Modularno programiranje: kaj je to in kakšne so prednosti programskih modulov

kim Posodobljeno: Julij 6, 2022

Modularno programiranje je tehnika organiziranja kode v ločene samostojne dele z jasno definiranimi vmesniki.

Razvijalcem omogoča hitro izdelavo aplikacij, ki so zanesljive in enostavne za vzdrževanje. Modularno programiranje tudi zmanjša celotno kompleksnost kode, kar olajša odpravljanje napak in spreminjanje.

V tem članku bomo obravnavali koncept modularnega programiranja in prednosti uporabe programskih modulov.

Opredelitev modularnega programiranja

Modularno programiranje je pristop k razvoju programske opreme, ki se osredotoča na ločevanje kode v samostojne in zamenljive komponente, znane kot moduli ali knjižnice. Vsak modul vsebuje minimalno količino kode, ki je potrebna za izvedbo določene naloge, kar omogoča ponovno uporabo kode znotraj aplikacije, pa tudi med aplikacijami. Z razdelitvijo nalog v ohlapno povezane module je mogoče posamezne dele razvijati neodvisno, ne da bi to vplivalo na druge dele sistema. Zaradi tega je modularno programiranje priljubljeno za kompleksne aplikacije, kjer se morajo spremembe zgoditi hitro ali če je potrebno sodelovanje več razvijalcev.

Prednosti modularnega programiranja so številne, zaradi česar je privlačna izbira za številne razvojne ekipe. Prvič, pogosto naredi kodo veliko preprostejšo za branje in vzdrževanje, ker so vse povezane funkcije organizirane skupaj na enem mestu. Moduli rešujejo tudi pogoste razvojne izzive, kot sta ustvarjanje različic in distribucija, saj ima vsak modul svojo številko različice, ki ji je nato mogoče slediti za posodobitve. Moduli so zasnovani z mislijo na prilagodljivost — tako da je treba ob izboljšavah ali dodajanju funkcij spremeniti samo prizadeti modul, namesto da bi znova pisali velike dele kode od začetka. Nazadnje uporaba modulov pospeši časovnice projektov, saj je mogoče obstoječe rešitve pogosto uporabiti namesto ustvarjanja vsega iz nič.

Prednosti modularnega programiranja

Modularno programiranje je tehnika razvoja programske opreme, ki vključuje ločevanje kode v ločene in avtonomne module. Moduli so sestavljeni iz posameznih majhnih funkcij, ki jih je mogoče z lahkoto uporabiti, ponovno uporabiti, spremeniti ali izklopiti. Koristi ali prednosti tega pristopa segajo od izboljšane berljivosti kode do višje stopnje razširljivosti, možnosti testiranja in izvedljivosti.

Z ločevanjem funkcij v ločene module modularno programiranje poenostavi postopek odpravljanja napak, ker vsaka ločena enota deluje neodvisno od drugih. To omogoča razvijalcem, da hitreje in lažje prepoznajo morebitne napake, saj so osredotočeni na eno področje. Moduli prav tako spodbujajo timsko sodelovanje z dodeljevanjem različnih vidikov projekta različnim članom; to zagotavlja učinkovit potek dela in hitrejšo dostavo.

Druga prednost modularnega programiranja je njegova zmožnost ponovne uporabe; komponente je mogoče ponovno uporabiti v drugih projektih, da bi zmanjšali čas kodiranja in trud za več projektov, ki zahtevajo podobne vrste funkcionalnosti. To zahteva manj vzdrževanja, saj že obstaja obstoječa preizkušena koda, ki jo je mogoče uporabiti drugje – urejanje obstoječega modula namesto pisanja popolnoma novega iz nič pogosto zahteva manj truda s strani razvijalca.

Poleg tega z modularnim programiranjem prihaja razširljivost; dodajanje novih funkcij ali odstranjevanje starih ne zahteva več obsežnega prepisovanja – preprosto uredite ali zamenjajte tisto, kar je treba popraviti znotraj lastnega modula, nato pa to znova povežite z drugimi obstoječimi moduli, namesto da bi vložili več časa v ponovno pisanje vsega znova. Poleg tega uporaba modulov spodbuja preizkušljivost – razvijalci lahko gradijo na vsaki enoti neodvisno, ne da bi jim bilo treba skrbeti, kako bo to vplivalo na druge dele med fazami testiranja ali ponovitvami.
Na splošno imajo izvajalci, ki uporabljajo to paradigmo, koristi od krajših razvojnih časov, hkrati pa zagotavljajo Program učinkovitost, zanesljivost in razširljivost preko natančno definiranih gruč (modulov) ali posameznih enot, ki se združijo, da ustvarijo program/aplikacijo v celoti

Prednosti modularnega programiranja

Modularno programiranje je vrsta programiranja, ki se osredotoča na razdelitev velikega, kompleksnega problema na manjše, bolj obvladljive komponente. Programerjem omogoča, da svojo kodo razdelijo na majhne, ​​neodvisne module, ki jih je mogoče spremeniti, zamenjati in ponovno uporabiti, ne da bi se morali zateči k ponovnemu pisanju celotnega programa. Modularno programiranje ima več prednosti, vključno z boljšo razširljivostjo in lažjim vzdrževanjem. Raziščimo te prednosti podrobneje.

Lažje vzdrževanje

Vzdrževanje dela programske opreme, zgrajenega z modularnim programiranjem, je veliko lažje v primerjavi z vzdrževanjem nemodularne kode. Ko je del kode napisan na modularen način, je vsaka enota odgovorna za opravljanje enega posebnega opravila, zaradi česar je veliko lažje odpravljanje težav in odpravljanje napak. To lahko močno zmanjša število preskusnih primerov, ki jih je treba izvesti, kar lahko pomaga prihraniti čas in denar pri popravkih in izboljšavah programske opreme.

Poleg tega uporaba modulov olajša ponovno uporabo funkcij, ustvarjenih znotraj njih, saj jih je pogosto mogoče uporabiti v več aplikacijah ali scenarijih, namesto da bi jih bilo treba podvajati vsakič, ko so potrebni. To pomeni, da je treba opraviti manj kodiranja, saj je mogoče celotne funkcije po potrebi kopirati v druge dele kode.

Modularno programiranje je prav tako zelo primerno za projekte skupinskega kodiranja, saj lahko različni člani enostavno izberejo različne module in delajo na njih posamično, preden jih drug član ali funkcija končno združi v končni izdelek. To omogoča razmeroma hitro izgradnjo zapletenih programskih aplikacij ali spletnih strani, ne da bi potrebovali enega samega programerja z enciklopedičnim znanjem o vseh vidikih kode, vključene v projekt.

Izboljšana berljivost

Z enkapsulacijo podatkov modularno programiranje poveča berljivost izvorne kode. To je zato, ker so vse nepotrebne informacije in koda nameščene v modulu, na katerega se je mogoče sklicevati, namesto da bi bili vključeni redundantno. Ko se podatki ali določeni deli kode močno uporabljajo v celotnem razvojnem projektu, modularno programiranje spodbuja razvijalce, da jih razdelijo na funkcije, zaradi česar jih je lažje razumeti in jih po potrebi hitreje urejati.

Modularno programiranje poveča berljivost tudi na drug način. Drugačno shranjevanje kode lahko omogoči bolj specifične oznake in opise pri sklicevanju na odseke kodne baze projekta. Z razdelitvijo projekta na module za večkratno uporabo, označene z opisom, lahko hitro poiščete določene odseke, ne da bi morali prebrati več vrstic ali cele datoteke abstrahiranih navodil kodiranja. Na primer, če imate modul za ravnanje s podatki, ga lahko poimenujete »dataHandling«, da boste vedeli, na kaj se bo skliceval, še preden ga vnesete v delovni prostor za kodiranje. Takšna jasnost pomaga drugim razvijalcem, da hitro razumejo, kako program deluje pri branju in krmarjenju po izvorni kodi, kar izboljša uporabnost programske opreme skozi celotno življenjsko dobo.

Povečana možnost ponovne uporabe

Ena glavnih prednosti modularnega programiranja je povečana možnost ponovne uporabe. Modularno programiranje vam omogoča ekstrahiranje osnovnih funkcij programa in njihovo uporabo v več drugih programih. To zagotavlja večjo prilagodljivost pri gradnji novih programskih rešitev, saj lahko programe ustvarite hitro in stroškovno učinkovito.

Moduli so samostojne enote, kar pomeni, da nobena sprememba enega ne bo vplivala na druge module, če je bil pravilno zasnovan. To spodbuja sodelovanje razvijalcev, saj lahko različne ekipe delajo na različnih modulih hkrati, ne da bi se vmešavale v delo druga druge. Prav tako zmanjša verjetnost vnosa hroščev v sistem, saj razvijalcem omogoča, da se osredotočijo na posamezne komponente, ne da bi jim bilo treba skrbeti za nenamerne težave, ki se prikradejo v njihovo kodno zbirko.

Možnost ponovne uporabe kode, ki jo zagotavlja modularno programiranje, omogoča tudi bolj dosledne razvojne časovne okvire in predvidljive rezultate projekta, saj lahko razvijalci črpajo iz že obstoječih kodnih baz za ustvarjanje nove programske opreme. S povečanjem učinkovitosti s ponovno uporabnostjo lahko razvojne ekipe povečajo svojo splošno produktivnost in prihranijo dragocene ure za druga opravila ali projekte.

Izboljšana kakovost kode

Modularno programiranje ima več ključnih prednosti, vendar je tista, ki pogosto najbolj izstopa, izboljšana kakovost kode. Z uporabo modulov je mogoče kodo napisati na bolj organiziran in strukturiran način, zaradi česar je koda lažja za razumevanje in branje. Zlasti v kombinaciji z ustreznim komentiranjem kode modularno programiranje olajša posodabljanje in odpravljanje napak v obstoječih programih, saj so bolje dokumentirani. Uporaba modulov tudi odpravlja odvečno kodiranje, kar lahko pomaga preprečiti pojav napak, saj bo v celotnem programu uporabljena samo ena različica določene funkcije. Pisanje manjših funkcij z jasnimi posameznimi odgovornostmi prav tako zmanjša količino napak, vnesenih v program, ko so veliki programi prestrukturirani zaradi sprememb zahtev ali napak, odkritih med testiranjem. Na splošno te izboljšave kode omogočajo dolgoročnejšo vzdržljivost in prihranke pri stroških za projekte ter rezultate višje kakovosti za končne uporabnike.

Zmanjšana zapletenost

Uporaba modularnega programiranja lahko zmanjša kompleksnost razvoja programske opreme tako, da jo razdeli na ločene komponente. Vsaka komponenta postane modul v programu, ki predstavlja samostojen nabor navodil, ki jih je mogoče preprosto preizkusiti in ovrednotiti. To razvijalcem pomaga bolje razumeti težavo in se osredotočiti na eno komponento naenkrat, kar olajša odpravljanje napak in prilagajanje po potrebi. Z razčlenitvijo težave na manjše dele razvijalci lahko delajo hitreje in učinkoviteje, kar omogoča hitrejše razvojne cikle in izboljšano kakovost kode. Modularno programiranje omogoča tudi ponovno uporabo kode, kjer se ena komponenta lahko uporablja v več projektih, kar prihrani veliko časa med razvojnimi cikli. Poleg tega modularno programiranje ekipam olajša razdelitev nalog in učinkovitejše sodelovanje, saj vsak dela na svojih lastnih »modulih« namesto le na enem skupnem projektu.

Običajne tehnike modularnega programiranja

Modularno programiranje je vrsta metodologije razvoja programske opreme, pri kateri je koda segmentirana na različne, neodvisne komponente, od katerih vsaka opravlja svojo specifično nalogo. Ta oblika programiranja omogoča lažje vzdrževanje in fleksibilnost, saj je mogoče posamezne komponente ponovno uporabiti v drugih aplikacijah. V tem razdelku bomo preučili najpogostejše tehnike, ki se uporabljajo pri modularnem programiranju.

Objektno usmerjeno programiranje

Objektno usmerjeno programiranje (OOP) je sodoben tip modularnega programiranja, ki uporablja objekte za strukturiranje izvorne kode in zagotavlja pristop k razvoju, ki ga je mogoče ponovno uporabiti. Objekti vsebujejo funkcije in podatke, znane kot atributi, ki lahko medsebojno delujejo pri izvajanju programa. Glavna prednost OOP je možnost ponovne uporabe kode; objekti so napisani enkrat in uporabljeni v več programih. Običajne tehnike OOP vključujejo enkapsulacijo, dedovanje in polimorfizem.

Enkapsulacija omogoča objektom varno shranjevanje lastnih podatkov; to omejuje dostop iz drugih delov sistema. Namesto spreminjanja spremenljivk objekta neposredno z zunanjo kodo, enkapsulacija zagotavlja nadzorovano interakcijo prek določenih metod ali funkcij. Dedovanje omogoča objektom, da izpeljejo funkcije iz nadrejenega objekta, tako da vam ni treba znova in znova pisati iste funkcije. Polimorfizem zagotavlja objektom metode, dostopne z istim imenom, vendar različne izvedbe, odvisno od tega, kako se uporabljajo v posebnih kontekstih znotraj programa.

To je le nekaj sodobnih tehnik, povezanih z objektno orientiranim programiranjem; obstaja več drugih, kot so abstrakcija, modularnost in metaprogramiranje, zaradi katerih je priljubljen med razvijalci, ki iščejo doslednost v načrtovanju programske opreme.

Procesno programiranje

Proceduralno programiranje je najpogostejša vrsta modularnega programiranja. Uporablja organizacijo od zgoraj navzdol, kar pomeni, da začne s širokim pregledom težav in jih nato postopoma razčleni. V proceduralnem programiranju so moduli ustvarjeni iz delov kode, ki opravijo nalogo ali rešijo problem. Na splošno so programi razviti linearno z algoritmi, ki se uporabljajo za obravnavo vsakega procesa. Module je mogoče uporabiti večkrat in namesto da bi morali znova pisati isto kodo, lahko različni deli kode po potrebi kličejo elemente že obstoječega modula. To ne le prihrani čas pri razvoju, ampak tudi olajša odpravljanje napak in vzdrževanje za razvijalce.

Funkcionalno programiranje

Funkcionalno programiranje je tehnika, ki program razdeli na funkcije. Funkcije so izolirani deli kode, ki prejmejo vnos, izvedejo dejanje in vrnejo rezultat. V teh programih ni spreminjanja stanj ali podatkov, zaradi česar jih je enostavno preizkusiti in vzdrževati skozi čas. Zaradi tega je funkcionalne module lažje odpravljati napake kot večje module, saj je v kodi manj gibljivih delov. S standardiziranim načinom programiranja je mogoče hitro doseči stabilne in zanesljive rezultate.

Funkcionalno programiranje tudi spodbuja razvijalce, da na težave gledajo s pristopom "najprej abstrakcija". Programer začne z ustvarjanjem parametriziranih funkcij, ki jih lahko spreminja, ko se pomika skozi svoj razvojni cikel in izpopolnjuje svoje rešitve. Ta pristop olajša ustvarjanje komponent, ki jih je mogoče ponovno uporabiti v več projektih, ter podpira številne različne scenarije, ne da bi bilo treba vsakokrat popolnoma znova napisati kodo iz nič.

Prednosti uporabe funkcionalnega programiranja za modularno načrtovanje programske opreme so lažje testiranje programov z razdelitvijo na majhne koščke, vsestranskost, saj lahko kombinirate funkcije za različne naloge, hitri razvojni cikli zaradi manj vzdrževanja, potrebnega za programsko kodo, komponente za večkratno uporabo, tako ni vam treba vsakič ustvarjati novih in nenazadnje povečano zmogljivost z vzporednim delovanjem funkcij na več nitih hkrati, če je to potrebno.

Izzivi modularnega programiranja

Modularno programiranje ali razčlenitev programskih nalog na manjše module ima svoje izzive. Ti izzivi lahko vključujejo, vendar niso omejeni na konvencije poimenovanja, ustvarjanje vmesnikov med moduli in zagotavljanje, da je modul mogoče ponovno uporabiti in pravilno testirati. Če želite ustvariti uspešen program, morate razumeti vpleteno kompleksnost in z lahkoto krmariti skozi te izzive. Razpravljajmo o nekaterih najpogostejših izzivih, povezanih z modularnim programiranjem.

Razhroščevanje

Odpravljanje napak v decentraliziranih modulih je lahko velik izziv. Ker je programska oprema razdeljena na več delov, je lahko testiranje, prepoznavanje in odpravljanje napak v posameznih komponentah zamudno. Poleg tega, ker morajo komponente medsebojno delovati, je potrebno globoko razumevanje, kako se vsi gibljivi deli prilegajo skupaj.

Če je izvorna koda napisana brez skrbnega upoštevanja ustreznikov, bo odpravljanje napak težje in zamudnejše od tradicionalnih tehnik odpravljanja napak. Na primer, če modularno programiranje vodi do redundantnega izhoda v različnih modulih, ki jih je težko razhroščevati ločeno zaradi odvisnosti od drugih komponent, potem je treba izvesti spremembe v različnih delih programske opreme hkrati, sicer jih nikoli ne bodo v celoti preizkusili.

Drug dejavnik, ki dodaja težave med razhroščevanjem modularnega programiranja, je nadzor različic, ker se nenehno objavljajo nove različice, ko so napake odpravljene in izvedene spremembe. Pomembno je, da spremljate, katera različica posameznega modula se trenutno izvaja, da jo je mogoče preprosto vrniti nazaj v primeru kakršnih koli regresij ali drugih nepričakovanih stranskih učinkov zaradi kode z napakami. Če povzamemo, učinkovito odpravljanje napak v modularnih programih zahteva veliko pozornosti do podrobnosti in stalno spremljanje v vsaki fazi razvoja.

Testiranje

Programski moduli se testirajo ločeno, preden se vključijo v glavno aplikacijo. Ta pristop je še posebej koristen, ko je sistem zelo kompleksen, saj pomaga prepoznati morebitne napake, ki so lahko prisotne v enem modulu, ne da bi to vplivalo na izvajanje drugih delov programa.

Moduli testiranja lahko zahtevajo določeno raven strokovnega znanja in pri odkrivanju morebitnih težav je treba upoštevati več izzivov. Brez ustreznega testiranja lahko te neodkrite napake povzročijo nenamerne okvare in celo povzročijo težke napake, ki jih je težko odkriti in popraviti.

Bistveno je, da so na voljo posebni preskusni primeri za vse module, ki so bili razdeljeni, in za vse odvisnosti podatkov med njimi, tako da razvijalci ne morejo pomotoma pokvariti ali spremeniti modula ali strukture podatkov, ne da bi razumeli njihovo funkcionalnost ali namen. Prav tako je pomembno, da razvijalci čim prej prepoznajo kakršne koli spremembe v zahtevah, saj lahko to skrajša čas, potreben za odpravljanje napak. Testiranje mora biti osredotočeno tudi na zmogljivost, razširljivost, varnost, prenosljivost, uporabnost in uporabo virov, če je potrebno. Če je bil sistem učinkovito razvit z modularnim programiranjem, v idealnem primeru ne bi smelo biti nepričakovanih odvisnosti med moduli, ki bi lahko povzročile konflikte ali konflikte med povezanimi funkcijami.

dokumentacija

Programski moduli zahtevajo spremno dokumentacijo, ki pojasnjuje, kako modul deluje in kako sodeluje z drugimi komponentami sistema. To je lahko precej okorno in dolgotrajno, zlasti ko vaša kodna zbirka raste. Čeprav lahko avtomatizirani procesi pomagajo, je malo verjetno, da bodo zajeli vse potrebno znanje in razumevanje vaše programske opreme. Zato je potrebno usposobljeno ročno delo, da zagotovimo pravilno medsebojno delovanje vseh komponent in da imajo uporabniki dovolj podrobna navodila. Bistveno je, da je vaša dokumentacija posodobljena, da se izognete napakam, ki jih povzročijo napačne ali nepopolne informacije. Poleg tega lahko vključitev novih razvijalcev v projekt zahteva več truda, ker se morajo seznaniti z obstoječimi moduli, namesto da bi se osredotočili le na svojo majhno nalogo.

Odvisnosti

Eden glavnih izzivov, povezanih z delom na projektih modularnega programiranja, so odvisnosti. Ni neobičajno, da modul za pravilno delovanje zahteva strukture in metode drugega modula. Prav tako je pomembno, da spremembe znotraj drugih modulov niso v nasprotju z obstoječimi moduli ali pokvarijo odvisne module.

Zaradi tega postane pravilna identifikacija, upravljanje in organizacija odvisnosti ključnega pomena pri razvoju programske opreme. Ustrezna uporaba oznak, oznak in ustrezne dokumentacije lahko pomaga zagotoviti, da je vsaka nova dodana funkcija upoštevana v vseh drugih odvisnih modulih.

Pri projektih, ki vključujejo več inženirjev, ki delajo na ločenih komponentah, ki so vse odvisne drug od drugega, je pomembno, da se ekipa strinja, da ne pride do nesporazumov ali konfliktov pri združevanju kode. To še posebej velja, kadar različni razvijalci delajo ločeno na kodnih bazah, ki uporabljajo deljene odvisnosti ali knjižnice — saj morajo biti vse spremembe skrbno usklajene med razvijalci in preizkušene pred uvedbo, da bi se izognili kakršnim koli morebitnim težavam z zlomom za stranke.

zaključek

Skratka, modularno programiranje je učinkovit način za razvoj večjih programskih projektov. V bistvu je razčlenitev kode na ločene, obvladljive komponente, na katerih je mogoče delati neodvisno in jih uporabiti pri izdelavi drugih programov. Modularno programiranje ima veliko prednosti — poenostavi odpravljanje napak in vzdrževanje, skrajša čas razvoja, poenostavi ponovno uporabo, spodbuja sodelovanje in timsko delo med kodirniki ter omogoča uporabo tehnik kodiranja na več platformah. Z vsemi njegovimi prednostmi je modularno programiranje zagotovo vredno upoštevati pri načrtovanju vašega naslednjega projekta programske opreme.

Živjo, sem Kim, mama in ljubiteljica stop-motiona z izkušnjami pri ustvarjanju medijev in spletnem razvoju. Imam veliko strast do risanja in animacije, zdaj pa se na glavo potapljam v svet stop-motiona. S svojim blogom z vami delim svoja spoznanja.