تصور کنید زبانی وجود داشته باشد که سادگی Python، امنیت Rust، زیبایی Lisp، انعطافپذیری Lua و بهترین ویژگیهای سایر زبانها را در خود جمع کرده باشد. در این مقاله، ایدههایی برای طراحی چنین زبان برنامهنویسی آرمانی را بررسی میکنیم.
انتخاب پارادایم، نخستین و مهمترین تصمیم در طراحی یک زبان است. پارادایم نحوه طراحی سینتکس، ساختار و حتی ابزارهای جانبی زبان را تعیین میکند. هدف ما ایجاد زبانی است که بیشترین آزادی و سادگی را به برنامهنویس بدهد؛ به شکلی که بدون نیاز به IDEهای انحصاری یا ابزارهای پیچیده، تنها با خط فرمان قابل استفاده باشد.
به همین دلیل، وابستگی به پارادایمهای پیچیده مانند شیگراییِ سنگین (که اغلب منجر به کدهای طولانی و وابستگی به ابزارهای سنگین میشود) با این هدف در تضاد است. در عوض، پارادایم رویهای گزینهای منطقی است: هم در محیطهای تعاملی (REPL) کاربرد دارد و هم برای توسعه برنامههای سیستمی پیچیده کارآمد است.
البته این زبان میتواند قابلیت ترکیب پارادایمها را نیز داشته باشد؛ برای مثال، پشتیبانی از برنامهنویسی واکنشی (Reactive) در سبک JavaScript یا برنامهنویسی دادهمحور (Data-Oriented) در سبک Lisp.
تاریخچه زبانهای برنامهنویسی نشان میدهد که بسیاری از آنها تحت تأثیر تفکر ریاضیدانان اولیه شکل گرفتهاند و بنابراین سینتکسشان شبیه معادلات ریاضی است. اما دیدگاه ما این است که کد باید بازتابدهنده عملیات واقعی در سطح سیستم باشد.
برای نمونه، به جای تعریف متغیر در Python به شکل:
میتوان در زبان آرمانی چنین نوشت:
این جمله، عمل را دقیقاً همانطور بیان میکند که در حافظه رخ میدهد: قرار دادن مقدار ۱۰ در متغیر Number. همین ایده میتواند در تعریف و اجرای توابع و سایر ساختارها هم به کار رود تا کد برای برنامهنویس ملموستر شود.
زبان آرمانی باید یک زبان هیبریدی باشد؛ یعنی هم مفسر (Interpreter) داشته باشد و هم قابلیت کامپایل شدن به پلتفرمهای مختلف را فراهم کند. این کامپایلرها میتوانند شامل موارد زیر باشند:
کامپایل به کد ماشین بومی (Native)
خروجی برای ماشینهای مجازی زبانهای دیگر
پشتیبانی از WebAssembly برای اجرا در مرورگر
اجرای مستقیم در محیط مفسری
چنین انعطافی باعث میشود یک زبان بتواند در دامنههای گوناگون، از برنامهنویسی سیستمی تا توسعه وب، کاربرد داشته باشد.
برای واقعی بودن قابلیت Cross-Platform، زبان باید در لایه بالاتری از سختافزار عمل کند و جزئیات فنی مانند مدیریت حافظه را (در حالت پیشفرض) از کاربر پنهان کند. این سادگی باعث میشود پیادهسازی کامپایلر و مفسر برای پلتفرمهای مختلف آسانتر باشد، بدون اینکه کاربر نیاز به تغییر کد داشته باشد.
بیشتر زبانها با یک یا چند محدودیت ذاتی مواجهاند. برای مثال:
Java و C# سابقه مشکلات Null Reference داشتهاند.
بسیاری از زبانهای سیستمی مانند C و ++C از نظر Memory Safety آسیبپذیرند.
JavaScript از مشکل چندپارگی (Fragmentation) اکوسیستم رنج میبرد.
Swift و Objective-C در زمینه کراسپلتفرم محدودیت دارند.
زبان آرمانی باید از ابتدا بهگونهای طراحی شود که این نوع محدودیتهای شناختهشده را به حداقل برساند.
زبان باید ثبات سینتکس و API داشته باشد و از تغییرات شکافساز (Breaking Changes) اجتناب کند. این ثبات باعث میشود کدهای قدیمی بدون تغییر کار کنند و کارفرمایان با اطمینان بیشتری از آن در پروژههای بزرگ استفاده کنند.
یکی از ویژگیهای کلیدی زبان آرمانی، انعطاف در مدل مدیریت حافظه است. این زبان میتواند از چندین روش Garbage Collection (مانند Reference Counting یا Tracing GC) پشتیبانی کند و در صورت نیاز امکان مدیریت دستی حافظه را نیز در اختیار توسعهدهنده بگذارد. این انعطاف، زبان را برای کاربردهای سیستمی و Real-Time نیز مناسب میکند.
روشهای چندوظیفگی در زبانها متفاوت است:
در Elixir، هر وظیفه یک Process مستقل است.
در C، وظایف بهصورت Threadهای بومی اجرا میشوند.
در Java و C#، Threadهای مجازی (Managed Threads) روی ماشین مجازی اجرا میشوند.
زبان آرمانی باید امکان انتخاب بین این مدلها را فراهم کند تا بر اساس نیاز پروژه، بهترین روش به کار گرفته شود.
مشکلات بسیاری از زبانهای مدرن به دلیل پیچیدگیهای غیرضروری و محدودیت در نحوه اجرا و کامپایل است. زبان آرمانی باید:
ساده و قابل فهم باشد.
انعطافپذیری بالایی در پارادایم، مدیریت حافظه و مولتیتسکینگ داشته باشد.
سینتکس آن بازتابدهنده عملیات واقعی سیستم باشد.
پایداری بلندمدت و کراسپلتفرم واقعی را تضمین کند.
چنین زبانی میتواند بهعنوان ابزاری واحد، نیازهای متنوع برنامهنویسان را برآورده کرده و از وابستگی به زبانهای متعدد بکاهد.
