模块化编程

模块化编程（英语：modular programming），是强调将计算机程序的功能分离成独立的、可相互改变的“模块”（module）的软件设计技术，它使得每个模块都包含着执行预期功能的一个唯一方面（aspect）所必需的所有东西。

简介

模块接口表达了这个模块所提供的和所要求的元素。这些在接口中定义的元素可以被其他模块检测到。模块实现包含了工作代码，它们对应于在接口中声明的元素。

模块化编程密切相关于结构化编程和面向对象编程，它们有着相同目标，即通过分解成更小部分的方式，促进大型软件和系统的建构，并且都大致起源于1960年代。尽管这些术语在历史上的用法曾经是不兼容的，在现代的术语运用中：

• 模块化编程，指称将整个程序的代码分开成各部分的高层分解。
• 结构化编程，是采用结构化控制流的低层代码使用。
• 面向对象编程，是对象的“数据”使用，对象是某种数据结构。

在面向对象编程中，使用接口作为一种架构上的模式（pattern）来构造模块叫做基于接口编程 。

历史

模块没有包括在最初的ALGOL 68（1968年）规定中，但是作为扩展被包括于早期的实现中，如ALGOL 68-R（英语：ALGOL 68-R）（1970年）和ALGOL 68C（英语：ALGOL 68C）（1970年），并在此后进行了形式化^[1]。开始就设计为模块化编程的第一个语言是Niklaus Wirth的短寿的Modula（1975年）。另一个早期模块化语言是Xerox PARC的Mesa（1976年），Wirth提出了Modula和Mesa的继任者Modula-2（1978年），它影响了以后的语言，特别是通过它的后继者Modula-3（1988年）。

模块化编程从1980年代开始广泛传播：最初的Pascal语言（1970年）不包括模块，但是后来的版本特别是UCSD Pascal（1978年）和Turbo Pascal（1983年），以“单元”的形式包括了它们，受Pascal影响的Ada（1980年）也是如此。扩展Pascal ISO 10206:1990标准，在模块支持上保持接近于Modula-2。Standard ML（1984年）是有着最完全的模块系统的语言之一^[2]，包括了在模块间映射的函子（参数化模块）。

在1980年代和1990年代，模块化编程被遮盖于并经常被混淆于面向对象编程，特别是由于C++和Java的流行。例如，C语言家族中的C++（最初在1980年是具有类的C）和Objective-C（1983年）很早就已经支持了对象和类，只在30年后甚至更久之后才支持模块。Java（1995年）以包的形式支持模块，然而代码组织的主要单元是类。但是Python（1991年）从开始就突出的使用模块和对象二者，使用模块作为代码组织的主要单元，使用包作为大尺度的单元；而Perl 5（1994年）包括了对模块和对象二者的支持，具有能从CPAN（1993年）获得的大量的模块。

模块化编程现在已经普及了，自从1990年代以来，它能在几乎所有主要语言的开发中找到。模块的相对重要性因语言而异，并在基于类的面向对象语言中，仍与作为组织和封装的单元的类存在重叠和混淆，尽管它们都被良好的确立为独立的概念。

术语

术语汇集（assembly），比如用于.NET语言C#、F#或Visual Basic .NET，或者包（package），比如用于Dart、Go或Java，有时用来替代“模块”。在其他实现中，它们是不同的概念；在Python中，包是模块的搜集，而在Java 9中，介入并实现了新的模块概念（具有增强访问控制的包搜集）。

进一步的，术语“包”在软件中有其他用途（例如.NET NuGet包）。组件（component）是类似的概念，但是典型的用于高层；组件是整个系统的一部分，而模块是个别程序的一部分。术语“模块”的尺度在不同语言之间差异巨大；在Python中它是小尺度的，而每个文件是一个模块；在Java 9中它被规划为是大尺度的，这里的模块是包的搜集，而包是文件的搜集。

其他用于模块的术语包括“单元”（unit），它用于Pascal方言中。

语言支持

正式支持模块概念的语言包括：

• Ada
• Algol
• BlitzMax
• C#
• Clojure
• COBOL
• D
• Dart
• eC（英语：eC (programming language)）
• Erlang
• Elixir
• Elm
• F（英语：F (programming language)）
• F#
• Fortran
• Go
• Haskell
• IBM/360（英语：IBM/360）汇编
• 控制语言（英语：Control Language）（CL）
• IBM RPG（英语：IBM RPG）
• Java^{[注 1]}
• MATLAB
• ML
• Modula
• Modula-2
• Modula-3
• Morpho
• NEWP（英语：NEWP）
• Oberon
• Oberon-2（英语：Oberon-2）
• Objective-C
• OCaml
• Component Pascal（英语：Component Pascal）
• Object Pascal
• Turbo Pascal
• UCSD Pascal
• Perl
• PL/I
• PureBasic
• Python
• Ruby^[4]
• Rust
• JavaScript^[5]
• Visual Basic .NET
• WebDNA

参见

• 架构描述语言
• 内聚性 (计算机科学)
• 基于组件的软件工程
• 康威定律
• 耦合性 (计算机科学)
• 函数库
• 模块化设计
• 插件
• 片段
• 结构化分析
• 结构化编程

注释

1. The term "package" is used for the analog of modules in the JLS;^[3] — see Java package. "Modules", a kind of collection of packages, are planned for Java 9 as part of Project Jigsaw; these were earlier called "superpackages" and planned for Java 7.

参考文献

1. Lindsey, Charles H. Proposal for a Modules Facility in ALGOL 68 (PDF). ALGOL Bulletin. Feb 1976, (39): 20–29 [2014-12-01]. （原始内容 (PDF)存档于2016-03-03）.
2. David MacQueen. Modules for Standard ML, LFP '84 Proceedings of the 1984 ACM Symposium on LISP and functional programming: 198–207. August 1984.
3. James Gosling, Bill Joy, Guy Steele, Gilad Bracha, The Java Language Specification, Third Edition, ISBN 0-321-24678-0, 2005. In the Introduction, it is stated "Chapter 7 describes the structure of a program, which is organized into packages similar to the modules of Modula." The word "module" has no special meaning in Java.
4. 存档副本. [2020-04-21]. （原始内容存档于2015-01-05）.
5. ECMAScript® 2015 Language Specification, 15.2 Modules. [2020-04-21]. （原始内容存档于2019-05-05）.

外部链接

• How To Decompose a System into Modules （页面存档备份，存于互联网档案馆）