在控制结构这个层次上考虑程序设计，必然因两个方面的复杂性二导致编程困难：一是在广度上有成千上万的代码，二是在深度上有多层嵌套的控制结构。
4.1 模块化编程基本概念
4.1.1 模块化设计概述
- 模块是指提供特定功能的相对独立的单元。模块一般具有如下特征：
- 标准化：模块是具有标准尺寸和标准接口的预制功能单元，这是组装、互换等特征的基础。
- 可组装：多个模块可以方便、灵活地组合、配置，以构造不同大小、不同形状、不同功能地系统。
- 可替换：通过用一个模块去更换另一个模块，可以改变系统的局部功能而不影响系统的其他部分。
- 可维护：可以对模块进行局部修改或设置，以满足用户的需求。另外可以在现有的系统中增加新模块，以扩展系统功能。
4.1.2 模块化编程
- 模块化编程是一种软件设计技术，它将软件分解为若干独立的、可替换的、具有预定功能的模块，每个模块实现一个功能，各模块通过接口（输入输出部分）组合在一起，形成最终程序。
- 模块化编程具有以下优点：
- 易设计：较大的复杂问题分解为若干较小的简单问题；
- 易实现：模块化设计适合团队开发，因为每个团队成员不需要了解系统全貌，只需关注所分配地小任务。
- 易测试：每个模块不但可以独立开发，也可以独立测试，最后组装时再进行联合测试。
- 易维护：如果需要修改系统或扩展功能，只需针对特定模块进行修改或者添加新模块。
- 可重用：很多模块的代码都可以不加修改地用于其他程序的开发。
- 模块化编程实际上时一条抽象设计原则的具体体现，即分离关注点（Separation of Concerns，缩写SoC）原则。
4.1.3 编程语言对模块化编程的支持
- 子程序是指程序中的一段代码，它执行特定任务，并且与同一程序中的其他部分是相对独立的。
- 子程序构造一般涉及以下一些内容：
- 子程序的创建：定义子程序的名字和代码（程序体）
- 子程序的调用和返回：调用就是要求执行子程序，而子程序执行完毕应当将控制返回给调用者。
- 参数：相当于子程序所需的输入数据，一般需要预先声明参数的类型和个数，并在调用时提供具体的参数值。
- 返回值：相当于子程序的输出数据，一般需要预先声明返回值的类型。
- 局部变量：子程序定义的变量在子程序外部是不可见的，亦即子程序构成了一个私有名字空间。这是子程序独立性的一种表现。
- 全局变量：子程序外部定义的变量如果被声明为全局变量，那么所有子程序都可以共享使用、操作该变量。
4.2 Python语言中的函数
4.2.1 用函数减少重复代码
4.2.2 用函数改善程序结构
4.2.3 用函数增强程序的通用性
4.2.4 小结：函数的定义与调用
函数掉用的语法：
- 当Python遇到一个函数调用时，将通过四个步骤来处理这个调用。
- （1）调用者P在调用点暂停执行（术语称为P挂起）；
- （2）函数f的形式参数被赋予实际参数a的值；
- （3）执行f的函数体；
- （4）f执行完毕后，控制返回到P中调用点的下一条语句。
- 关键字参数
函数调用时的参数传递通常采用上述“按位置匹配”的方式，但Python还提供另一种参数传递方式——关键字参数。关键字参数形如“<形参名>==<实参值>”。 - 如果一个函数有很多参数，但是调用时只想为个别参数传递值，而其他参数采用缺省值，这时采用关键字参数就是必然的选择。
4.2.5 变量的作用域
- 局部变量：
在一个函数中定义的变量称为局部变量（local variable），因为它们的作用域局限于该函数的函数体，在函数外部是没有定义的。
函数的形参也可以看作是函数的局部变量，即只能在函数体内访问。
- 全局变量
函数体中包含一条声明全局变量的语句：global x
意为函数中所使用的x是在函数外部定义的全局变量。
4.2.6 函数的返回值
- 函数输出的计算结果为函数的返回值（returned value）
4.3 自顶向下设计
- 自顶向下设计称为逐步求精（stepwise refinement），是将一个系统逐层分解为子系统的设计过程。
- 自顶向下设计具有两个特征：第一，要求设计者一开始就对整个系统有清楚的理解，否则第一步的分解就无法进行；第二，任何子系统在足够细化之前无法开始编码实现，因而必须等到所有子系统都足够细化，才能够对系统编码实现及测试。
4.3.1 顶层设计
4.3.2 第二层设计
4.3.3 第三层设计
4.3.4 第四层设计
4.3.5 自底向上实现域单元测试
- 自顶向下设计是创建层次化的模块结构的过程。从结构图的底层开始实现每个函数，然后上一层模块自然得到实现。
- 在模块化编程中，测试程序最适合采用单元测试技术，即先分别测试每一个模块，然后再逐步测试较大的模块，直至最后测试完整程序。
4.3.5 开发过程小结
- 自顶向下设计过程可以概括为以下四个步骤：
- （1）将问题分解为若干个子问题；
- （2）为每个子问题设计一个函数接口
- （3）将原问题的算法用各子问题对应的函数接口来表达；
- （4）对每个子问题重复（1）~（3）的过程。
4.4 Python模块
4.4.1 模块的创建和使用
- 模块作为程序的结构单元，至少有三个作用：
- （1）代码重用
- （2） 名字空间
- （3）实现共享
- Python模块很容易创建，只要使用任意的文本编辑器，键入一些Python语句并保存为.py文件，就得到一个Python模块。
- 为了使用Python模块中定义的对象，必须用import或from语句导入模块。
4.4.2 Python程序架构
4.4.3 标准库模块
- 标准库并不是Python语言本身的一部分，而是专业程序员预先编好并随语言提供给用户使用的。
- Python的标准安装都会自动安装标准库。
- 在Python解释器提示符下键入help()，可以进入联机帮助环境。
4.4.4 模块的有条件执行
- 有些Python模块是可以直接执行的，称为程序或脚本。
- 如果是用import导入模块，Python会将该模块的一个特殊变量__name__的值设置为模块的名字。但是如果直接执行模块，Python则将模块的特殊变量__name__设置为字符串’main’。因此可以通过特殊变量__name__的值来判断模块是被导入的还是直接执行的。
- 将程序文件的最后一行写为：
if name==‘main’:
main()
就能确保当程序是直接执行时，main能启动；被导入时忽略main。
4.5 练习
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