初學者指南：什麼是 Runtime 執行環境？
更新日期： 2025 年 4 月 26 日
本文為 Node.js 基礎，第 1 篇：
什麼是程式？
簡單定義：給電腦的「指令清單」
程式（program）就是一串給電腦的指令清單。
這些指令告訴電腦該做什麼事情、按照什麼順序做。
✅ 你可以想像程式就像是：
- 食譜（告訴你一步步怎麼做蛋糕）
- 組裝說明書（一步步教你組一張桌子）
- 導航指示（一步步告訴你要怎麼走到目的地）
電腦本身很厲害，但它完全不會自己想事情。
必須有人（程式設計師）告訴它每個小步驟，它才知道該怎麼做。
程式由什麼組成？
一個程式通常是由很多行的指令（code）組成的，這些指令會包含：
- 資料：要處理的東西（比如一個名字、一個數字）
- 操作：要對資料做什麼事（比如加起來、比較大小、顯示出來）
- 流程控制：決定下一步要做什麼（比如如果分數超過60分就顯示「及格」）
舉個超簡單的例子：
（這是一個「計算加總」的小程式）
let a = 5;
let b = 7;
let total = a + b;
console.log(total);這個程式告訴電腦：
- 把 5 存到 a 裡
- 把 7 存到 b 裡
- 把 a 和 b 加起來，存到 total 裡
- 把 total 的結果印出來
所以電腦最後就會印出 12。
什麼是執行環境？
簡單定義：程式運作時的「工作空間」
當你寫好一個程式以後，電腦還需要一個地方來「執行」這些指令。
這個地方，就是我們說的「執行環境（execution environment）」。
✅ 可以把執行環境想成一個：
- 教室（讓學生有地方上課）
- 廚房（讓廚師能夠煮菜）
- 工廠（讓工人能夠生產產品）
你的程式就像是工人，而執行環境就是工廠本身，裡面會提供必須的資源，讓工人（程式）可以順利工作。
執行環境是做什麼的？
當程式開始執行時，電腦會建立一個「執行環境」，這個環境會幫忙做幾件非常重要的事情：
記錄資料
- 幫你保管變數和值，例如：記住
a = 5、b = 7這些資訊。
管理操作
- 控制程式執行的流程，例如：遇到
console.log(total)時要顯示結果。
提供工具
- 預先準備一些常用的功能，像是數學計算、印出資料、跟外界溝通的能力。
✅ 小提醒：如果沒有執行環境，程式就算寫好了，也根本「沒地方可以跑」，會像無家可歸的指令一樣，什麼都做不了！
更具體一點：執行環境裡面長什麼樣子？
可以想像執行環境裡會有很多「小格子」，每個格子負責一個綁定（binding）。
例如：
| 名稱 | 資料 |
|---|---|
| a | 5 |
| b | 7 |
| total | 12 |
| console | 一個可以印出文字的功能 |
當你的程式說 console.log(total) 的時候，電腦就會：
- 先在這個環境裡找到
console這個名字，拿出「印出文字」這個功能。 - 再找到
total這個名字，拿到12這個數字。 - 然後執行印出
12的動作。
✅ 這個過程，全部都是靠執行環境來完成的。
為什麼每種程式語言都需要執行環境？
程式本身只是「死的文字」
首先要理解一件事情：
- 程式碼（像是 JavaScript、Python、C++ 這些）本質上只是文字。
- 如果只是把程式碼寫在電腦裡，電腦是看不懂也做不了任何事的。
✅ 電腦不會自動懂「let a = 5」是什麼意思，它只會當成一堆亂碼看待。
執行環境是「解讀指令」＋「提供支援」的地方
為了讓這些死的文字變成可以運作的東西，需要兩件事：
- 有人懂得讀這些指令（翻譯成電腦能理解的語言）
- 有人準備好基本功能和工具（像記憶資料、做數學運算、印出結果等等）
這個「有人」指的就是——執行環境（execution environment）！
✅ 簡單來說：
執行環境是負責「翻譯程式指令＋提供執行資源」的超級助理。
沒有它，程式就只是一堆靜靜躺在檔案裡的文字，永遠跑不起來。
為什麼每種語言都要自己準備執行環境？
因為不同程式語言，講的是不同的「語言」！
舉例來說：
- JavaScript 的
console.log('Hello') - Python 的
print('Hello') - C++ 的
std::cout << "Hello";
雖然這些指令都是「把文字印出來」，但是寫法完全不一樣！
✅ 所以，每種程式語言：
- 需要有自己專門的環境，能夠正確理解它的語法。
- 必須提供符合該語言標準的工具、函式和行為。
比如：
| 語言 | 專用執行環境範例 |
|---|---|
| JavaScript | 瀏覽器（Chrome, Firefox）或 Node.js |
| Python | Python 直譯器（CPython, PyPy） |
| C++ | 編譯器 + 作業系統支援 |
每種語言，都有自己專屬的「翻譯員」和「工具箱」。
如果沒有執行環境，會發生什麼事？
如果沒有執行環境，程式就會：
- 無法被解讀（電腦不知道這些指令要做什麼）
- 無法保管資料（像 a=5 這樣的值也無法儲存）
- 無法進行互動（例如你打開網頁點按鈕，什麼事都不會發生）
✅ 簡單說：
沒有執行環境，程式＝廢紙。
電腦只會傻傻地看著一堆無意義的文字，什麼行動也不會有。
執行環境有哪些重要特性？
當程式在運作時，執行環境會負責管理一切讓程式可以順利執行的資源和行為。
這個環境本身有幾個很重要的特性，每一個特性都直接影響程式能不能正常運作。
包含綁定（Binding）
在執行環境裡，最基本的一件事情就是：
將「名稱」和「實際的資料或功能」連在一起，這個動作叫做「綁定」。
✅ 比如說：
let name = 'Tom';這裡的 name 這個名字，綁定到 'Tom' 這個資料上。
✅ 執行環境會記錄下這些綁定，讓你的程式在後面可以透過名字，隨時取出或操作資料。
提供互動的管道與手段（Interaction Mechanisms）
除了管理「自己內部的資料」以外，執行環境還有另一個很重要的功能：
讓程式能跟「外界」互動。
什麼叫「外界」？
- 使用者（比如滑鼠點擊、鍵盤輸入）
- 網路（比如請求伺服器資料）
- 檔案系統（比如讀取或儲存檔案）
- 其他裝置（像是印表機、相機）
✅ 舉例來說，如果你的程式想要：
- 讀取使用者輸入的帳號密碼
- 把資料送到一台遠端伺服器
- 顯示一張從網路下載下來的圖片
這些事情不是靠單純的程式指令就能完成，而是要透過執行環境提供的管道（API、方法）來達成。
如果沒有這些互動的手段，程式就會變成一個只能自己計算數字、什麼事也不能對外做的「孤島」。
執行環境的常見例子
瀏覽器中的執行環境
最常見、最熟悉的執行環境，就是「瀏覽器」！
當你開啟 Chrome、Firefox、Safari 的時候，瀏覽器會自動幫你建立一個 JavaScript 的執行環境。
這個環境裡面已經內建了很多功能，幫助你的程式跟使用者、網路互動。
✅ 例如瀏覽器提供的功能包括：
- 事件監聽器（Event Listener）：
讓你的程式能夠偵測使用者的操作，例如滑鼠點擊、鍵盤輸入。 - 網路請求（Network Request）：
讓你的程式可以透過fetch或XMLHttpRequest去跟伺服器拿資料。 - 計時器功能（Timers）：
讓你可以使用setTimeout或setInterval，設定延遲執行或重複執行的動作。 - DOM 操作（Document Object Model）：
讓你的程式可以動態改變網頁上的內容，例如新增一個按鈕，改變文字等等。
瀏覽器執行環境帶來的互動例子
有了這些內建功能，你的網頁程式就可以做到：
- 點擊按鈕，觸發一個事件（例如：彈出一個提示框）
- 填寫表單，把資料送到伺服器（例如：登入系統）
- 自動從後端載入新的資料並更新畫面（例如：看到新的貼文出現）
✅ 小提醒：
這些功能並不是「原生 JavaScript」本身就擁有的，而是瀏覽器這個執行環境額外提供的功能！
如果你單純把 JavaScript 程式碼拿到別的環境（比如 Node.js），那些像是 document、window 的東西就會消失，因為那已經不是瀏覽器了！
不同執行環境的差異
雖然「執行環境」這個概念在各種程式語言裡都是共通的，但不同的平台、不同的語言，實際提供的功能和資源卻差異很大！
為了幫助理解，我們可以從三個常見的執行環境來比較：
| 項目 | 瀏覽器（Browser） | Node.js | Python 執行器 |
|---|---|---|---|
| 使用語言 | JavaScript | JavaScript | Python |
| 主要目標 | 操作網頁、互動式內容 | 操作伺服器、後端程式 | 廣泛用途（科學運算、網頁後端、腳本） |
| 提供的互動功能 | DOM 操作、事件監聽、網路請求（AJAX） | 檔案系統存取、建立伺服器、處理網路連線 | 檔案存取、資料處理、第三方套件（如 requests） |
| 能否直接操作網頁？ | ✅ 可以操作（例如 document.getElementById） | ❌ 不能操作網頁元素 | ❌ 不能操作網頁元素 |
| 能否直接操作伺服器？ | ❌ 不行，通常只能向伺服器發送請求 | ✅ 可以直接開伺服器（例如 Express.js） | ✅ 可以直接開伺服器（例如 Django、Flask） |
| 能否讀寫本地檔案？ | ❌ 不行，為了安全性禁止 | ✅ 可以（使用 fs 模組） | ✅ 可以（使用 open() 函式） |
| 典型用途 | 做出動態網頁、SPA網站 | 寫API伺服器、批次任務、自動化腳本 | 資料分析、網站後端、自動化腳本、AI應用 |
從上面的表格可以看到：
- 瀏覽器環境：
最適合用來處理「網頁畫面」和「使用者互動」，但不能直接操作本地硬碟或開伺服器。 - Node.js 環境：
是給 JavaScript 用來在「伺服器」上跑的，沒有畫面控制功能，但可以讀寫硬碟、架網站。 - Python 執行器：
則是一個很萬用的環境，既可以寫小腳本，也可以開伺服器，還可以做資料分析、機器學習等用途。
✅ 因此，一段程式碼要能正確運作，除了要「寫對語法」，還要確保：
- 你所在的執行環境，有提供你需要用到的功能！
實際例子對比
最後，用一個具體的小例子，加深理解：
🔵 在瀏覽器中想要讀取一個按鈕的文字，可以這樣寫：
let text = document.getElementById('myButton').innerText;
console.log(text);- 這裡使用了
document，是瀏覽器環境特有的功能。 - 如果你把這段程式丟到 Node.js 直接跑，會馬上錯誤，因為 Node.js 裡根本沒有
document！
🔵 在Node.js中讀取一個本地檔案，可以這樣寫：
const fs = require('fs');
const content = fs.readFileSync('data.txt', 'utf8');
console.log(content);fs是 Node.js 特有的模組，負責操作檔案系統。- 如果你把這段程式丟到瀏覽器跑，會出錯，因為瀏覽器根本沒有
fs這個東西！
結論
- 不同執行環境支援的功能不同，要選對工具！
- 同一種程式語言，在不同環境下能做的事情也會不一樣！
- 理解執行環境的差異，是成為真正能自由開發的工程師的基礎！
✅ 簡單記住：
「程式是語言，執行環境是舞台。不同的舞台，演出的內容自然也不同！」