模組化編程

模組化編程（英語：modular programming），是強調將電腦程式的功能分離成獨立的、可相互改變的「模組」（module）的軟件設計技術，它使得每個模組都包含着執行預期功能的一個唯一方面（aspect）所必需的所有東西。

簡介

模組介面表達了這個模組所提供的和所要求的元素。這些在介面中定義的元素可以被其他模組檢測到。模組實現包含了工作代碼，它們對應於在介面中聲明的元素。

模組化編程密切相關於結構化編程和物件導向程式設計，它們有着相同目標，即通過分解成更小部份的方式，促進大型軟件和系統的建構，並且都大致起源於1960年代。儘管這些術語在歷史上的用法曾經是不相容的，在現代的術語運用中：

• 模組化編程，指稱將整個程式的代碼分開成各部份的高層分解。
• 結構化編程，是採用結構化控制流的低層代碼使用。
• 物件導向程式設計，是對象的「數據」使用，對象是某種數據結構。

在物件導向程式設計中，使用介面作為一種架構上的模式（pattern）來構造模組叫做基於介面編程 。

歷史

模組沒有包括在最初的ALGOL 68（1968年）規定中，但是作為擴充被包括於早期的實現中，如ALGOL 68-R（英語：ALGOL 68-R）（1970年）和ALGOL 68C（英語：ALGOL 68C）（1970年），並在此後進行了形式化^[1]。開始就設計為模組化編程的第一個語言是Niklaus Wirth的短壽的Modula（1975年）。另一個早期模組化語言是Xerox PARC的Mesa（1976年），Wirth提出了Modula和Mesa的繼任者Modula-2（1978年），它影響了以後的語言，特別是通過它的後繼者Modula-3（1988年）。

模組化編程從1980年代開始廣泛傳播：最初的Pascal語言（1970年）不包括模組，但是後來的版本特別是UCSD Pascal（1978年）和Turbo Pascal（1983年），以「單元」的形式包括了它們，受Pascal影響的Ada（1980年）也是如此。擴充Pascal ISO 10206:1990標準，在模組支援上保持接近於Modula-2。Standard ML（1984年）是有着最完全的模組系統的語言之一^[2]，包括了在模組間對映的函子（參數化模組）。

在1980年代和1990年代，模組化編程被遮蓋於並經常被混淆於物件導向程式設計，特別是由於C++和Java的流行。例如，C語言家族中的C++（最初在1980年是具有類的C）和Objective-C（1983年）很早就已經支援了對象和類，只在30年後甚至更久之後才支援模組。Java（1995年）以包的形式支援模組，然而代碼組織的主要單元是類。但是Python（1991年）從開始就突出的使用模組和對象二者，使用模組作為代碼組織的主要單元，使用包作為大尺度的單元；而Perl 5（1994年）包括了對模組和對象二者的支援，具有能從CPAN（1993年）獲得的大量的模組。

模組化編程現在已經普及了，自從1990年代以來，它能在幾乎所有主要語言的開發中找到。模組的相對重要性因語言而異，並在類別為基的物件導向語言中，仍與作為組織和封裝的單元的類存在重疊和混淆，儘管它們都被良好的確立為獨立的概念。

術語

術語匯集（assembly），比如用於.NET語言C#、F#或Visual Basic .NET，或者包（package），比如用於Dart、Go或Java，有時用來替代「模組」。在其他實現中，它們是不同的概念；在Python中，包是模組的搜集，而在Java 9中，介入並實現了新的模組概念（具有增強訪問控制的包搜集）。

進一步的，術語「包」在軟件中有其他用途（例如.NET NuGet包）。組件（component）是類似的概念，但是典型的用於高層；組件是整個系統的一部份，而模組是個別程式的一部份。術語「模組」的尺度在不同語言之間差異巨大；在Python中它是小尺度的，而每個檔案是一個模組；在Java 9中它被規劃為是大尺度的，這裏的模組是包的搜集，而包是檔案的搜集。

其他用於模組的術語包括「單元」（unit），它用於Pascal方言中。

語言支援

正式支援模組概念的語言套件括：

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

參見

• 架構描述語言
• 內聚性 (電腦科學)
• 基於組件的軟件工程
• 康威定律
• 耦合性 (電腦科學)
• 函數庫
• 模組化設計
• 外掛程式
• 片段
• 結構化分析
• 結構化編程

註釋

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.

參考文獻

1. Lindsey, Charles H. Proposal for a Modules Facility in ALGOL 68 (PDF). ALGOL Bulletin. Feb 1976, (39): 20–29 [2014-12-01]. （原始內容 (PDF)存檔於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]. （原始內容存檔於2015-01-05）.
5. ECMAScript® 2015 Language Specification, 15.2 Modules. [2020-04-21]. （原始內容存檔於2019-05-05）.

外部連結

• How To Decompose a System into Modules （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）