15、软件架构与模块化：从设计到实践

软件架构与模块化：从设计到实践

一、软件架构概述

1.1 架构的重要性

系统架构是设计的最高层次，为系统的整体组织和运行提供总体规划。没有文档化架构的系统，就像没有总体规划而随意添加房间的房子，可能会面临各种问题。许多嵌入式系统在开发时没有文档化架构，虽然从直觉上所有系统都有架构，但很多系统的架构并不理想。糟糕的架构往往难以理解、设计、调试和维护，还容易出现错误。

1.2 可能的症状

如果项目出现以下症状，就需要投入更多精力来定义和记录软件架构：
- 没有能在一页纸上呈现的软件架构图，虽然可以有备份图展示细节，但需要有一个能在一张纸上呈现的高层级描述。流程图不算架构图，它们属于设计图。
- 没有一个人能给出软件整体组织的高层级视图，例如，给定白板、马克笔和 15 分钟，没人能画出软件的整体组织图。
- 修改或添加软件容易出错，因为代码库中软件的风格差异很大。这种系统的架构图往往看起来很杂乱。

1.3 架构定义不充分的风险

架构定义不明确或不充分可能导致以下问题：
|问题|描述|
|----|----|
|修改或改进困难|由于架构方法不一致，修改或改进系统会面临困难和高额费用。|
|高缺陷率|系统容易出现大量缺陷。|
|高故障再注入率|由于系统组织不佳，修复一个 bug 可能会引发新的 bug。|
|学习曲线陡峭|新人员难以理解系统的整体组织，学习成本高。|
|早期代码损耗|软件因频繁更改变得脆弱和混乱，丢弃代码比继续维护更划算。|
|项目失败|如果项目的复杂性不能通过良好的架构方法进行有效管理，项目可