Modulārā programmēšana: kas tas ir un kādas ir programmatūras moduļu priekšrocības

autors Kim Atjaunots: Jūlijs 6, 2022

Modulārā programmēšana ir paņēmiens koda organizēšanai atsevišķos pašpietiekamos gabalos ar skaidri definētām saskarnēm.

Tas ļauj izstrādātājiem ātri izveidot uzticamas un viegli uzturējamas lietojumprogrammas. Modulārā programmēšana arī samazina koda kopējo sarežģītību, atvieglojot atkļūdošanu un modificēšanu.

Šajā rakstā mēs apspriedīsim modulārās programmēšanas koncepciju un programmatūras moduļu izmantošanas priekšrocības.

Modulārās programmēšanas definīcija

Modulārā programmēšana ir programmatūras izstrādes pieeja, kas koncentrējas uz koda sadalīšanu autonomos un savstarpēji aizvietojamos komponentos, kas pazīstami kā moduļi vai bibliotēkas. Katrs modulis satur minimālo koda daudzumu, kas nepieciešams konkrēta uzdevuma veikšanai, ļaujot atkārtoti izmantot kodu lietojumprogrammā, kā arī dažādās lietojumprogrammās. Sadalot uzdevumus brīvi savienotos moduļos, atsevišķas daļas var izstrādāt neatkarīgi, neietekmējot citas sistēmas daļas. Tas padara modulāro programmēšanu populāru sarežģītām lietojumprogrammām, kurās laika gaitā ir jānotiek ātri vai ja nepieciešama vairāku izstrādātāju sadarbība.

Moduļu programmēšanai ir daudz priekšrocību, padarot to par pievilcīgu izvēli daudzām izstrādes komandām. Pirmkārt, tas bieži vien padara kodu daudz vienkāršāku lasīšanu un uzturēšanu, jo visas saistītās funkcijas ir sakārtotas vienuviet. Moduļi atrisina arī izplatītas izstrādes problēmas, piemēram, versiju izveidi un izplatīšanu, jo katram modulim ir savs versijas numurs, kuru pēc tam var izsekot atjauninājumiem. Moduļi ir izstrādāti, ņemot vērā elastību — tādēļ, veicot uzlabojumus vai pievienojot funkcijas, ir jāmaina tikai ietekmētais modulis, nevis jāpārraksta lielas koda daļas no jauna. Visbeidzot, moduļu izmantošana paātrina projektu grafiku, jo bieži vien var izmantot esošos risinājumus, lai radītu visu no nulles.

Modulārās programmēšanas priekšrocības

Modulārā programmēšana ir programmatūras izstrādes tehnika, kas ietver koda sadalīšanu atsevišķos un autonomos moduļos. Moduļi sastāv no atsevišķām mazām funkcijām, kuras var viegli izmantot, atkārtoti izmantot, modificēt vai izslēgt. Šīs pieejas priekšrocības vai priekšrocības svārstās no uzlabotas koda lasāmības līdz augstākam mērogojamības, pārbaudāmības un iespējamības līmenim.

Sadalot funkcijas atsevišķos moduļos, modulārā programmēšana vienkāršo atkļūdošanas procesu, jo katra atsevišķa vienība darbojas neatkarīgi no citām. Tas ļauj izstrādātājiem ātrāk un vienkāršāk noteikt iespējamās kļūdas, jo tās ir koncentrētas vienā jomā. Moduļi arī veicina komandas sadarbību, piešķirot dažādiem projekta dalībniekiem dažādiem dalībniekiem; tas nodrošina efektīvu darbplūsmu un ātrāku piegādes ātrumu.

Vēl viena modulārās programmēšanas priekšrocība ir tās atkārtotas izmantošanas iespēja; komponentus var izmantot atkārtoti citos projektos, lai samazinātu kodēšanas laiku un pūles vairākiem projektiem, kuriem nepieciešama līdzīga veida funkcionalitāte. Tas prasa mazāku apkopi, jo jau ir pārbaudīts kods, ko var izmantot citur – lai rediģētu esošo moduli, nevis uzrakstītu pilnīgi jaunu no jauna, izstrādātājam bieži vien ir jāpieliek mazāk pūļu.

Turklāt modulārā programmēšana nodrošina mērogojamību; jaunu funkciju pievienošanai vai veco funkciju noņemšanai vairs nav nepieciešama liela pārrakstīšana — vienkārši rediģējiet vai nomainiet to, kas ir jālabo savā modulī, un pēc tam atkal savienojiet to ar citiem esošajiem moduļiem, tā vietā ieguldot vairāk laika, pārrakstot visu no jauna. Turklāt moduļu izmantošana veicina testējamību — izstrādātāji var izmantot katru vienību neatkarīgi, neuztraucoties par to, kā tā ietekmēs citas daļas testēšanas fāzēs vai atkārtojumos.
Kopumā praktiķi, kas izmanto šo paradigmu, gūst labumu no īsākiem izstrādes laikiem, vienlaikus nodrošinot programma efektivitāte, uzticamība un paplašināmība, izmantojot precīzi definētus kopumus (moduļus) vai atsevišķas vienības, kas apvienojas, lai izveidotu programmu/lietojumprogrammu kopumā

Modulārās programmēšanas priekšrocības

Modulārā programmēšana ir programmēšanas veids, kas koncentrējas uz lielas, sarežģītas problēmas sadalīšanu mazākos, vieglāk pārvaldāmos komponentos. Tas ļauj programmētājiem sadalīt savu kodu mazos, neatkarīgos moduļos, kurus var mainīt, nomainīt un atkārtoti izmantot, nepārrakstot visu programmu. Modulārajai programmēšanai ir vairākas priekšrocības, tostarp labāka mērogojamība un vieglāka apkope. Izpētīsim šīs priekšrocības sīkāk.

Vieglāka apkope

Programmatūras, kas izveidota, izmantojot modulāro programmēšanu, uzturēšana ir daudz vienkāršāka salīdzinājumā ar nemodulāra koda uzturēšanu. Ja koda fragments ir rakstīts modulārā veidā, katra vienība ir atbildīga par viena konkrēta darba veikšanu, tādējādi ievērojami atvieglojot problēmu novēršanu un atkļūdošanu. Tas var ievērojami samazināt izpildāmo testa gadījumu skaitu, kas var palīdzēt ietaupīt laiku un naudu, strādājot ar programmatūras labojumiem un uzlabojumiem.

Turklāt moduļu izmantošana atvieglo tajos izveidoto funkciju atkārtotu izmantošanu, jo tos bieži var izmantot vairākās lietojumprogrammās vai scenārijos, nevis katru reizi, kad tie ir nepieciešami. Tas nozīmē, ka ir jāveic mazāk kodēšanas, jo visas funkcijas vajadzības gadījumā var kopēt citos koda fragmentos.

Modulārā programmēšana ir ļoti piemērota arī grupu kodēšanas projektiem, jo ​​dažādi dalībnieki var viegli izvēlēties dažādus moduļus un strādāt pie tiem atsevišķi, pirms tos beidzot apvieno galaproduktā, ko veic cits dalībnieks vai funkcija. Tas ļauj salīdzinoši ātri izveidot sarežģītas programmatūras lietojumprogrammas vai vietnes, bez nepieciešamības nevienam programmētājam, kam ir enciklopēdiskas zināšanas par visiem projektā iesaistītajiem koda aspektiem.

Uzlabota lasāmība

Iekapsulējot datus, modulārā programmēšana palielina pirmkoda lasāmību. Tas ir tāpēc, ka visa nevajadzīgā informācija un kods tiek ievietots modulī, uz kuru var atsaukties, nevis iekļaut tos lieki. Ja izstrādes projekta laikā tiek plaši izmantoti dati vai noteiktas koda daļas, modulārā programmēšana mudina izstrādātājus sadalīt tos funkcijās, padarot tos vieglāk saprotamus un vajadzības gadījumā ātrāk rediģējot.

Modulārā programmēšana uzlabo lasāmību arī citā veidā. Atšķirīga koda glabāšana var nodrošināt konkrētākas etiķetes un aprakstus, atsaucoties uz projekta kodu bāzes sadaļām. Sadalot projektu atkārtoti lietojamos moduļos, kas marķēti ar aprakstu, var ātri atrast noteiktas sadaļas, neizlasot vairākas rindiņas vai veselus abstrahētu kodēšanas instrukciju failus. Piemēram, ja jums ir datu apstrādes modulis, varat to nosaukt par “dataHandling”, lai zinātu, uz ko tas atsauksies, pat pirms ievadāt to savā kodēšanas darbvietā. Šāda skaidrība palīdz citiem izstrādātājiem ātri saprast, kā programma darbojas, lasot un pārvietojoties avota kodā, kas uzlabo programmatūras lietojamību visā tās darbības laikā.

Paaugstināta atkārtota izmantošana

Viena no galvenajām moduļu programmēšanas priekšrocībām ir palielināta atkārtota izmantošana. Modulārā programmēšana ļauj iegūt programmas pamatfunkcijas un izmantot tās vairākās citās programmās. Tas nodrošina lielāku elastību, veidojot jaunus programmatūras risinājumus, jo jūs varat izveidot programmas ātri un rentabli.

Moduļi ir autonomas vienības, kas nozīmē, ka jebkuras izmaiņas vienā neietekmēs citus moduļus, ja vien tie ir pareizi izstrādāti. Tas veicina izstrādātāju sadarbību, jo dažādas komandas var vienlaikus strādāt pie dažādiem moduļiem, netraucējot viena otras darbu. Tas arī samazina kļūdu iespējamību, ka sistēmā tiks ieviestas kļūdas, ļaujot izstrādātājiem koncentrēties uz atsevišķiem komponentiem, neuztraucoties par neparedzētām problēmām, kas iekļūst viņu kodu bāzē.

Modulārās programmēšanas nodrošinātā koda atkārtota izmantošana nodrošina arī konsekventākus izstrādes termiņus un paredzamus projekta rezultātus, jo izstrādātāji var izmantot jau esošās kodu bāzes, lai izveidotu jaunu programmatūru. Palielinot efektivitāti, izmantojot atkārtotu izmantošanu, izstrādes komandas var palielināt savu kopējo produktivitāti un ietaupīt vērtīgas stundas citiem uzdevumiem vai projektiem.

Uzlabota koda kvalitāte

Modulārajai programmēšanai ir vairākas galvenās priekšrocības, taču bieži vien visvairāk izceļas uzlabotā koda kvalitāte. Izmantojot moduļus, kodu var rakstīt sakārtotāk un strukturētāk, padarot kodu vieglāk saprotamu un lasāmu. Jo īpaši, ja to apvieno ar pareizu koda komentēšanu, modulārā programmēšana atvieglo esošo programmu atjaunināšanu un atkļūdošanu, jo tās ir labāk dokumentētas. Moduļu izmantošana arī novērš lieko kodēšanu, kas var palīdzēt novērst kļūdu rašanos, jo visā programmā tiks izmantota tikai viena konkrētas funkcijas versija. Mazāku funkciju rakstīšana ar skaidriem individuālajiem pienākumiem samazina arī programmā ieviesto kļūdu skaitu, kad lielas programmas tiek pārstrukturētas prasību izmaiņu vai testēšanas laikā atklāto kļūdu dēļ. Kopumā šie koda uzlabojumi nodrošina ilgtermiņa apkopi un izmaksu ietaupījumus projektiem, kā arī augstākas kvalitātes rezultātus gala lietotājiem.

Samazināta sarežģītība

Modulārās programmēšanas izmantošana var samazināt programmatūras izstrādes sarežģītību, sadalot to atsevišķos komponentos. Katrs komponents kļūst par programmas moduli, kas pārstāv atsevišķu instrukciju kopu, ko var viegli pārbaudīt un novērtēt. Tas palīdz izstrādātājiem labāk izprast problēmu un vienlaikus koncentrēties uz vienu komponentu, atvieglojot atkļūdošanu un pielāgošanu pēc vajadzības. Sadalot problēmu mazākos gabalos, izstrādātāji var strādāt ātrāk un efektīvāk, nodrošinot ātrākus izstrādes ciklus, kā arī uzlabojot koda kvalitāti. Modulārā programmēšana ļauj arī atkārtoti izmantot kodu, kur vienu komponentu var izmantot vairākos projektos, ietaupot ievērojamu laiku izstrādes ciklu laikā. Turklāt modulārā programmēšana ļauj komandām vieglāk sadalīt uzdevumus un sadarboties efektīvāk, jo katrs strādā pie saviem “moduļiem”, nevis tikai vienam koplietotam projektam.

Izplatītas modulārās programmēšanas metodes

Modulārā programmēšana ir programmatūras izstrādes metodoloģijas veids, kurā kods tiek segmentēts atsevišķos, neatkarīgos komponentos, katrs veic savu īpašo uzdevumu. Šis programmēšanas veids nodrošina vieglāku apkopi un elastību, jo atsevišķus komponentus var atkārtoti izmantot citās lietojumprogrammās. Šajā sadaļā mēs apskatīsim visizplatītākās moduļu programmēšanas metodes.

Objektu orientēta programmēšana

Objektorientētā programmēšana (OOP) ir moderns modulāras programmēšanas veids, kas izmanto objektus, lai strukturētu avota kodu un nodrošinātu atkārtoti lietojamu pieeju izstrādei. Objekti satur funkcijas un datus, kas pazīstami kā atribūti, kas var mijiedarboties viens ar otru programmas izpildei. Galvenā OOP priekšrocība ir koda atkārtota izmantošana; objekti tiek rakstīti vienreiz un tiek izmantoti vairākās programmās. Kopējās OOP metodes ietver iekapsulēšanu, pārmantošanu un polimorfismu.

Iekapsulēšana ļauj objektiem droši uzglabāt savus datus; tas ierobežo piekļuvi no citām sistēmas daļām. Tā vietā, lai tieši mainītu objekta mainīgos, izmantojot ārējo kodu, iekapsulēšana nodrošina kontrolētu mijiedarbību, izmantojot noteiktas metodes vai funkcijas. Mantojums ļauj objektiem iegūt līdzekļus no vecākobjekta, tāpēc jums nav jāraksta viena un tā pati funkcija atkal un atkal. Polimorfisms nodrošina objektiem metodes, kurām var piekļūt ar vienu un to pašu nosaukumu, bet dažādas ieviešanas atkarībā no tā, kā tās tiek izmantotas konkrētos programmas kontekstos.

Šie ir tikai daži no mūsdienu paņēmieniem, kas saistīti ar objektorientētu programmēšanu; ir vairāk citu, piemēram, abstrakcija, modularitāte un metaprogrammēšana, kas padara to populāru starp izstrādātājiem, kuri meklē konsekvenci programmatūras dizainā.

Procedurālā programmēšana

Procesuālā programmēšana ir visizplatītākais modulārās programmēšanas veids. Tas izmanto no augšas uz leju vērstu organizāciju, kas nozīmē, ka tas sākas ar plašu problēmu pārskatu un pēc tam pakāpeniski sadala tās. Procesuālajā programmēšanā moduļi tiek izveidoti no koda daļām, kas veic uzdevumu vai atrisina problēmu. Parasti programmas tiek izstrādātas lineārā veidā, katra procesa apstrādei izmantojot algoritmus. Moduļus var izmantot vairākas reizes, un tā vietā, lai atkārtoti pārrakstītu vienu un to pašu kodu, dažādas koda daļas pēc vajadzības var izsaukt jau esoša moduļa elementus. Tas ne tikai ietaupa izstrādes laiku, bet arī ievērojami atvieglo atkļūdošanu un apkopi izstrādātājiem.

Funkcionālā programmēšana

Funkcionālā programmēšana ir metode, kas sadala programmu funkcijās. Funkcijas ir izolētas koda daļas, kas saņem ievadi, veic darbību un atgriež rezultātu. Šajās programmās netiek mainīti stāvokļi vai dati, tāpēc tās laika gaitā ir viegli pārbaudīt un uzturēt. Tas padara funkcionālo moduļu atkļūdošanu vienkāršāku nekā lielākus moduļus, jo kodā ir mazāk kustīgo daļu. Ar standartizētu programmēšanas veidu var ātri sasniegt stabilus un uzticamus rezultātus.

Funkcionālā programmēšana arī mudina izstrādātājus aplūkot problēmas, izmantojot pieeju “vispirms abstrakcija”. Programmētājs vispirms izveido parametrizētas funkcijas, kuras viņi var modificēt, virzoties cauri izstrādes ciklam un pilnveidojot risinājumus. Šī pieeja ļauj viegli izveidot komponentus, kurus var atkārtoti izmantot vairākos projektos, kā arī atbalsta daudzus dažādus scenārijus, bez nepieciešamības katru reizi pilnībā pārrakstīt kodu no jauna.

Funkcionālās programmēšanas izmantošanas priekšrocības modulārai programmatūras izstrādei ir tādas, ka programmas ir vieglāk pārbaudīt, sadalot tās mazos gabalos, daudzpusīgas, jo varat apvienot funkcijas dažādiem uzdevumiem, ātri izstrādes cikli, jo programmas kodam ir nepieciešama mazāka apkope, atkārtoti lietojami komponenti. jums nav katru reizi jāizveido jauni, un, visbeidzot, palielinās veiktspēja, ja nepieciešams, paralēli funkciju darbības vairākos pavedienos vienlaikus.

Modulārās programmēšanas izaicinājumi

Modulārajai programmēšanai jeb programmēšanas uzdevumu sadalīšanai mazākos moduļos ir savs izaicinājumu kopums. Šīs problēmas var ietvert, bet ne tikai, nosaukumu piešķiršanu, saskarņu izveidi starp moduļiem un pārliecību, ka moduli var izmantot atkārtoti un pārbaudīt pareizi. Lai izveidotu veiksmīgu programmu, jums ir jāsaprot ar to saistītās sarežģītības un viegli jāpārvar šīs problēmas. Apspriedīsim dažas no visbiežāk sastopamajām problēmām, kas saistītas ar modulāro programmēšanu.

Atkļūdošana

Decentralizēto moduļu atkļūdošana var būt milzīgs izaicinājums. Tā kā programmatūra ir sadalīta vairākās daļās, atsevišķu komponentu testēšana, identificēšana un kļūdu novēršana var būt laikietilpīga. Turklāt, tā kā komponentiem ir jāsadarbojas vienam ar otru, ir nepieciešama dziļa izpratne par to, kā visas kustīgās daļas sader kopā.

Ja pirmkods ir rakstīts, rūpīgi neapsverot tā līdziniekus, atkļūdošana būs grūtāka un laikietilpīgāka nekā tradicionālās atkļūdošanas metodes. Piemēram, ja modulārā programmēšana rada lieku izvadi dažādos moduļos, kurus ir grūti atkļūdot atsevišķi, jo tā ir atkarīga no citiem komponentiem, modifikācijas ir jāveic vienlaikus dažādās programmatūras daļās, pretējā gadījumā tās nekad netiks pilnībā pārbaudītas.

Vēl viens faktors, kas rada grūtības modulārās programmēšanas atkļūdošanas laikā, ir versiju kontrole, jo, labojot kļūdas un veicot izmaiņas, tiek pastāvīgi izlaistas jaunas versijas. Ir svarīgi sekot līdzi, kura katra moduļa versija pašlaik darbojas, lai to varētu viegli atgriezt atpakaļ, ja rodas jebkādas regresijas vai citas neparedzētas blakusparādības kļūdaina koda dēļ. Rezumējot, modulāro programmu efektīvai atkļūdošanai nepieciešama liela uzmanība detaļām un pastāvīga uzraudzība katrā izstrādes posmā.

Testēšana

Programmatūras moduļi tiek pārbaudīti atsevišķi, pirms tie tiek integrēti galvenajā lietojumprogrammā. Šī pieeja ir īpaši izdevīga, ja sistēma ir ļoti sarežģīta, jo tā palīdz identificēt kļūdas, kas var būt vienā modulī, neietekmējot citu programmas daļu izpildi.

Testēšanas moduļiem var būt nepieciešams noteikts zināšanu līmenis, un, mēģinot identificēt iespējamās problēmas, jāņem vērā vairākas problēmas. Ja netiek veikta atbilstoša pārbaude, šīs neatklātās kļūdas var izraisīt nejaušus darbības traucējumus un pat radīt sarežģītas kļūdas, kuras var būt grūti atklāt un novērst.

Ir svarīgi, lai visiem izplatītajiem moduļiem un visām datu atkarībām starp tiem būtu pieejami īpaši testēšanas gadījumi, lai izstrādātāji nevarētu nejauši uzlauzt vai pārveidot moduli vai datu struktūru, neizprotot tā funkcionalitāti vai mērķi. Izstrādātājiem ir arī svarīgi pēc iespējas ātrāk noteikt visas izmaiņas prasībās, jo tas var samazināt atkļūdošanai nepieciešamo laiku. Pārbaudē jākoncentrējas arī uz veiktspēju, mērogojamību, drošību, pārnesamību, lietojamību un resursu izmantošanu, ja nepieciešams. Ja sistēma ir efektīvi izstrādāta ar modulāro programmēšanu, ideālā gadījumā nevajadzētu būt neparedzētām atkarībām starp moduļiem, kas varētu izraisīt konfliktus vai konfliktus starp saistītajām funkcijām.

Dokumentācija

Programmatūras moduļiem ir nepieciešama pavaddokumentācija, lai izskaidrotu, kā modulis darbojas un kā tas mijiedarbojas ar citiem sistēmas komponentiem. Tas var būt diezgan apgrūtinoši un laikietilpīgi, jo īpaši, kad jūsu kodu bāze aug. Lai gan automatizētie procesi var palīdzēt, tomēr maz ticams, ka tie aptvers visas nepieciešamās zināšanas un izpratni par jūsu programmatūru. Tāpēc ir nepieciešams prasmīgs manuāls darbs, lai nodrošinātu visu komponentu pareizu mijiedarbību un lietotājiem pietiekami detalizētas instrukcijas. Ir svarīgi, lai jūsu dokumentācija tiktu atjaunināta, lai izvairītos no kļūdām, ko izraisa nepareiza vai nepilnīga informācija. Turklāt jaunu izstrādātāju iekļaušana projektā var prasīt vairāk pūļu, jo viņiem ir jāiepazīstas ar esošajiem moduļiem, nevis jākoncentrējas tikai uz savu mazo uzdevumu.

Atkarīgas

Viens no galvenajiem izaicinājumiem, kas saistīts ar darbu pie modulārās programmēšanas projektiem, ir atkarības. Nav nekas neparasts, ka modulim ir vajadzīgas cita moduļa struktūras un metodes, lai tas pareizi darbotos. Ir arī svarīgi, lai izmaiņas, kas veiktas citos moduļos, nebūtu pretrunā esošajiem moduļiem vai nesabojātu atkarīgos moduļus.

Šī iemesla dēļ, izstrādājot programmatūru, ir svarīgi pareizi identificēt, pārvaldīt un organizēt atkarības. Pareiza etiķešu, atzīmju un pareizas dokumentācijas izmantošana var palīdzēt nodrošināt, ka katra jauna pievienotā funkcija tiek ņemta vērā visos citos saistītajos moduļos.

Projektos, kuros ir iesaistīti vairāki inženieri, kuri strādā pie atsevišķiem komponentiem, kuri visi ir atkarīgi viens no otra, ir svarīgi, lai komandai būtu kopīga izpratne, lai, apvienojot kodu, nerastos pārpratumi vai konflikti. Tas jo īpaši attiecas uz gadījumiem, kad dažādi izstrādātāji strādā atsevišķi ar kodu bāzēm, kurās tiek izmantotas koplietotas atkarības vai bibliotēkas, jo visas izmaiņas ir rūpīgi jāsaskaņo starp izstrādātājiem un jāpārbauda pirms izvietošanas, lai izvairītos no iespējamām klientu problēmām.

Secinājumi

Visbeidzot, modulārā programmēšana ir efektīvs veids, kā izstrādāt lielākus programmatūras projektus. Būtībā tas ir koda sadalījums atsevišķos, pārvaldāmos komponentos, ar kuriem var strādāt neatkarīgi un izmantot, veidojot citas programmas. Modulārajai programmēšanai ir daudz priekšrocību — tā vienkāršo atkļūdošanu un apkopi, samazina izstrādes laiku, vienkāršāku atkārtotu izmantošanu, veicina sadarbību un komandas darbu starp kodētājiem un ļauj izmantot starpplatformu kodēšanas metodes. Ar visām tās priekšrocībām modulāro programmēšanu noteikti ir vērts apsvērt, izstrādājot nākamo programmatūras projektu.

Sveiki, es esmu Kima, mamma un stop-motion entuziaste ar pieredzi mediju veidošanā un tīmekļa izstrādē. Man ir milzīga aizraušanās ar zīmēšanu un animāciju, un tagad es ienirstu ar galvu stop-motion pasaulē. Izmantojot savu emuāru, es dalos ar jums savās mācībās.