Модуларно програмирање: шта је то и које су предности софтверских модула

би ким Ажурирано: Јула КСНУМКС, КСНУМКС

Модуларно програмирање је техника организовања кода у засебне самосталне делове са јасно дефинисаним интерфејсима.

Омогућава програмерима да брзо направе апликације које су поуздане и једноставне за одржавање. Модуларно програмирање такође смањује укупну сложеност кода, чинећи га лакшим за отклањање грешака и модификовање.

У овом чланку ћемо разговарати о концепту модуларног програмирања и предностима коришћења софтверских модула.

Дефиниција модуларног програмирања

Модуларно програмирање је приступ развоју софтвера који се фокусира на раздвајање кода на самосталне и заменљиве компоненте познате као модули или библиотеке. Сваки модул садржи минималну количину кода која је потребна за постизање одређеног задатка, омогућавајући поновну употребу кода унутар апликације, као и међу апликацијама. Поделом задатака на лабаво повезане модуле, појединачни делови се могу развијати независно без утицаја на друге делове система. Ово чини модуларно програмирање популарним за сложене апликације где промене морају да се десе брзо током времена или ако је потребна сарадња више програмера.

Предности модуларног програмирања су бројне, што га чини атрактивним избором за многе развојне тимове. Као прво, често чини код много једноставнијим за читање и одржавање јер су све повезане функције организоване заједно на једном месту. Модули такође решавају уобичајене развојне изазове као што су верзија и дистрибуција пошто сваки модул има свој број верзије који се затим може пратити за ажурирања. Модули су дизајнирани са флексибилношћу на уму — тако да када се направе побољшања или додају функције, само модул на који се то утиче треба да се промени уместо да се преписује велики део кода од нуле. Коначно, коришћење модула убрзава временске оквире пројеката јер се постојећа решења често могу користити уместо стварања свега од нуле.

Предности модуларног програмирања

Модуларно програмирање је техника развоја софтвера која укључује раздвајање кода на засебне и аутономне модуле. Модули се састоје од појединачних, малих функција које се са лакоћом могу користити, поново користити, модификовати или искључити. Предности или предности овог приступа се крећу од побољшане читљивости кода до вишег нивоа скалабилности, тестирања и изводљивости.

Одвајањем функција у различите модуле, модуларно програмирање поједностављује процес отклањања грешака јер свака засебна јединица делује независно од других. Ово омогућава програмерима да брже и лакше идентификују потенцијалне грешке јер су фокусирани на једну област. Модули такође подстичу тимску сарадњу додељивањем различитих аспеката пројекта различитим члановима; ово обезбеђује ефикасан ток посла и бржу испоруку.

Још једна предност модуларног програмирања лежи у његовој могућности поновне употребе; компоненте се могу поново користити у другим пројектима у настојању да се смање време и напор кодирања за више пројеката који захтевају сличне типове функционалности. Ово захтева мање одржавања јер већ постоји постојећи тестирани код који се може применити негде другде – уређивање постојећег модула уместо писања потпуно новог од нуле често захтева мање напора од стране програмера.

Штавише, са модуларним програмирањем долази и скалабилност; додавање нових функција или уклањање старих више не захтева опсежно поновно писање – једноставно уредите или замените оно што треба да се поправи у оквиру сопственог модула, а затим га поново повежите са другим постојећим модулима уместо да улажете више времена у преписивање свега изнова. Поред тога, коришћење модула промовише могућност тестирања – програмери могу независно да надограђују сваку јединицу без бриге о томе како ће то утицати на друге делове током фаза тестирања или итерација
Све у свему, практичари који користе ову парадигму имају користи од краћег времена развоја док обезбеђују програмски ефикасност, поузданост и проширивост кроз добро дефинисане групе (модуле) или појединачне јединице које се спајају да би креирале програм/апликацију у целости

Предности модуларног програмирања

Модуларно програмирање је врста програмирања која се фокусира на разбијање великог, сложеног проблема на мање компоненте којима се лакше управља. Омогућава програмерима да поделе свој код на мале, независне модуле који се могу мењати, заменити и поново користити без потребе за поновним писањем целог програма. Постоји неколико предности модуларног програмирања, укључујући бољу скалабилност и лакше одржавање. Хајде да даље истражимо ове предности.

Лакше одржавање

Одржавање софтвера направљеног помоћу модуларног програмирања је много лакше у поређењу са одржавањем немодуларног кода. Када је део кода написан на модуларан начин, свака јединица је одговорна за обављање једног одређеног посла, што га чини много лакшим за решавање проблема и отклањање грешака. Ово може у великој мери смањити број тест случајева које треба покренути, што може помоћи да се уштеди време и новац када се ради о софтверским исправкама и побољшањима.

Поред тога, употреба модула олакшава поновну употребу функција креираних у њима, јер се често могу користити у више апликација или сценарија уместо да се морају дуплирати сваки пут када су потребне. То значи да је потребно мање посла кодирања јер се целе функције могу копирати у друге делове кода када је то потребно.

Модуларно програмирање се такође веома добро уклапа у пројекте групног кодирања јер различити чланови могу лако да покупе различите модуле и раде на њима појединачно пре него што их други члан или функција коначно комбинују у коначни производ. Ово омогућава да се сложене софтверске апликације или веб локације праве релативно брзо без потребе да било који програмер има енциклопедијско знање о сваком аспекту кода укљученог у пројекат.

Побољшана читљивост

Инкапсулацијом података, модуларно програмирање повећава читљивост изворног кода. То је зато што се све непотребне информације и код стављају у модул на који се може референцирати уместо да се укључује сувишно. Када се подаци или одређени делови кода интензивно користе током развојног пројекта, модуларно програмирање подстиче програмере да их разбију у функције чинећи их лакшим за разумевање и бржим за уређивање када је то потребно.

Модуларно програмирање повећава читљивост и на други начин. Чување кода другачије може омогућити специфичније ознаке и описе приликом референцирања одељака базе кода пројекта. Разбијањем пројекта на модуле за вишекратну употребу означене описом, могуће је брзо лоцирати одређене одељке без потребе за читањем више редова или целих датотека са апстрахованим упутствима за кодирање. На пример, ако имате модул за руковање подацима, можете га назвати „датаХандлинг“ тако да знате на шта ће се позивати пре него што га уопште унесете у свој радни простор за кодирање. Таква јасноћа помаже другим програмерима да брзо схвате како програм функционише након читања и навигације кроз изворни код, што побољшава употребљивост софтвера током његовог животног века.

Повећана могућност поновне употребе

Једна од примарних предности модуларног програмирања је повећана могућност поновне употребе. Модуларно програмирање вам омогућава да издвојите основне функције програма и користите их у више других програма. Ово пружа већу флексибилност при изградњи нових софтверских решења јер можете креирати програме брзо и исплативо.

Модули су самосталне јединице, што значи да било какве промене у једном неће утицати на друге модуле, све док је правилно дизајниран. Ово подстиче сарадњу програмера, јер различити тимови могу истовремено да раде на различитим модулима без ометања једни других у раду. Такође смањује вероватноћу уношења грешака у систем омогућавајући програмерима да се усредсреде на појединачне компоненте без потребе да брину о нежељеним проблемима који ће се увући у њихову базу кода.

Поновна употреба кода обезбеђена модуларним програмирањем такође омогућава конзистентније временске оквире развоја и предвидљиве исходе пројекта, пошто програмери могу да црпе из већ постојећих кодова да би креирали нови софтвер. Повећањем ефикасности кроз поновну употребу, развојни тимови могу повећати своју укупну продуктивност и уштедети драгоцене сате за друге задатке или пројекте.

Побољшан квалитет кода

Модуларно програмирање има неколико кључних предности, али она која се често највише истиче је побољшани квалитет кода. Коришћењем модула, код се може написати на организованији и структуриранији начин, чинећи код лакшим за разумевање и читање. Посебно, када се комбинује са одговарајућим коментарисањем кода, модуларно програмирање олакшава ажурирање и отклањање грешака у постојећим програмима пошто су они боље документовани. Употреба модула такође елиминише сувишно кодирање које може помоћи у спречавању појављивања грешака јер ће постојати само једна верзија одређене функције која се користи у целом програму. Писање мањих функција са јасним индивидуалним одговорностима такође смањује количину грешака које се уносе у програм када се велики програми реструктурирају због промена у захтевима или грешака откривених током тестирања. Све у свему, ова побољшања кода омогућавају дугорочну одрживост и уштеду трошкова за пројекте, као и резултате већег квалитета за крајње кориснике.

Смањена сложеност

Коришћење модуларног програмирања може смањити сложеност развоја софтвера тако што ће га разбити на засебне компоненте. Свака компонента постаје модул у програму, представљајући самостални скуп инструкција које се лако може тестирати и проценити. Ово помаже програмерима да боље разумеју проблем и фокусирају се на једну по једну компоненту, што олакшава отклањање грешака и прилагођавање по потреби. Растављањем проблема на мање делове, програмери су у могућности да раде брже и ефикасније, омогућавајући брже развојне циклусе као и побољшани квалитет кода. Модуларно програмирање такође омогућава поновну употребу кода, где се једна компонента може користити у више пројеката, штедећи значајно време током развојних циклуса. Поред тога, модуларно програмирање олакшава тимовима да раздвоје задатке и ефикаснију сарадњу јер свако ради на сопственим „модулима“ уместо само на једном заједничком пројекту.

Уобичајене технике модуларног програмирања

Модуларно програмирање је врста методологије развоја софтвера у којој се код дели на различите, независне компоненте, од којих свака обавља свој специфични задатак. Овај облик програмирања омогућава лакше одржавање и флексибилност, јер се појединачне компоненте могу поново користити у другим апликацијама. У овом одељку ћемо прећи на најчешће технике које се користе у модуларном програмирању.

Објектно оријентисано програмирање

Објектно оријентисано програмирање (ООП) је модеран тип модуларног програмирања који користи објекте за структурирање изворног кода и пружа приступ развоју који се може поново користити. Објекти садрже функције и податке, познате као атрибути, који могу да комуницирају једни са другима ради извршавања програма. Главна предност ООП-а је могућност поновне употребе кода; објекти се пишу једном и користе се у више програма. Уобичајене ООП технике укључују инкапсулацију, наслеђивање и полиморфизам.

Енкапсулација омогућава објектима да безбедно чувају сопствене податке; ово ограничава приступ из других делова система. Уместо промене променљивих објекта директно спољним кодом, енкапсулација обезбеђује контролисану интеракцију преко одређених метода или функција. Наслеђивање омогућава објектима да изводе карактеристике из надређеног објекта, тако да не морате да пишете исту функцију изнова и изнова. Полиморфизам обезбеђује објектима методе које су доступне под истим именом, али различите имплементације у зависности од тога како се користе у специфичним контекстима унутар програма.

Ово су само неке од савремених техника повезаних са објектно оријентисаним програмирањем; има још других попут апстракције, модуларности и метапрограмирања који га чине популарним међу програмерима који траже доследност у дизајну софтвера.

Процедурално програмирање

Процедурално програмирање је најчешћи тип модуларног програмирања. Користи организацију одозго надоле, што значи да почиње са широким прегледом проблема, а затим их постепено разлаже. У процедуралном програмирању, модули се креирају од делова кода који остварују задатак или решавају проблем. Генерално, програми се развијају на линеаран начин са алгоритмима који се користе за руковање сваким процесом. Модули се могу користити више пута и уместо да се поново пише исти код, различити делови кода могу по потреби позивати елементе већ постојећег модула. Ово не само да штеди време развоја, већ и олакшава отклањање грешака и одржавање програмерима.

Функционално програмирање

Функционално програмирање је техника која разлаже програм на функције. Функције су изоловани делови кода који примају улаз, извршавају радњу и враћају резултат. Нема промене стања или података унутар ових програма, што их чини лаким за тестирање и одржавање током времена. Ово чини функционалне модуле једноставнијим за отклањање грешака од већих модула, јер у коду има мање покретних делова. Стандардизованим начином програмирања могу се брзо постићи стабилни и поуздани резултати.

Функционално програмирање такође подстиче програмере да сагледају проблеме са приступом „прво апстракција“. Програмер почиње креирањем параметризованих функција које могу да модификују док се крећу кроз свој развојни циклус и усавршавају своја решења. Овај приступ олакшава креирање компоненти које се могу поново користити у више пројеката, као и подржава многе различите сценарије без потребе за потпуно преписивањем кода од нуле сваки пут.

Предности коришћења функционалног програмирања за дизајн модуларног софтвера чине програме лакшим за тестирање тако што их разбијају на мале делове, разноврсност јер можете комбиновати функције за различите задатке, брзи развојни циклуси због мањег одржавања потребног за програмски код, компоненте за вишекратну употребу, тако да не морате сваки пут да креирате нове и на крају повећате перформансе паралелизовањем функција функција на више нити истовремено ако је потребно.

Изазови модуларног програмирања

Модуларно програмирање, или разбијање програмских задатака на мање модуле, има свој скуп изазова. Ови изазови могу укључивати, али нису ограничени на, конвенције именовања, креирање интерфејса између модула и осигуравање да се модул може поново користити и да је исправно тестиран. Да бисте креирали успешан програм, морате разумети сложеност која је укључена и са лакоћом се кретати кроз ове изазове. Хајде да разговарамо о неким од најчешћих изазова повезаних са модуларним програмирањем.

Отклањање грешака

Отклањање грешака у децентрализованим модулима може бити велики изазов. Због чињенице да је софтвер подељен на више делова, тестирање, идентификација и исправљање грешака у појединачним компонентама може бити дуготрајно. Штавише, пошто компоненте морају да међусобно делују, потребно је дубоко разумевање како се сви покретни делови уклапају заједно.

Ако је изворни код написан без пажљивог разматрања његових колега, отклањање грешака ће бити теже и дуготрајније од традиционалних техника за отклањање грешака. На пример, ако модуларно програмирање доводи до редундантног излаза у различитим модулима које је тешко одвојено отклонити због ослањања на друге компоненте, онда се измене морају извршити у различитим деловима софтвера одједном или они никада неће бити у потпуности тестирани.

Још један фактор који додаје потешкоће током отклањања грешака у модуларном програмирању је контрола верзија јер се нове верзије стално објављују како се грешке поправљају и промене примењују. Важно је пратити која верзија сваког модула је тренутно покренута тако да се лако може вратити назад у случају било каквих регресија или других неочекиваних споредних ефеката због грешака кода. Укратко, отклањање грешака у модуларним програмима ефективно захтева велику пажњу на детаље и стално праћење током сваке фазе развоја.

Тестирање

Софтверски модули се тестирају одвојено пре него што се интегришу у главну апликацију. Овај приступ је посебно користан када је систем веома сложен јер помаже да се идентификују све грешке које могу бити присутне у једном модулу без утицаја на извршавање других делова програма.

Модули за тестирање могу захтевати одређени ниво стручности и постоји неколико изазова које треба размотрити када покушавате да идентификујете потенцијалне проблеме. Без одговарајућег тестирања, ове неоткривене грешке могу резултирати случајним кваровима, па чак и створити тешке грешке које је тешко открити и поправити.

Неопходно је имати доступне специфичне тестне случајеве за све модуле који су дистрибуирани и за све зависности података између њих, тако да програмери не би могли случајно да разбију или модификују модул или структуру података без разумевања њихове функционалности или сврхе. Такође је важно да програмери идентификују све промене у захтевима што је пре могуће јер то може смањити време потребно за отклањање грешака. Тестирање такође треба да буде фокусирано на перформансе, скалабилност, безбедност, преносивост, употребљивост и коришћење ресурса ако је потребно. Када је систем ефикасно развијен са модуларним програмирањем у идеалном случају, не би требало да постоје неочекиване зависности између модула које би могле довести до сукоба или сукоба између повезаних функција.

документација

Софтверски модули захтевају пратећу документацију која објашњава како модул функционише и како је у интеракцији са другим компонентама система. Ово може бити прилично гломазно и дуготрајно, посебно како ваша база кодова расте. Иако аутоматизовани процеси могу помоћи, и даље је мало вероватно да ће обухватити сво потребно знање и разумевање вашег софтвера. Као такав, потребан је вешт ручни рад како би се осигурало да све компоненте раде исправно и да корисници имају довољно детаљна упутства. Неопходно је да ваша документација буде ажурирана како бисте избегли грешке узроковане нетачним или непотпуним информацијама. Поред тога, укључивање нових програмера у пројекат може захтевати више труда јер се морају упознати са постојећим модулима уместо да се фокусирају само на свој мали задатак.

Зависности

Један од примарних изазова повезаних са радом на пројектима модуларног програмирања су зависности. Није неуобичајено да модул захтева структуре и методе из другог модула да би правилно функционисао. Такође је важно да промене направљене унутар других модула не буду у сукобу са постојећим модулима, нити да прекину зависне модуле.

Због тога, правилна идентификација, управљање и организација зависности постају критични приликом развоја софтвера. Одговарајућа употреба етикета, ознака и одговарајуће документације може помоћи да се осигура да се свака нова додана функција урачунава у све остале зависне модуле.

У пројектима који укључују више инжењера који раде на одвојеним компонентама које се све ослањају једна на другу, важно је имати заједничко разумевање међу тимом како не би дошло до неспоразума или сукоба приликом спајања кода. Ово је посебно тачно када различити програмери раде одвојено на базама кода које користе дељене зависности или библиотеке — пошто све промене морају бити пажљиво координиране између програмера и тестиране пре примене да би се избегли потенцијални проблеми за кориснике.

Zakljucak

У закључку, модуларно програмирање је ефикасан начин за развој већих софтверских пројеката. То је у суштини рашчлањивање кода на различите компоненте којима се може управљати, на којима се може радити независно и које се могу искористити приликом конструисања других програма. Модуларно програмирање има много предности — поједностављује отклањање грешака и одржавање, смањује време развоја, чини поновну употребу једноставнијом, подстиче сарадњу и тимски рад међу кодерима и омогућава употребу техника кодирања на више платформи. Уз све своје предности, модуларно програмирање је свакако вредно разматрања приликом дизајнирања вашег следећег софтверског пројекта.

Здраво, ја сам Ким, мама и заљубљеник у стоп-мотион са искуством у креирању медија и развоју веба. Имам огромну страст за цртање и анимацију, а сада зарањам главом у свет стоп-моутион-а. Са својим блогом, делим своја сазнања са вама.