思索下一代程式語言教學系統，利用 Node.js 實作程式碼遠端編譯執行

長久以來我一直在思考如何實作更好的程式語言的教學系統，目前發展的 PLWeb v2 已經用了五年的時間，而下一個版本會是什麼樣子，怎樣才有更大的躍進，是我每次在夜深人靜時就會不斷在腦海中不停思考的問題，...

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我對新的程式語言教學系統，有無數個期待：

1. 支援 Eclipse 及 Visual Studio 等各種整合開發環境的教學。
2. 線上編輯教材，以 Markdown 編寫電子書，使用 CodeMirror 或 ACE Editor 提供用瀏覽器撰寫程式碼的功能。
3. 教材自動轉換為電子書。
4. 更好的互動練習環境、支援廣播及即時問答功能的網頁介面。
5. 學習者不必安裝任何軟體（包括編譯器也免安裝），直接透過瀏覽器就能學習（即使是用 iPad 平板電腦也能學）。

最近最有興趣解決的其中一項問題，就是讓程式碼在遠端編譯執行。

這聽起來並沒有什麼困難，因為只要先將程式碼上傳，在 Server Side 只要用 Shell 呼叫編譯程式，就能將執行結果回傳給 Client 端。

但是對於教學來說，許多程式會有 User Input，也就是使用者需要將資料以鍵盤輸入，再交由程式處理回應。

雖然可以將 Input Data 以 STDIN Stream 給執行中的程式，但這樣需要在程式未輸出任何訊息時，就已經將 Input Data 輸入完成，對學習者來說這樣寫好的程式，User Input 就失去意義。

對網頁程式來說，還必須將後端執行中的程式與瀏覽器串接起來，重新導向 STDIN/STDOUT，如此才能讓遠端執行的程式，就像在 Local 端一樣有 Console 的互動操作效果。

近期對 Node.js 的研究，讓我發現 Node.js 是目前最適合用來處理這項需求的方案。

因為 Node.js 有太多好處：

1. 輕量，伺服器負載小，一部機器可承載大量線上使用者。
2. Socket.io 提供最簡單穩固的 WebSocket 實作，解決瀏覽器和伺服器之間串流執行中程式 STDIN/STDOUT 的需求。
3. 由 chjj 開發的 pty.js 及 tty.js 已經初步完成基本實作的範例。
4. 可以透過 Node.js module 搭配 C/C++ 實作底層所需的程式碼，如此一來 Unix 既有的虛擬終端機介面（Pseudo terminal）就能派上用場。

而多人共用伺服器編寫程式碼、執行程式的安全性問題，則可以透過 Unix 的權限控管，以及搭配虛擬機器來執行（包含網路的隔離等）。

我 fork 了一份 tty.js，並加入一些簡單的修改，大致上完成了程式練習系統的介面雛形，用來驗證這個構想（proof-of-concepts）。專案的網址是：

https://github.com/lyhcode/tty.js 

執行畫面如下圖，上方為程式碼編輯區，下方為瀏覽器的 Console 畫面，透過 tty.js 串接在伺服器上執行的終端機畫面；如此一來，即使是包含 User Input 的程式，也可以在遠端編譯、執行，但學習者只要透過瀏覽器就可以完全地控制。

修改自 tty.js 的 proof-of-concepts

雖然 Unix/BSD/Linux 是絕佳的程式開發環境，但是對初學者來說，又要學程式語言又要摸索新的作業系統操作，難免會有太多的阻礙。

但如果透過簡易的 Web UI 介面包裝，讓寫程式變成只要打開瀏覽器，就能立即開始編寫程式碼，按下一個 Run 按鈕後，就自動交由遠端的 Linux 伺服器編譯、執行，同時還能享有跟 Local 端相同的 Console 鍵盤操作、跟程式互動，我想這應該會是更方便的學習環境吧。

Node.js 是有趣的新技術，即使你從未使用過它、未來也不打算用它開發軟體，多瞭解它還是能夠顛覆許多傳統的想法，例如那些過去認為用 Web 做不到或很難做的事情，現在都變得可行而且簡單有趣。

如果你有興趣研究 Node.js，請參考：

1. Node.js Taiwan Facebook Page http://facebook.com/nodejs.tw
2. Node.js Taiwan Homepage http://nodejs.tw
3. Node.js 中文社群電子書 http://book.nodejs.tw

Node.js Rocks!