7.2Модульное программирование

Чтобы преуспеть в структурном программировании, программу следует представить в виде модулей. Модульное программирование — это процесс разделения программы на логические части, называемые модулями, и последовательное программирование каждой части. Когда большая единая задача делится на подзадачи, то значительно проще понять и прочесть программу. Это обычный способ управления сложной ситуацией: “Разделяй и властвуй!” Если проведено проектирование всей задачи сверху вниз, то она, естественно, разбивается на подзадачи для возможных модулей. При этом преследуют две цели.         1. Необходимо добиться того, чтобы программный модуль был правильным и не зависел от контекста, в котором он будет использоваться.         2. Следует стремиться к тому, чтобы из модулей можно было формировать большие программы без каких-либо предварительных знаний о внутренней работе модуля.         Прикладные подпрограммы и функции стандартных библиотек — примеры удачных модулей. Мы используем процедуру вычисления функции квадратного корня в любом контексте и не ожидаем побочных эффектов в других частях программы. Нам хотелось бы, чтобы наши собственные модули взаимодействовали таким же образом, не оказывая непредусмотренного влияния друг на друга.

Никто не может точно назвать наилучший размер модуля, но обычно используемое ограничение — около 60 строк. Такая длина программы удобна для восприятия, так как она легко охватывается и запоминается. Это число строк помещается на одной странице, кроме того, его легко прочесть на терминале вычислительной машины. Очевидно, существуют исключения, но тем не менее 60 строк — это удобный размер модуля.

      Модуль должен также проверять аргументы на их принадлежность области определения, как это делается для функции квадратного корня. Когда аргумент функции квадратного корня получает значение, выходящее за пределы области определения, обычно выдается сообщение об ошибке. Это называется побочным эффектом. Иногда побочный эффект включает код ошибки, который может быть обработан. Таким образом, для модуля должны быть определены        1) алгоритм решения задачи;

2) область допустимых входных значений;

3) область возможных выходных значений;

4) возможные побочные эффекты.         Если эти четыре объекта надлежащим образом определены для каждого модуля, то результатом будут четко составленные модули, и следовательно, хорошие программы. Однако часто область определения не проверяют, а побочные эффекты не определяют.         Следует сделать одно дополнительное замечание по поводу побочных эффектов. Лишь в редких случаях получение побочных эффектов должно прекращать выполнение программы. Вместо этого должна выявляться ошибка и должен происходить возврат к вызывающему модулю. Таким образом, нежелательно, чтобы процедура вычисления функции квадратного корня прекращала вычисления при получении значения, выходящего за пределы области определения (т.е. отрицательного значения). В этом случае должно быть возвращено некоторое значение (часто нуль) вызывающему модулю, предупреждающее об ошибке. Затем вызывающий модуль должен решить, прекращать или продолжать вычисления. Это гарантирует универсальность программы, так как ошибка идентифицируется и вызывающая программа может делать то, что необходимо. 

      Сегменты программ должны быть составлены следующим образом. Каждый сегмент должен иметь один вход в начале и один выход в конце. Если другие сегменты вызываются внутри какого-либо сегмента, то в них входят через начало, выходят через конец и возвращаются обратно в вызывающий сегмент.         Главная процедура должна принимать все решения по управлению потоком данных для соответствующих обрабатывающих процедур. Переменные, общие для всех модулей, должны быть определены как часть главной процедуры в области глобальных переменных. Локальные переменные должны использоваться только своими модулями.         Каждый сегмент должен иметь как можно меньше ветвей вычислений. Чем меньше размер модуля, тем, как правило, меньше ветвей, которые надо тестировать. Чем проще структура, тем лучше. Каждая процедура должна выполнять только одну логическую задачу. Следует обеспечить невмешательство других сегментов в “кухню” вычислений каждой процедуры. Таким образом, обрабатывающая процедура будет управляться только своим сегментом. Ни одно решение, принятое за пределами сегмента, не должно определять какое-либо действие внутри сегмента, и, наоборот, ни одно решение внутри сегмента не должно сказываться на действиях вне сегмента. Четкость программы в целом в большой степени зависит от четкости структуры каждого модуля.         Таким образом, каждая процедура является замкнутой, Управление передается от главной процедуры к вызываемой и, когда последняя выполнит свою функцию, она возвратит управление вызвавшей ее главной процедуре. Вызываемая процедура может в свою очередь вызвать другую процедуру, однако возврат всегда будет происходить в процедуру, являющуюся вызывающей для данной процедуры.

Следование правилам модульного программирования позволит значительно снизить затраты на сопровождение программы при необходимости внесения в нее изменений на этапе эксплуатации.