在控制結構這個層次上考慮程序設計，必然因兩個方面的複雜性二導致編程困難：一是在廣度上有成千上萬的代碼，二是在深度上有多層嵌套的控制結構。
4.1 模塊化編程基本概念
4.1.1 模塊化設計概述
- 模塊是指提供特定功能的相對獨立的單元。模塊一般具有如下特徵：
- 標準化：模塊是具有標準尺寸和標準接口的預製功能單元，這是組裝、互換等特徵的基礎。
- 可組裝：多個模塊可以方便、靈活地組合、配置，以構造不同大小、不同形狀、不同功能地系統。
- 可替換：通過用一個模塊去更換另一個模塊，可以改變系統的局部功能而不影響系統的其他部分。
- 可維護：可以對模塊進行局部修改或設置，以滿足用戶的需求。另外可以在現有的系統中增加新模塊，以擴展系統功能。
4.1.2 模塊化編程
- 模塊化編程是一種軟件設計技術，它將軟件分解爲若干獨立的、可替換的、具有預定功能的模塊，每個模塊實現一個功能，各模塊通過接口（輸入輸出部分）組合在一起，形成最終程序。
- 模塊化編程具有以下優點：
- 易設計：較大的複雜問題分解爲若干較小的簡單問題；
- 易實現：模塊化設計適合團隊開發，因爲每個團隊成員不需要了解系統全貌，只需關注所分配地小任務。
- 易測試：每個模塊不但可以獨立開發，也可以獨立測試，最後組裝時再進行聯合測試。
- 易維護：如果需要修改系統或擴展功能，只需針對特定模塊進行修改或者添加新模塊。
- 可重用：很多模塊的代碼都可以不加修改地用於其他程序的開發。
- 模塊化編程實際上時一條抽象設計原則的具體體現，即分離關注點（Separation of Concerns，縮寫SoC）原則。
4.1.3 編程語言對模塊化編程的支持
- 子程序是指程序中的一段代碼，它執行特定任務，並且與同一程序中的其他部分是相對獨立的。
- 子程序構造一般涉及以下一些內容：
- 子程序的創建：定義子程序的名字和代碼（程序體）
- 子程序的調用和返回：調用就是要求執行子程序，而子程序執行完畢應當將控制返回給調用者。
- 參數：相當於子程序所需的輸入數據，一般需要預先聲明參數的類型和個數，並在調用時提供具體的參數值。
- 返回值：相當於子程序的輸出數據，一般需要預先聲明返回值的類型。
- 局部變量：子程序定義的變量在子程序外部是不可見的，亦即子程序構成了一個私有名字空間。這是子程序獨立性的一種表現。
- 全局變量：子程序外部定義的變量如果被聲明爲全局變量，那麼所有子程序都可以共享使用、操作該變量。
4.2 Python語言中的函數
4.2.1 用函數減少重複代碼
4.2.2 用函數改善程序結構
4.2.3 用函數增強程序的通用性
4.2.4 小結：函數的定義與調用
函數掉用的語法：
- 當Python遇到一個函數調用時，將通過四個步驟來處理這個調用。
- （1）調用者P在調用點暫停執行（術語稱爲P掛起）；
- （2）函數f的形式參數被賦予實際參數a的值；
- （3）執行f的函數體；
- （4）f執行完畢後，控制返回到P中調用點的下一條語句。
- 關鍵字參數
函數調用時的參數傳遞通常採用上述“按位置匹配”的方式，但Python還提供另一種參數傳遞方式——關鍵字參數。關鍵字參數形如“<形參名>==<實參值>”。 - 如果一個函數有很多參數，但是調用時只想爲個別參數傳遞值，而其他參數採用缺省值，這時採用關鍵字參數就是必然的選擇。
4.2.5 變量的作用域
- 局部變量：
在一個函數中定義的變量稱爲局部變量（local variable），因爲它們的作用域侷限於該函數的函數體，在函數外部是沒有定義的。
函數的形參也可以看作是函數的局部變量，即只能在函數體內訪問。
- 全局變量
函數體中包含一條聲明全局變量的語句：global x
意爲函數中所使用的x是在函數外部定義的全局變量。
4.2.6 函數的返回值
- 函數輸出的計算結果爲函數的返回值（returned value）
4.3 自頂向下設計
- 自頂向下設計稱爲逐步求精（stepwise refinement），是將一個系統逐層分解爲子系統的設計過程。
- 自頂向下設計具有兩個特徵：第一，要求設計者一開始就對整個系統有清楚的理解，否則第一步的分解就無法進行；第二，任何子系統在足夠細化之前無法開始編碼實現，因而必須等到所有子系統都足夠細化，才能夠對系統編碼實現及測試。
4.3.1 頂層設計
4.3.2 第二層設計
4.3.3 第三層設計
4.3.4 第四層設計
4.3.5 自底向上實現域單元測試
- 自頂向下設計是創建層次化的模塊結構的過程。從結構圖的底層開始實現每個函數，然後上一層模塊自然得到實現。
- 在模塊化編程中，測試程序最適合採用單元測試技術，即先分別測試每一個模塊，然後再逐步測試較大的模塊，直至最後測試完整程序。
4.3.5 開發過程小結
- 自頂向下設計過程可以概括爲以下四個步驟：
- （1）將問題分解爲若干個子問題；
- （2）爲每個子問題設計一個函數接口
- （3）將原問題的算法用各子問題對應的函數接口來表達；
- （4）對每個子問題重複（1）~（3）的過程。
4.4 Python模塊
4.4.1 模塊的創建和使用
- 模塊作爲程序的結構單元，至少有三個作用：
- （1）代碼重用
- （2） 名字空間
- （3）實現共享
- Python模塊很容易創建，只要使用任意的文本編輯器，鍵入一些Python語句並保存爲.py文件，就得到一個Python模塊。
- 爲了使用Python模塊中定義的對象，必須用import或from語句導入模塊。
4.4.2 Python程序架構
4.4.3 標準庫模塊
- 標準庫並不是Python語言本身的一部分，而是專業程序員預先編好並隨語言提供給用戶使用的。
- Python的標準安裝都會自動安裝標準庫。
- 在Python解釋器提示符下鍵入help()，可以進入聯機幫助環境。
4.4.4 模塊的有條件執行
- 有些Python模塊是可以直接執行的，稱爲程序或腳本。
- 如果是用import導入模塊，Python會將該模塊的一個特殊變量__name__的值設置爲模塊的名字。但是如果直接執行模塊，Python則將模塊的特殊變量__name__設置爲字符串’main’。因此可以通過特殊變量__name__的值來判斷模塊是被導入的還是直接執行的。
- 將程序文件的最後一行寫爲：
if name==‘main’:
main()
就能確保當程序是直接執行時，main能啓動；被導入時忽略main。
4.5 練習
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