软件中的定速巡航

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计算机基础课第 35 期分享

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"软件工程"学科

之前花了很多时间讲排序,也写了些 10 行左右的排序代码,对1个程序员来说很容易写,而且代码很短,不必用专门工具记事本就够了。但排序算法很少会是独立程序更可能是大项目的一小部分。

举个例子,微软的 Office 大约有 4000 万代码,太多了,一个人不可能做到,为了写大型程序,程序员用各种工具和方法,所有这些形成了"软件工程"学科(这个词由工程师 Margaret Hamilton 创造)。她帮助 NASA 在阿波罗计划中避免了严重问题。她曾说过:"有点像牙根管治疗:你总是拖到最后才做,但有些事可以预先做好,有点像预防性体检, 只不过是预防软件出错"。

前面提过,把大项目分解成小函数 可以让多人同时工作,不用关心整个项目,关心自己的函数就好了。如果你的任务是写排序算法,你只需要确保高效和正确就可以了,然而把代码打包成函数依然不够。如果只是这样,微软 Office 会有几十万个函数,虽然比 4000 万行代码要好一些,但还是太多了。

解决办法是:把函数打包成层级。 把相关代码都放在一起,打包成对象(objects)。

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定速巡航

例如,汽车软件中 可能有几个和定速巡航有关的函数比如 设定速度,逐渐加速减速,停止定速巡航,因为这些函数都相关,可以包装成一个"定速巡航对象"。但不止如此,我们还可以做更多。"定速巡航"只是引擎软件的一部分,可能还有 "火花塞点火" "燃油泵" 和 "散热器"。我们可以做一个"引擎对象" 来包括所有"子"对象,除了子对象,"引擎对象"可能有自己的函数,比如开关引擎,它也会有自己的变量。比如汽车行驶了多少英里。总的来说,对象可以包其它对象,函数和变量。当然,"引擎对象"只是"汽车对象"的一部分,还有传动装置,车轮,门,窗等。

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程序员设"定速巡航"

作为程序员,如果想设"定速巡航",要一层层向下,从最外面的对象往里找,最后找到想执行的函数。

编程语言经常用类似这样的语法,把函数打包成对象的思想叫 "面向对象编程"。这种思想和之前类似,通过封装组件,隐藏复杂度,之前把晶体管打包成了逻辑门,现在软件也这样做,又提升了一层抽象。

把大型软件(如汽车软件) 拆成一个个更小单元,适合团队合作。一个团队负责定速巡航系统,团队里的一位程序员负责其中一些函数。类似建摩天大楼有电工装电线、管道工配管、焊接工焊接、油漆工涂油漆、还有成百上千人做其他事情。在不同岗位同时工作,各尽其能,直到整栋楼完成。

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程序编程接口

回到定速巡航的例子,定速巡航 要用到引擎的其它函数,来保持车速。定速巡航 团队不负责这些代码,另一个团队负责,因为是其他团队的代码,定速巡航 团队需要文 帮助理解代码都做什么以及定义好的 "程序编程接口" -简称 API。

API 帮助不同程序员合作不用知道具体细节,只要知道怎么使用就行了。

例如"点火控制"对象中,可能有"设置发动机转数"函数,"检查火花塞电压"函数,"点燃单个火花塞"函数,"设置发动机转速"非常有用。"定速巡航"团队要用到这个函数,但他们对点火系统不怎么了解,让他们调用"点燃单个火花塞"函数,不是好主意,引擎可能会炸。

API 控制哪些函数和数据让外部访问哪些仅供内部。"面向对象"的编程语言可以指定函数是 public 或 private,来设置权限。如果函数标记成 private,意味着只有同一个对象内的其他函数能调用它。

在这个例子里,只有内部函数比如 setRPM,才能调用 fireSparkplug 函数,而 setRPM 函数是 public所以其它对象可以调用它,比如定速巡航。

"面向对象编程"的核心是隐藏复杂度,选择性的公布功能,因为做大型项目很有效,所以广受欢迎。计算机上几乎所有软件,游戏机里几乎所有游戏,都是 "面向对象" 编程语言写的,比如 C++, C#, Objective-C 等。其他流行 OO 语言,你可能听过 Python 和 Java。

原文发布于微信公众号 - 程序员成长充电站(qianpangzi8)

原文发表时间:2019-08-20

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