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明晰軟件架構(gòu)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

發(fā)布時(shí)間：2020-06-20 14:01:16 來源：網(wǎng)絡(luò) 閱讀：3112 作者：李云 欄目：軟件技術(shù)
相信大多軟件工程師在談及軟件架構(gòu)（software architecture）時(shí)立刻會(huì)聯(lián)想到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（data structure），這是正常的反應(yīng)。但是，有些工程師卻誤以為軟件架構(gòu)就完全是關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這就不對(duì)了。之所以將軟件架構(gòu)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在本文中并提討論，是為了讓我們對(duì)之有更清晰的認(rèn)識(shí)。讀者后面會(huì)明白，這種清晰的認(rèn)識(shí)對(duì)于我們的工作是有益的。
 
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在Wikipedia上的定義是：為了有效使用數(shù)據(jù)而在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)和組織數(shù)據(jù)的特定方法。這一定義說明了為什么我們又稱之為算法。同樣是在Wikipedia上，我們能找到對(duì)于軟件架構(gòu)的定義：一個(gè)系統(tǒng)所需結(jié)構(gòu)的集合，包括軟件元素（element）、元素間的關(guān)系和屬性。定義中的“元素”是一個(gè)很寬泛的稱呼，即可以指軟件組件（component），也可以指一個(gè)獨(dú)立的子設(shè)備。

單從定義來看，軟件架構(gòu)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具有不同的抽象層次，前者更放眼于功能，后者更著力于效率。為了讀者能更好地理解這種層次之別，讓我們以軟件開發(fā)流程中的兩個(gè)關(guān)鍵步驟為例加以說明。軟件開發(fā)的設(shè)計(jì)階段存在概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)兩大步驟，概要設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)闡述軟件架構(gòu)，而詳細(xì)設(shè)計(jì)應(yīng)著力于解釋數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。我們都知道，在開發(fā)過程中概要設(shè)計(jì)先于詳細(xì)設(shè)計(jì)，因而可以推測(cè)出軟件架構(gòu)處于更高的抽象層次。我看到過不少軟件概要設(shè)計(jì)文檔一上來就講數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這是文檔的作者對(duì)于軟件架構(gòu)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)沒有加以明晰的緣故。

做軟件設(shè)計(jì)首當(dāng)其沖的不是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而是架構(gòu)設(shè)計(jì)，這一點(diǎn)無論怎樣規(guī)模的軟件都正確。架構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)的是設(shè)計(jì)概念（我有時(shí)也稱之為模型），即軟件“長(zhǎng)什么樣”。對(duì)于實(shí)現(xiàn)同樣功能的軟件模塊，在有概念和沒有概念時(shí)所設(shè)計(jì)出來的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)會(huì)很不一樣。即使采用的算法相同，但命名很有可能不同，且有概念的命名更具可讀性。因此，“先架構(gòu)后結(jié)構(gòu)”的方法，有助于寫出更具可維護(hù)性的代碼。現(xiàn)實(shí)中，之所以存在大量難以維護(hù)的代碼，正是因?yàn)樵O(shè)計(jì)者省去了概念塑造這一步驟。

另一點(diǎn)需要指出的是，軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)工程師的能力要求并不完全相同。軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)需要更多的是概念能力，即將細(xì)節(jié)進(jìn)行一定的抽象和概括的能力。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需的能力卻是對(duì)于計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、編程語言和各種算法的掌握。

分清軟件架構(gòu)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的意義在于：
1) 方便溝通。不至于他人在說軟件架構(gòu)時(shí)，我們卻只想著數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
2) 明白架構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性。架構(gòu)設(shè)計(jì)用于引導(dǎo)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是用來表達(dá)架構(gòu)的。
3) 理解架構(gòu)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需的能力之別，而不至于認(rèn)為“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是軟件的一切”。
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