明晰軟件架構與數據結構

發布時間：2020-06-20 14:01:16 來源：網絡閱讀：3122 作者：李云欄目：軟件技術

相信大多軟件工程師在談及軟件架構（software architecture）時立刻會聯想到數據結構（data structure），這是正常的反應。但是，有些工程師卻誤以為軟件架構就完全是關于數據結構，這就不對了。之所以將軟件架構與數據結構在本文中并提討論，是為了讓我們對之有更清晰的認識。讀者后面會明白，這種清晰的認識對于我們的工作是有益的。

數據結構在Wikipedia上的定義是：為了有效使用數據而在計算機中存儲和組織數據的特定方法。這一定義說明了為什么我們又稱之為算法。同樣是在Wikipedia上，我們能找到對于軟件架構的定義：一個系統所需結構的集合，包括軟件元素（element）、元素間的關系和屬性。定義中的“元素”是一個很寬泛的稱呼，即可以指軟件組件（component），也可以指一個獨立的子設備。

單從定義來看，軟件架構與數據結構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，讓我們以軟件開發流程中的兩個關鍵步驟為例加以說明。軟件開發的設計階段存在概要設計和詳細設計兩大步驟，概要設計應重點闡述軟件架構，而詳細設計應著力于解釋數據結構。我們都知道，在開發過程中概要設計先于詳細設計，因而可以推測出軟件架構處于更高的抽象層次。我看到過不少軟件概要設計文檔一上來就講數據結構，這是文檔的作者對于軟件架構與數據結構沒有加以明晰的緣故。

做軟件設計首當其沖的不是數據結構設計，而是架構設計，這一點無論怎樣規模的軟件都正確。架構設計強調的是設計概念（我有時也稱之為模型），即軟件“長什么樣”。對于實現同樣功能的軟件模塊，在有概念和沒有概念時所設計出來的數據結構會很不一樣。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，“先架構后結構”的方法，有助于寫出更具可維護性的代碼。現實中，之所以存在大量難以維護的代碼，正是因為設計者省去了概念塑造這一步驟。

另一點需要指出的是，軟件架構設計與數據結構設計對工程師的能力要求并不完全相同。軟件架構設計需要更多的是概念能力，即將細節進行一定的抽象和概括的能力。數據結構設計所需的能力卻是對于計算機體系結構、編程語言和各種算法的掌握。

分清軟件架構與數據結構的意義在于：

1) 方便溝通。不至于他人在說軟件架構時，我們卻只想著數據結構。

2) 明白架構設計的重要性。架構設計用于引導數據結構設計，數據結構設計是用來表達架構的。

3) 理解架構設計與數據結構設計所需的能力之別，而不至于認為“數據結構是軟件的一切”。

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