python, которая используется для создания и обучения нейронных сетей. TensorFlow является одним из самых популярных инструментов в области машинного обучения.
Инструменты для поиска и использования библиотек

Для поиска и использования библиотек программисты могут использовать различные инструменты. Например, менеджер пакетов, который позволяет легко управлять зависимостями проекта и устанавливать нужные библиотеки. Некоторые популярные менеджеры пакетов включают в себя npm для JavaScript, pip для Python и Maven для Java.

Также существуют онлайн-каталоги, такие как PyPI для Python и npmjs.com для JavaScript, где можно найти и загрузить нужные библиотеки.

Для поиска и выбора библиотеки можно использовать обзоры и рекомендации, которые публикуются в блогах, форумах и социальных сетях. Например, GitHub, Reddit и Stack Overflow могут быть полезными ресурсами для поиска и обсуждения библиотек.

Кроме того, некоторые компании и сообщества разработчиков создают свои собственные библиотеки и публикуют их в открытом доступе, например, Facebook с библиотекой React для JavaScript.

Можно ли обойтись без библиотек?

Теоретически, можно написать любую программу без использования библиотек. Однако, их использование значительно упрощает и ускоряет процесс разработки программного обеспечения. Они предоставляют готовые решения для часто встречающихся задач в программировании, тем самым сокращая время и усилия, которые нужно затратить на написание собственного кода. Они также позволяют улучшить качество программы, так как библиотеки разрабатываются и тестируются профессионалами, что повышает надежность и безопасность программного обеспечения.

Войдите в захватывающий мир программирования с курсом Java для начинающих программистов! Ищете идеальный старт в программировании? Наш курс предлагает уникальную возможность овладеть фундаментальными принципами Java и начать свою карьеру в IT. Регистрируйтесь сегодня и откройте двери к новым возможностям!

Какие могут быть проблемы при использовании библиотек

Хотя библиотеки — полезный инструмент, их использование может также привести к ряду проблем. Например, если библиотека содержит ошибку, то это может привести к ошибкам в приложении, которые сложно будет отследить и исправить. Приведем еще несколько проблем:
- Конфликты версий. Когда разные библиотеки используют разные версии одной и той же библиотеки или зависимости, это может привести к конфликтам и ошибкам в работе программы.
- Несовместимость. Некоторые библиотеки могут быть несовместимы с другими наборами или с определенной операционной системой. Это может привести к ошибкам и сбоям в работе программы.
- Недостаточная документация. Некоторые библиотеки могут иметь недостаточную документацию, что может затруднить их использование и отладку.
- Низкая производительность. Использование некоторых библиотек может замедлить работу программы, особенно если они не оптимизированы или используются неправильно.
- Уязвимости безопасности. Некоторые библиотеки могут содержать уязвимости безопасности, которые могут быть использованы злоумышленниками для атаки на программу или систему.
Важно тщательно выбирать библиотеки, исследовать их перед использованием, проверять на соответствие требованиям проекта и следить за обновлениями.

Итог

В заключение можно сказать, что библиотеки являются неотъемлемой частью разработки программного обеспечения, предоставляя готовые решения и инструменты для ускорения разработки и повышения ее качества. Но необходимо использовать их с умом, тщательно выбирая и изучая перед использованием, чтобы избежать возможных проблем в будущем.
Похожие публикации: