Modularno programiranje: što je to i koje su prednosti softverskih modula

od kim Ažurirano: Srpanj 6, 2022

Modularno programiranje je tehnika organiziranja koda u zasebne samostalne dijelove s jasno definiranim sučeljima.

Programerima omogućuje brzu izradu aplikacija koje su pouzdane i jednostavne za održavanje. Modularno programiranje također smanjuje ukupnu složenost koda, olakšavajući otklanjanje pogrešaka i modificiranje.

U ovom ćemo članku raspravljati o konceptu modularnog programiranja i prednostima korištenja softverskih modula.

Definicija modularnog programiranja

Modularno programiranje je pristup razvoju softvera koji se fokusira na odvajanje koda u samostalne i međusobno zamjenjive komponente poznate kao moduli ili biblioteke. Svaki modul sadrži minimalnu količinu koda potrebnu za izvršavanje određenog zadatka, dopuštajući ponovnu upotrebu koda unutar aplikacije, kao i među aplikacijama. Dijeljenjem zadataka u labavo povezane module, pojedinačni dijelovi mogu se razvijati neovisno bez utjecaja na druge dijelove sustava. To čini modularno programiranje popularnim za složene aplikacije gdje se promjene moraju dogoditi brzo tijekom vremena ili ako je potrebna suradnja više programera.

Prednosti modularnog programiranja su brojne, što ga čini privlačnim izborom za mnoge razvojne timove. Kao prvo, to kod često čini mnogo jednostavnijim za čitanje i održavanje jer su sve povezane funkcije organizirane zajedno na jednom mjestu. Moduli također rješavaju uobičajene razvojne izazove kao što su verzija i distribucija budući da svaki modul ima svoj broj verzije koji se zatim može pratiti za ažuriranja. Moduli su dizajnirani imajući na umu fleksibilnost — tako da kada se naprave poboljšanja ili dodaju značajke, potrebno je promijeniti samo zahvaćeni modul umjesto ponovnog pisanja velikih dijelova koda od nule. Konačno, korištenje modula ubrzava vremenske rokove projekata budući da se postojeća rješenja često mogu koristiti umjesto stvaranja svega ispočetka.

Prednosti modularnog programiranja

Modularno programiranje je tehnika razvoja softvera koja uključuje odvajanje koda u zasebne i autonomne module. Moduli se sastoje od pojedinačnih, malih funkcija koje se mogu lako koristiti, ponovno koristiti, modificirati ili isključiti. Prednosti ili prednosti ovog pristupa kreću se od poboljšane čitljivosti koda do više razine skalabilnosti, mogućnosti testiranja i izvedivosti.

Odvajanjem funkcija u različite module, modularno programiranje pojednostavljuje proces uklanjanja pogrešaka jer svaka zasebna jedinica djeluje neovisno o drugima. To programerima omogućuje brže i lakše prepoznavanje potencijalnih pogrešaka budući da su usredotočeni na jedno područje. Moduli također potiču timsku suradnju dodjeljivanjem različitih aspekata projekta različitim članovima; ovo osigurava učinkovit tijek rada i bržu stopu isporuke.

Još jedna prednost modularnog programiranja leži u njegovoj mogućnosti ponovne upotrebe; komponente se mogu ponovno koristiti u drugim projektima u nastojanju da se smanji vrijeme kodiranja i trud za više projekata koji zahtijevaju slične vrste funkcionalnosti. Ovo zahtijeva manje održavanja budući da već postoji postojeći testirani kod koji se može upotrijebiti negdje drugdje – uređivanje postojećeg modula umjesto pisanja potpuno novog od nule često zahtijeva manje truda od strane programera.

Štoviše, s modularnim programiranjem dolazi skalabilnost; dodavanje novih značajki ili uklanjanje starih više ne zahtijeva opsežno ponovno pisanje – jednostavno uredite ili zamijenite ono što treba popraviti unutar vlastitog modula, a zatim to ponovno povežite s drugim postojećim modulima umjesto da uložite više vremena u ponovno pisanje svega iznova. Osim toga, korištenje modula promiče mogućnost testiranja – programeri mogu neovisno graditi na svakoj jedinici bez brige o tome kako će to utjecati na druge dijelove tijekom faza testiranja ili ponavljanja
Sve u svemu, praktičari koji koriste ovu paradigmu imaju koristi od kraćeg vremena razvoja, a istovremeno osiguravaju program učinkovitost, pouzdanost i proširivost kroz dobro definirane skupine (module) ili pojedinačne jedinice koje se udružuju kako bi stvorile program/aplikaciju u cijelosti

Prednosti modularnog programiranja

Modularno programiranje je vrsta programiranja koja se fokusira na rastavljanje velikog, složenog problema na manje komponente kojima se lakše upravlja. Omogućuje programerima da podijele svoj kod u male, neovisne module koji se mogu mijenjati, zamijeniti i ponovno koristiti bez potrebe za pribjegavanjem ponovnom pisanju cijelog programa. Nekoliko je prednosti modularnog programiranja, uključujući bolju skalabilnost i lakše održavanje. Istražimo dalje te prednosti.

Lakše održavanje

Održavanje dijela softvera izrađenog pomoću modularnog programiranja puno je lakše u usporedbi s održavanjem nemodularnog koda. Kada je dio koda napisan na modularan način, svaka je jedinica odgovorna za obavljanje jednog specifičnog posla, što uvelike olakšava rješavanje problema i otklanjanje pogrešaka. Ovo može uvelike smanjiti broj testnih slučajeva koje je potrebno pokrenuti, što može pomoći u uštedi vremena i novca kada se radi o softverskim popravcima i poboljšanjima.

Uz to, upotreba modula olakšava ponovnu upotrebu funkcija stvorenih unutar njih, budući da se često mogu koristiti u više aplikacija ili scenarija umjesto da se moraju duplicirati svaki put kada su potrebni. To znači da je potrebno manje posla kodiranja jer se cijele funkcije mogu kopirati u druge dijelove koda kada je to potrebno.

Modularno programiranje također je vrlo pogodno za projekte grupnog kodiranja jer različiti članovi mogu lako odabrati različite module i raditi na njima pojedinačno prije nego što ih drugi član ili funkcija konačno kombiniraju u konačni proizvod. To omogućuje relativno brzu izradu složenih softverskih aplikacija ili web stranica bez potrebe da bilo koji programer ima enciklopedijsko znanje o svakom aspektu koda uključenog u projekt.

Poboljšana čitljivost

Enkapsulacijom podataka modularno programiranje povećava čitljivost izvornog koda. To je zato što se sve nepotrebne informacije i kod stavljaju u modul na koji se može referencirati umjesto da budu suvišno uključeni. Kada se podaci ili određeni dijelovi koda intenzivno koriste tijekom razvojnog projekta, modularno programiranje potiče programere da ih razdvoje u funkcije što ih čini lakšim za razumijevanje i bržim za uređivanje kada je to potrebno.

Modularno programiranje povećava čitljivost i na drugi način. Različito pohranjivanje koda može omogućiti specifičnije oznake i opise pri referenciranju odjeljaka kodne baze projekta. Razbijanjem projekta na module za višekratnu upotrebu označene opisom, možete brzo locirati određene odjeljke bez potrebe za čitanjem više redaka ili cijelih datoteka sažetih uputa za kodiranje. Na primjer, ako imate modul za rukovanje podacima, možete ga nazvati "dataHandling" tako da znate što će referencirati prije nego što ga uopće unesete u svoj radni prostor za kodiranje. Takva jasnoća pomaže drugim programerima da brzo razumiju kako program radi nakon čitanja i kretanja kroz izvorni kod, što poboljšava upotrebljivost softvera tijekom njegovog vijeka trajanja.

Povećana mogućnost ponovne upotrebe

Jedna od primarnih prednosti modularnog programiranja je povećana mogućnost ponovne upotrebe. Modularno programiranje omogućuje izdvajanje osnovnih funkcija programa i njihovo korištenje u više drugih programa. Ovo pruža veću fleksibilnost pri izradi novih softverskih rješenja budući da programe možete izraditi brzo i isplativo.

Moduli su samostalne jedinice, što znači da bilo kakve promjene na jednom neće utjecati na druge module, sve dok je pravilno dizajniran. Ovo potiče suradnju programera, budući da različiti timovi mogu raditi na različitim modulima istovremeno bez ometanja rada drugih. Također smanjuje vjerojatnost unošenja grešaka u sustav omogućujući programerima da se usredotoče na pojedinačne komponente bez potrebe da brinu o neželjenim problemima koji se uvlače u njihovu bazu koda.

Mogućnost ponovne upotrebe koda koju pruža modularno programiranje također omogućuje konzistentnije vremenske okvire razvoja i predvidljive ishode projekta, budući da programeri mogu crpiti iz već postojećih baza koda za stvaranje novog softvera. Povećanjem učinkovitosti ponovnim korištenjem, razvojni timovi mogu povećati svoju ukupnu produktivnost i uštedjeti dragocjene sate za druge zadatke ili projekte.

Poboljšana kvaliteta koda

Modularno programiranje ima nekoliko ključnih prednosti, ali ona koja se često najviše ističe je poboljšana kvaliteta koda. Korištenjem modula kod se može napisati na organiziraniji i strukturiraniji način, čineći kod lakšim za razumijevanje i čitanje. Konkretno, u kombinaciji s pravilnim komentiranjem koda, modularno programiranje olakšava ažuriranje i otklanjanje pogrešaka u postojećim programima jer su bolje dokumentirani. Korištenje modula također eliminira redundantno kodiranje koje može spriječiti pojavu grešaka budući da će se u cijelom programu koristiti samo jedna verzija određene funkcije. Pisanje manjih funkcija s jasnim pojedinačnim odgovornostima također smanjuje količinu pogrešaka unesenih u program kada se veliki programi restrukturiraju zbog promjena u zahtjevima ili grešaka otkrivenih tijekom testiranja. Općenito, ova poboljšanja koda omogućuju dugoročnu održivost i uštedu troškova za projekte, kao i kvalitetnije rezultate za krajnje korisnike.

Smanjena složenost

Korištenje modularnog programiranja može smanjiti složenost razvoja softvera razbijanjem na zasebne komponente. Svaka komponenta postaje modul u programu, predstavljajući samostalan skup uputa koje se mogu jednostavno testirati i ocijeniti. To pomaže razvojnim programerima da bolje razumiju problem i usredotoče se na jednu po jednu komponentu, što olakšava otklanjanje pogrešaka i prilagođavanje po potrebi. Razbijanjem problema na manje dijelove, programeri mogu raditi brže i učinkovitije, omogućujući brže razvojne cikluse kao i poboljšanu kvalitetu koda. Modularno programiranje također omogućuje ponovnu upotrebu koda, gdje se jedna komponenta može koristiti u više projekata, čime se značajno štedi vrijeme tijekom razvojnih ciklusa. Osim toga, modularno programiranje olakšava timovima razbijanje zadataka i učinkovitiju suradnju jer svatko radi na svojim vlastitim "modulima" umjesto samo na jednom zajedničkom projektu.

Uobičajene tehnike modularnog programiranja

Modularno programiranje vrsta je metodologije razvoja softvera pri čemu je kod segmentiran u različite, neovisne komponente, od kojih svaka obavlja svoju specifičnu zadaću. Ovaj oblik programiranja omogućuje lakše održavanje i fleksibilnost, jer se pojedinačne komponente mogu ponovno koristiti u drugim aplikacijama. U ovom odjeljku proći ćemo kroz najčešće tehnike koje se koriste u modularnom programiranju.

Objektno orijentirano programiranje

Objektno orijentirano programiranje (OOP) moderna je vrsta modularnog programiranja koje koristi objekte za strukturiranje izvornog koda i pruža višekratni pristup razvoju. Objekti sadrže funkcije i podatke, poznate kao atributi, koji mogu međusobno komunicirati radi izvršavanja programa. Glavna prednost OOP-a je mogućnost ponovne upotrebe koda; objekti se pišu jednom i koriste u više programa. Uobičajene OOP tehnike uključuju enkapsulaciju, nasljeđivanje i polimorfizam.

Enkapsulacija omogućuje objektima sigurno pohranjivanje vlastitih podataka; ovo ograničava pristup iz drugih dijelova sustava. Umjesto promjene varijabli objekta izravno pomoću vanjskog koda, enkapsulacija omogućuje kontroliranu interakciju putem određenih metoda ili funkcija. Nasljeđivanje omogućuje objektima da izvode značajke iz nadređenog objekta tako da ne morate uvijek iznova pisati istu funkciju. Polimorfizam daje objektima metode dostupne pod istim imenom, ali različite implementacije ovisno o tome kako se koriste u određenim kontekstima unutar programa.

Ovo su samo neke od modernih tehnika povezanih s objektno orijentiranim programiranjem; ima još drugih poput apstrakcije, modularnosti i metaprogramiranja koji ga čine popularnim među programerima koji traže dosljednost u dizajnu softvera.

Proceduralno programiranje

Proceduralno programiranje je najčešći tip modularnog programiranja. Koristi organizaciju odozgo prema dolje, što znači da počinje sa širokim pregledom problema, a zatim ih postupno raščlanjuje. U proceduralnom programiranju, moduli se stvaraju od dijelova koda koji ispunjavaju zadatak ili rješavaju problem. Općenito, programi se razvijaju na linearan način s algoritmima koji se koriste za upravljanje svakim procesom. Moduli se mogu koristiti više puta i umjesto ponovnog pisanja istog koda, različiti dijelovi koda mogu pozivati ​​elemente već postojećeg modula prema potrebi. Ovo ne samo da štedi vrijeme razvoja, već i olakšava otklanjanje pogrešaka i održavanje programerima.

Funkcionalno programiranje

Funkcionalno programiranje je tehnika koja rastavlja program na funkcije. Funkcije su izolirani dijelovi koda koji primaju unos, izvode radnju i vraćaju rezultat. Nema mijenjanja stanja ili podataka unutar ovih programa, što ih čini jednostavnim za testiranje i održavanje tijekom vremena. To čini funkcionalne module jednostavnijim za otklanjanje pogrešaka od većih modula, jer ima manje pokretnih dijelova u kodu. Standardiziranim načinom programiranja mogu se brzo postići stabilni i pouzdani rezultati.

Funkcionalno programiranje također potiče programere da na probleme gledaju s pristupom "prvo apstrakcija". Programer počinje stvaranjem parametriziranih funkcija koje može modificirati dok se kreće kroz svoj razvojni ciklus i usavršava svoja rješenja. Ovaj pristup olakšava stvaranje komponenti koje se mogu ponovno upotrijebiti u više projekata, kao i podršku za mnoge različite scenarije bez potrebe da svaki put potpuno prepisujete kod ispočetka.

Prednosti korištenja funkcionalnog programiranja za modularni dizajn softvera su olakšavanje testiranja programa rastavljanjem na male dijelove, svestranost jer možete kombinirati funkcije za različite zadatke, brzi razvojni ciklusi zbog manjeg održavanja potrebnog za programski kod, komponente koje se mogu ponovno koristiti ne morate stvarati nove svaki put, i naposljetku, poboljšana izvedba paraleliziranjem funkcija funkcija na više niti istovremeno, ako je potrebno.

Izazovi modularnog programiranja

Modularno programiranje ili rastavljanje programskih zadataka u manje module ima svoj niz izazova. Ovi izazovi mogu uključivati, ali nisu ograničeni na, konvencije imenovanja, stvaranje sučelja između modula i osiguravanje da se modul može ponovno koristiti i ispravno testirati. Kako biste stvorili uspješan program, morate razumjeti složenost koja je uključena i s lakoćom prolaziti kroz te izazove. Razmotrimo neke od najčešćih izazova povezanih s modularnim programiranjem.

Otklanjanje grešaka

Otklanjanje pogrešaka decentraliziranih modula može biti veliki izazov. Zbog činjenice da je softver podijeljen na više dijelova, testiranje, prepoznavanje i popravljanje grešaka u pojedinim komponentama može biti dugotrajno. Štoviše, budući da komponente moraju međusobno djelovati, potrebno je duboko razumijevanje kako se svi pokretni dijelovi međusobno uklapaju.

Ako je izvorni kod napisan bez pažljivog razmatranja njegovih parnjaka, otklanjanje pogrešaka bit će teže i dugotrajnije od tradicionalnih tehnika otklanjanja pogrešaka. Na primjer, ako modularno programiranje dovodi do redundantnog izlaza u različitim modulima koje je teško otkloniti zasebno zbog oslanjanja na druge komponente, tada se modifikacije moraju izvršiti u različitim dijelovima softvera odjednom ili oni nikada neće biti u potpunosti testirani.

Još jedan čimbenik koji dodaje poteškoće tijekom modularnog programiranja ispravljanja pogrešaka je kontrola verzija jer se nove verzije neprestano objavljuju kako se greške ispravljaju i promjene implementiraju. Važno je pratiti koja se verzija svakog modula trenutno izvodi kako bi se lako mogla vratiti u slučaju bilo kakvih regresija ili drugih neočekivanih nuspojava zbog koda s greškama. Ukratko, učinkovito otklanjanje pogrešaka modularnih programa zahtijeva veliku pozornost posvećenu detaljima i stalno praćenje tijekom svake faze razvoja.

Ispitivanje

Softverski moduli se testiraju zasebno prije nego što se integriraju u glavnu aplikaciju. Ovaj pristup je posebno koristan kada je sustav vrlo složen jer pomaže identificirati sve greške koje mogu biti prisutne u jednom modulu bez utjecaja na izvođenje drugih dijelova programa.

Moduli testiranja mogu zahtijevati određenu razinu stručnosti i postoji nekoliko izazova koje treba uzeti u obzir pri pokušaju identificiranja potencijalnih problema. Bez odgovarajućeg testiranja, ove neotkrivene pogreške mogu rezultirati slučajnim kvarovima, pa čak i stvoriti teške pogreške koje je teško otkriti i popraviti.

Neophodno je imati dostupne posebne testne slučajeve za sve module koji su distribuirani i za sve ovisnosti podataka između njih kako programeri ne bi slučajno pokvarili ili izmijenili modul ili strukturu podataka bez razumijevanja njihove funkcionalnosti ili svrhe. Također je važno za programere da identificiraju sve promjene u zahtjevima što je brže moguće jer to može smanjiti duljinu vremena potrebnog za otklanjanje pogrešaka. Testiranje bi također trebalo biti usmjereno na performanse, skalabilnost, sigurnost, prenosivost, upotrebljivost i korištenje resursa ako je potrebno. Kada je sustav razvijen učinkovito s modularnim programiranjem, idealno ne bi trebalo biti neočekivanih ovisnosti između modula koje bi mogle dovesti do sukoba ili sukoba između povezanih funkcija.

Dokumentacija

Softverski moduli zahtijevaju popratnu dokumentaciju koja objašnjava kako modul radi i kako komunicira s drugim komponentama sustava. To može biti prilično glomazno i ​​dugotrajno, osobito kako vaša baza kodova raste. Iako automatizirani procesi mogu pomoći, malo je vjerojatno da će obuhvatiti svo potrebno znanje i razumijevanje vašeg softvera. Kao takav, potreban je vješt ručni rad kako bi se osiguralo da sve komponente ispravno međusobno djeluju i da korisnici imaju dovoljno detaljne upute. Bitno je da vaša dokumentacija bude ažurna kako biste izbjegli pogreške uzrokovane netočnim ili nepotpunim informacijama. Dodatno, uključivanje novih programera u projekt može zahtijevati više truda jer se oni moraju upoznati s postojećim modulima umjesto da se fokusiraju samo na svoj mali zadatak.

ovisnosti

Jedan od primarnih izazova povezanih s radom na projektima modularnog programiranja su ovisnosti. Nije neuobičajeno da modul zahtijeva strukture i metode iz drugog modula kako bi pravilno funkcionirao. Također je važno da promjene napravljene unutar drugih modula ne budu u sukobu s postojećim modulima ili da razbijaju ovisne module.

Zbog toga pravilna identifikacija, upravljanje i organizacija ovisnosti postaju kritični pri razvoju softvera. Odgovarajuća upotreba naljepnica, oznaka i odgovarajuće dokumentacije može pomoći da se osigura da se svaka nova dodana značajka uračuna u sve druge ovisne module.

U projektima koji uključuju više inženjera koji rade na zasebnim komponentama koje se sve oslanjaju jedna na drugu, važno je imati zajedničko razumijevanje među timom kako ne bi bilo nesporazuma ili sukoba prilikom spajanja koda. To je osobito istinito kada različiti programeri rade odvojeno na bazama koda koje koriste zajedničke ovisnosti ili biblioteke — budući da sve promjene moraju biti pažljivo koordinirane među programerima i testirane prije implementacije kako bi se izbjegli potencijalni problemi s kvarom za korisnike.

Zaključak

Zaključno, modularno programiranje je učinkovit način za razvoj većih softverskih projekata. To je u suštini raščlamba koda na različite, upravljive komponente na kojima se može raditi neovisno i koje se mogu iskoristiti pri izradi drugih programa. Modularno programiranje ima mnogo prednosti — pojednostavljuje otklanjanje pogrešaka i održavanje, skraćuje vrijeme razvoja, čini ponovnu upotrebu jednostavnijom, potiče suradnju i timski rad među koderima i omogućuje korištenje tehnika kodiranja na više platformi. Sa svim svojim prednostima, modularno programiranje svakako vrijedi razmotriti prilikom dizajniranja vašeg sljedećeg softverskog projekta.

Bok, ja sam Kim, mama sam i zaljubljenica u stop-motion s iskustvom u stvaranju medija i web razvoju. Imam ogromnu strast prema crtanju i animaciji, a sada naglavačke ronim u stop-motion svijet. Sa svojim blogom dijelim svoja saznanja s vama.