Что такое модуль в программировании
Перейти к содержимому

Что такое модуль в программировании

  • автор:

Модуль (программирование)

Модуль — функционально законченный фрагмент программы, оформленный в виде отдельного файла с исходным кодом или поименованной непрерывной её части (например, Active Oberon), предназначенный для использования в других программах. Модули позволяют разбивать сложные задачи на более мелкие в соответствии с принципом модульности. Обычно проектируются таким образом, чтобы предоставлять программистам удобную для многократного использования функциональность (интерфейс) в виде набора функций, классов, констант. Модули могут объединяться в пакеты и, далее, в библиотеки. Удобство использования модульной архитектуры заключается в возможности обновления (замены) модуля, без необходимости изменения остальной системы. В большинстве случаев различные модули могут запускаться как на одном сервере, так и на разных, для распределения нагрузки и создания распределенной архитектуры.

История концепции модулей

История концепции модулей, как единиц компиляции, восходит к языкам Фортран II и Кобол, то есть к концу 1950-х годов [1] [2] . В 1976 году появилась публикация, в которой была развита концепция модульности — о языке Mesa (англ.), который был разработан в Xerox PARC. В 1977 году подробно ознакомился с этой концепцией ученый Никлаус Вирт, общаясь с разработчиками в Xerox PARC. [3] Эти идеи были использованы Виртом при создании языка Модула-2, публикация о котором вышла в 1977 году [4] .

Поддерживающие языки

Языки формально поддерживающие концепцию модулей: IBM S/360 Assembler, Кобол, RPG, ПЛ/1, Ада, D, F (англ.) , Фортран, Haskell, Blitz BASIC, OCaml, Паскаль, ML, Модула-2, Оберон, Компонентный Паскаль, Zonnon, Erlang, Perl, Python и Ruby. В IBM System i использовались «модули» от языков RPG, Кобол и CL, когда программировалась в среде ILE.

Модульное программирование может быть осуществлено, даже когда синтаксис языка программирования не поддерживает явное задание имён модулям.

Программные инструменты могут создавать модули исходного кода, представленные как части групп — компонентов библиотек, которые составляются с программой компоновщиком.

Примечания

  1. A brief history of FORTRAN
  2. COBOL Subprograms
  3. Никлаус Вирт. Краткая история Modula и Lilith, перевод с англ. с комментариями в тексте Р. Богатырева
  4. The History of Modula-2 and Oberon
  • Концепции языков программирования
  • Структурные языки программирования

Учебники. Программирование для начинающих.

Programm.ws — это сайт, на котором вы можете почитать литературу по языкам программирования , а так-же посмотреть примеры работающих программ на С++, ассемблере, паскале и много другого..

Программирование — в обычном понимании, это процесс создания компьютерных программ.
В узком смысле (так называемое кодирование) под программированием понимается написание инструкций — программ — на конкретном языке программирования (часто по уже имеющемуся алгоритму — плану, методу решения поставленной задачи). Соответственно, люди, которые этим занимаются, называются программистами (на профессиональном жаргоне — кодерами), а те, кто разрабатывает алгоритмы — алгоритмистами, специалистами предметной области, математиками.
В более широком смысле под программированием понимают весь спектр деятельности, связанный с созданием и поддержанием в рабочем состоянии программ — программного обеспечения ЭВМ. Более точен современный термин — «программная инженерия» (также иначе «инженерия ПО»). Сюда входят анализ и постановка задачи, проектирование программы, построение алгоритмов, разработка структур данных, написание текстов программ, отладка и тестирование программы (испытания программы), документирование, настройка (конфигурирование), доработка и сопровождение.

Pascal

Курс лекций по Pascal для начинающих

Модули

Модуль (UNIT) в TURBO PASCAL — это особым образом оформленная библиотека подпрограмм. Модуль в отличие от программы не может быть запущен на выполнение самостоятельно, он может только участвовать в построении программ и других модулей.

Модули позволяют создавать личные библиотеки процедур и функций и строить программы практически любого размера.

Модуль в TURBO PASCAL представляет собой отдельно хранимую и независимо компилируемую программную единицу.

В общем случае модуль — это совокупность программных ресурсов, предназначенных для использования другими программами. Под программными ресурсами понимаются любые элементы языка TURBO PASCAL: константы, типы, переменные, подпрограммы. Модуль сам по себе не является выполняемой программой, его элементы используются другими программными единицами.

Все программные элементы модуля можно разбить на две части:

— программные элементы, предназначенные для использования другими программами или модулями, такие элементы называют видимыми вне модуля;

— программные элементы, необходимые только для работы самого модуля, их называют невидимыми или скрытыми.

В соответствии с этим модуль, кроме заголовка, содержит две основные части, называемые интерфейсом и реализацией.

В общем случае модуль имеет следующую структуру:

В частном случае модуль может не содержать части реализации и части инициализации, тогда структура модуля будет такой:

Использование в модулях процедур и функций имеет свои особенности. Заголовок подпрограммы содержит все сведения, необходимые для ее вызова: имя, перечень и тип параметров, тип результата для функций, эта информация должна быть доступна для других программ и модулей. С другой стороны, текст подпрограммы, реализующий ее алгоритм, другими программами и модулями не может быть использован. Поэтому заголовок процедур и функций помещают в интерфейсную часть модуля, а текст — в часть реализации.

Интерфейсная часть модуля содержит только видимые (доступные для других программ и модулей) заголовки процедур и функций (без служебного слова forward). Полный текст процедуры или функции помещают в часть реализации, причем заголовок может не содержать список формальных параметров.

Исходный текст модуля должен быть откомпилирован с помощью директивы Make подменю Compile и записан на диск. Результатом компиляции модуля является файл с расширением .TPU (Turbo Pascal Unit). Основное имя модуля берется из заголовка модуля.

Для подключения модуля к программе необходимо указать его имя в разделе описания модулей, например:

В том случае, если имена переменных в интерфейсной части модуля и в программе, использующей этот модуль, совпадают, обращение будет происходить к переменной, описанной в программе. Для обращения к переменной, описанной в модуле, необходимо применить составное имя, состоящее из имени модуля и имени переменной, разделенных точкой.

Например, пусть имеется модуль, в котором описана переменная К:

Пусть программа, использующая этот модуль, также содержит переменную К:

Для того, чтобы в программе P иметь доступ к переменной K из модуля M, необходимо задать составное имя M.K.

Использование составных имен применяется не только к именам переменных, а ко всем именам, описанным в интерфейсной части модуля.

Рекурсивное использование модулей запрещено.

Если в модуле имеется раздел инициализации, то операторы из этого раздела будут выполнены перед началом выполнения программы, в которой используется этот модуль.

Что такое модуль в программировании

На этом шаге мы рассмотрим теоретические положения, связанные с модулями .

Основным принципом модульного программирования является принцип «разделяй и властвуй» . Модульное программирование — это организация программы как совокупности небольших независимых блоков, называемых модулями , структура и поведение которых подчиняются определенным правилам.

Заметим, что нужно различать использование слова «модуль», когда имеется в виду синтаксическая конструкция языков программирования ( unit в Object Pascal ), и когда имеется в виду единица дробления большой программы на отдельные блоки (которые могут быть реализованы и в виде процедур, и в виде функций).

Использование модульного программирования позволяет упростить тестирование программы и обнаружение ошибок. Аппаратно-зависимые подзадачи могут быть строго отделены от других подзадач, что улучшает мобильность создаваемых программ.

Упрощается процесс повышения эффективности программ, так как критичные по времени модули могут многократно переделывать независимо от других. Кроме того, модульные программы значительно легче понимать, а модули могут использоваться как строительные блоки в других программах.

Термин «модуль» в программировании начал использоваться в связи с внедрением модульных принципов при создании программ. В 70-х годах под модулем понимали какую-либо процедуру или функцию, написанную в соответствии с определенными правилами. Например «Модуль должен быть простым, замкнутым (независимым), обозримым (от 50 до 100 строк), реализующим только одну функцию задачи, имеющим только одну входную и только одну выходную точку» . Однако общепризнанных требований не было и модулем очень часто называли любую процедуру размером до 50 строк.

Первым основные свойства программного модуля более-менее четко сформулировал Парнас (Parnas) : «Для написания одного модуля должно быть достаточно минимальных знании о тексте другого». Таким образом! Парнас первым выдвинул концепцию скрытия информации (information! hiding) в программировании.

В соответствии с определением Парнаса, модулем могла быть любая отдельная процедура (функция) как самого нижнего уровня иерархии (уровня реализации), так и самого верхнего уровня, на котором происходят только вызовы других процедур-модулей.

Однако существующие в языках 70-х годов только такие синтаксические конструкции, как процедура и функция, не могли обеспечить надежного скрытия информации, поскольку подвержены влиянию глобальных переменных, поведение которых в сложных программах зачастую бывает трудщ предсказуемым. Решить эту проблему можно было, только разработав новую синтаксическую конструкцию, которая не подвержена влиянию глобальных переменных. Такая конструкция была создана и названа модулем .

Впервые специализированная синтаксическая конструкция модуля была предложена Н.Виртом в 1975 г. и включена в его новый язьк Modula . В этом же году была сделана опытная реализация языка Modula . После некоторой переработки этот новый язык был окончательно реализован в 1977 г. и получил название Modula-2 . Впоследствии, аналогичные конструкции, с некоторыми отличиями, были включены и в другие языки программирования: Pascal Plus ( Уэлш и Бастард , 1979 г.), Ada (1980), Turbo Pascal версии 4.0 и другие.

Изначально предполагалось, что при реализации сложных программных комплексов модуль должен использоваться наравне с процедурами и функциями как конструкция, объединяющая и надежно скрывающая детали реализации определенной подзадачи. Однако в языке Borland (Turbo) Pascal были реализованы не все теоретические возможности модуля. В частности, в этом языке отсутствует поддержка внутренних модулей (аналогичных внутренним процедурам и функциям), недостаточно гибко реализован импорт (предложение uses ), который не позволяет импортировать объекты из других модулей выборочно. Это обстоятельство, а также то, что с появлением персональных компьютеров круг программирующих людей резко расширился (а это существенно снизило средний уровень теоретической подготовки программистов), привело к тому, что при разработке приложений на этой, предшествующей Object Pascal , версии языка модули использовались в основном как средство создания проблемных библиотек процедур и функций. И только наиболее квалифицированные программисты использовали всю мощь этой языковой конструкции для структурирования своих проектов. В языке Object Pascal отмеченные ограничения реализации модулей остались, однако благодаря тому, что в среде Delphi каждой форме обязательно соответствует свой модуль и невизуальные алгоритмические действия также, как правило, оформляются в виде отдельных модулей, конструкцию «модуль» стали использовать по ее первоначальному предназначению все программисты, независимо от их квалификации. Среда Delphi имеет встроенную поддержку концепции модульного программирования на языке Object Pascal , что стимулирует прогрессивный и надежный стиль программирования с широким использованием модулей , и тем самым выгодно отличает Delphi и Object Pascal от других современных средств разработки приложений.

Таким образом, количество модулей в проекте должно определяться декомпозицией поставленной задачи на независимые подзадачи. В предельном случае модуль может использоваться даже для заключения в него всего лишь одной процедуры, если необходимо, чтобы выполняемое ею локальное действие было гарантировано независимым от влияния других частей программы при любых изменениях в коде проекта. В частности, такое использование модуля характерно для класса задач реального времени, в которых критерий надежности и предсказуемости поведения программы является ключевым.

Рассмотрим еще один теоретический вопрос, связанный с использованием модульного программирования. Этот вопрос касается формы модульного проекта .

Придание иерархической структуре модульного проекта хорошей формы позволяет улучшить процесс ее разработки. Число модулей, которые подключаются каким-либо модулем, и число модулей, которые его подключают, оказывают влияние на сложность проекта. Йодан (Yourdon) назвал число модулей, подключаемых из данного модуля, размахом или шириной управления модулями . Наряду с большим размером модуля очень маленькая или очень большая ширина управления является npизнаком плохой схемы разбивки на модули. В общем случае, ширина управления модуля не должна превышать 10-ти. Это число связано с «магическим» числом 7, которое базируется на положениях психологии, в особенности, на теории «кусков» («chunking») информации . Кратковременная память человека имеет ограниченные способности сохранения «кусков» информации. Психологические эксперименты показали, способность нашей кратковременной памяти находится в пределах 5-11 «кусков» (в среднем — 7). Она может одновременно оперировать около 7 «кусками» информации. Когда человек превышает этот предел, он более склонен к ошибкам. Реорганизация информации с разбивкой на подходящие части является важным действием для эффективного использования кратковременной памяти человека и для улучшения понимаемого материала. Люди во многих жизненных ситуациях делают такую реорганизацию бессознательно. Однако программист может сам себе помочь, сознательно не допуская ширины управления модулями, которая существенно превышает число 7.

Что касается программирования в среде Delphi , то рассмотренные рекомендации о форме модульного проекта следует относить в основном к модулям, созданным пользователем, поскольку Delphi автоматически генерирует основную часть кода, связанную с обработкой форм, и прикладному программисту нет особой надобности задумываться о стандартно подключаемых модулях.

Кроме того, эти же принципы следует применять и при проектировании иерархии классов. Например, в иерархии предопределенных классов Object Pascal , только два класса, TObject и Exception , имеют число непосредственных классов-потомков, значительно большее, чем 7. Это можно объяснить глобальной базовой ролью TObject и «перечисляемым» характером класса Exception . Еще у троих классов это число находится в пределах 8-9, а остальные классы имеют менее 7 непосредственных потомков.

На следующем шаге мы рассмотрим структуру модуля .

Модульное программирование

Модульное программирование — это организация программы как совокупности небольших независимых блоков, называемых модулями.

Модуль — функционально законченный фрагмент программы, оформленный в виде отдельного файла с исходным кодом. Модули проектируются таким образом, чтобы предоставлять программистам удобную для многократного использования функциональность (интерфейс) в виде набора функций, классов, констант. Модули могут объединяться в пакеты и, далее, в библиотеки. Удобство использования модульной архитектуры заключается в возможности обновления (замены) модуля, без необходимости изменения остальной системы.

Использование модульного программирования позволяет упростить тестирование программы и обнаружение ошибок. Модульность часто является средством упрощения задачи проектирования программы и распределения процесса разработки между группами разработчиков. При разбиении программы на модули для каждого модуля указывается реализуемая им функциональность, а также связи с другими модулями.

Выделение функций в модуль

Модуль в языке Си состоит из интерфейса (заголовочого файла . h ) и реализации (файла . c ) .

Код, подключающий модуль, на этапе компиляции нуждается только в интерфейсе модуля, поэтому на этапе препроцессинга заголовочный файл копируется в код директивой #include «somelib.h» .

Реализация модуля должна полностью реализовывать указанный интерфейс, поэтому она также включает свой заголовочный файл.

Итого, пример проекта из основного файла и одного модуля, может выглядеть так:

//main.c
#include
#include «hello.h»
int main()
hello_world();
return EXIT_SUCCESS;
>
//hello.h
#ifndef HELLO_H
#ifndef HELLO_H
void hello_world();
#endif //HELLO_H
//hello.c
#include «hello.h»
#include
void hello_world()
printf(«Hello, World!\n»);
>

Замечание

В данном примере в файле main.c не понадобилось подключать stdio.h, хотя он и используется в модуле hello.c. Причина этого в том, что никакие типы из stdio.h не нужны для корректной обработки интерфейса hello.h, оказывающегося в main.c на этапе компиляции.

Если бы определения из какой-то библиотеки были необходимы для обработки интерфейса модуля, эти библиотеки должны были бы быть включены не в hello.c, а в hello.h, чтобы во всех местах, где подключается модуль hello, не возникало ошибок компиляции, так как эта библиотека автоматически подключена.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *