Модульное программирование

Структурное программирование

Самое общеизвестное определение структурного программирования – подход к программированию, в котором для передачи управления в программе используется три конструкции: следование, выбора и цикл.

Классическая теорема Боэма и Джакопини о структурном программировании утверждает, что всякую правильную программу (т. е. программу с одним входом и одним выходом, без зацикливаний и недостижимых веток) можно записать с использованием следующих логических структур:

последовательности двух или более операторов;

дихотомического выбора;

повторения;

Дейкстра предложил отказаться от оператора безусловного перехода и ограничиться тремя конструкциями – последовательностью, выбором и циклом;

Дональд Кнут продемонстрировал случаи, в которых оператор безусловного перехода оказывался полезным (например, выход из нескольких вложенных циклов) и подверг критике утверждение Дейкстры.

В 1965 году академик Глушков обратил внимание на то, что структурированные программы можно рассматривать как формулы в некоторой алгебре. Зная правила преобразования выражений в такой алгебре, можно осуществлять глубокие формальные (и, следовательно, автоматизированные) преобразования программ.

Структурное программирование – не самоцель, его основное назначение – получение хорошей программы. Однако даже в самой хорошей программе операторы перехода требуются, например при выходе из множества вложенных циклов.

Модульное программирование

Модульное программирование – это такой способ программирования, при котором вся программа разбивается на группу компонентов, называемых модулями, причем каждый из них имеет свой контролируемый размер, четкое назначение и детально проработанный интерфейс с внешней средой. Единственная альтернатива модульности – монолитная программа, что, конечно, неудобно. Таким образом, наиболее интересный вопрос при изучении модульности – определение критерия разбиения на модули. В основе модульного программирования лежат три основные концепции.

Принцип утаивания информации. Всякий компонент утаивает единственное проектное решение, т. е. модуль служит для утаивания информации. Подход к разработке программ заключается в том, что сначала формируется список проектных решений, которые особенно трудно принять или которые, скорее всего, будут меняться. Затем определяются отдельные модули, каждый из которых реализует одно из указанных решений.

Аксиома модульности. Модуль – независимая программная единица, служащая для выполнения некоторой определенной функции программы и для связи с остальной частью программы. Программная единица должна удовлетворять следующим условиям:

– блочность организации, т. е. возможность вызвать программную единицу из блоков любой степени вложенности;

– синтаксическая обособленность, т. е. выделение модуля в тексте синтаксическими элементами;

– семантическая независимость, т. е. независимость от места, где программная единица вызвана;

– общность данных, т. е. наличие собственных данных, сохраняющихся при каждом обращении;

– полнота определения, т. е. самостоятельность программной единицы.

Сборочное программирование. Модули – это программные кирпичи, из которых строится программа.

Сцепление модулей – мера относительной независимости модуля от других модулей. Независимые модули могут быть модифицированы без переделки других модулей. Чем слабее сцепление модуля, тем лучше. Рассмотрим различные типы сцепления.

– независимые модули – это идеальный случай. Модули ничего не знают друг о друге. Организовать взаимодействие таких модулей можно, зная их интерфейс и соответствующим образом перенаправив выходные данные одного модуля на вход другого.

– сцепление по данным (параметрическое) - это сцепление, когда данные передаются модулю, как значения его параметров, либо как результат его обращения к другому модулю для вычисления некоторой функции. Этот вид сцепления реализуется в языках программирования при обращении к функциям (процедурам).

Рутинность модуля – это независимость модуля от предыдущих обращений к нему (от предыстории). Модуль является рутинным, если результат его работы зависит только от количества переданных параметров (а не от количества обращений). Модуль должен быть рутинным в большинстве случаев, но есть и случаи, когда модуль должен сохранять историю. В выборе степени рутинности модуля пользуются тремя рекомендациями:

– в большинстве случаев делаем модуль рутинным;

– зависящие от предыстории модули следует использовать только в тех случаях, когда это необходимо для сцепления по данным;

– в спецификации зависящего от предыстории модуля должна быть четко сформулирована эта зависимость, чтобы пользователи имели возможность прогнозировать поведение такого модуля.