建立Python 编程的项目观和架构思维
目次一、软件项目的认识
二、软件的规模认识
三、如何应对规模较大的软件开发——软件架构
四、分层架构的python综合例子：
1、项目简介：
2、项目的分层布局与文件构造布局的对照图：
3、主要功能运行界面：
4.主要代码的部门实例：
附录：未分层代码可以参考，运行领会.
一、软件项目的认识
软件项目：是指利用编程语言开发的一套程序或软件，通常包含多个代码文件、模块、包以及相关资源，他们协同工作以实现特定的功能或办理特定的问题，除功能外还体现了一定的布局构造性。
软件项目包含的 常见功能性 和 构造性成分如下：
[*].py文件:是Python中最基本的源代码程序文件，用于存储纯文本情势的源代码。开发者通过编辑.py文件来编写程序，它包含函数、类、变量界说以及实验逻辑，由Python表明器直接读取并实验，是编写和实验Python程序的主要载体。
[*]模块（Module）:按照Python的惯用约定，模块通常与.py文件重合，对应一个包含函数界说、类界说、变量赋值的.py文件。模块可以被其他Python代码导入，以实现代码和功能重用。 与.py文件的区别：模块名是对功能的一种抽象表现，它暂时不直接对应详细的文件名或文件位置，实验时由Python表明器通过一定的机制动态（如搜刮路径）对应到.py文件。
留意：意味着同一个模块名可以对应不同的.py文件，取决于当前工作路径里包含的.py名和表明器搜刮路径里包含的.py名与模块名的对照同等性。
[*]包：包是包含多个模块的文件夹，其中包含一个特殊的__init__.py文件（即使这个文件为空也可以）。包允许开发者按不同设计目的，实现布局清晰的构造模块和代码。例如，你可以创建一个名为mypackage的文件夹，其中包含一个__init__.py文
包、文件、模块形成了不同的条理地区性的、本身的命名空间，在此区间里不允许同名。意味着不同条理中的命名可以是相同的，而不会相互干扰，主要作用总结：
[*] 封装性：可以将一系列相关的函数和变量封装起来，形成一个独立的命名空间。
[*]可重用性：通过导入，可以在不同的程序中重复利用。
[*]构造性：可以资助你构造代码，使得代码更加清晰、易于维护
命名空间（Namespace）是一种用于构造代码和防止命名冲突的重要机制。通过命名空间，开发者可以将标识符（如变量、函数、类等）封装在一个独立的作用域中，从而避免不同模块或库中的同名标识符发生冲突。
Python中的命名空间主要有内置、全局和局部三种类型。内置命名空间在表明器启动时创建，自动映射到全局空间，全局命名空间在模块界说时创建，局部命名空间在函数调用时创建。
二、软件的规模认识
软件按规模划分：
[*]微型：代码行数较少，功能简单一，一样平常代码行数在两千行以内，通常一个人完成。
[*]小型：功能较为单一或几个焦点功能，代码行数在几千到几万行之间的项目，团队规模较小约1到5人。
[*]中型：功能较为复杂，代码行数在几万到几，团队规模较约6到15人。
[*]大型项：代码行数凌驾几十万行，甚至可能达到百万级。团队规模约16到50人。
三、如何应对规模较大的软件开发——软件架构
应对大规模软件开发的手段包罗：需求管理机制、技能架构设计、开发过程控制、团队协作优化。这里只谈架构方面。
软件架构 是指软件系统中各要素的基本布局和构造方式，它界说了软件系统的各个部门之间的关系和交互方式，以及系统的整体设计方案。软件架构设计包罗软件的构成部门和模块的划分、以及它们之间的关系和依靠等。
软件架构作用：软件架构是开发项目的蓝图，是设计团队部署需要实验的任务的依据，使复杂问题被规划成规模合理的子问题，简化问题，有助于提高系统的可维护性、可扩展性和可重用性，同时体现了工程思维。软件架构详细规划了如下内容：
[*]软件的构成构件和功能：系统要实现的功能和业务是什么。
[*]软件系统的性能和可靠性：包罗系统的响应速率、容错本领、可用性和安全性等方面。
[*]软件系统的接口和交互：包罗系统内部构件间交互，软件系统与外界的接口和交互方式，涉及与用户的交互、与其他系统的数据交换等。
[*]软件系统的部署和维护：考虑系统的可部署性、可设置性、可测试性和可监控性等方面。
1、常见软件架构：
[*]分层架构：是最常见的架构模式之一，通常被称为n层架构。它将软件分为多个条理，如展现层、业务逻辑层和长期层。这种架构有助于提高代码的可维护性和可扩展性，但可能会导致性能降落，而且增长系统生产成本和复杂性。
[*]变乱驱动架构：组件通过变乱进行通信，适用于需要高度解耦的系统，如实时数据处理和异步工作流。这种架构可以提高系统的响应速率和机动性，但不适合交互性强的系统。
[*]微服务架构：将应用程序划分为一组小的、松散耦合的服务，每个服务实现特定的业务功能并通过轻量级通信机制（如HTTP RESTful API）相互协作。适用于需要高度可扩展性和机动性的大型复杂应用。
2、分层架构的设计：
在软件工程中，分层架构是一种将应用或系统划分为多个独立条理（或模块）的方法，每个条理负责不同的功能。分层架构的主要目的是降低层与层之间的依靠，实现功能模块的合理粒度规划和高内聚低耦合，以提高系统的机动性和可维护性，同时实现开发任务的可控划分、分配与高效管理，这是分层架构软件设计的重点和精髓。
分层架构通常包罗用户接口层、应用层、范畴层（可选）和基础层。分层架构的实现是如何体现的，起首体现在项目的布局上，如下：
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/2d66f16375e241bab9b2711d0f5fb267.png
四、分层架构的python综合例子：
1、项目简介：
名称students_Score
功能包含登录注册功能、成绩录入与成绩可视化；
数据表成绩表（包含数学、英语、专业课字段）用户表（包含用户名和密码字段）。
系统软件的分层架构：数据访问层model，服务控制层service，界面显示层view。
特点：每层间的依靠是单向的，非跳跃的，通过分层设计，系统各层之间的依靠关系被明确界定，降低了层与层之间的耦合度，从而提高了系统的机动性和可维护性。
2、项目的分层布局与文件构造布局的对照图：
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/260c93166194435f8bbca1d6eec1b9be.png
数据访问层model
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/c1c9ceeb4c8b4688acb2ad1808135af3.png
服务控制层service
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/cf631238b4784ed38d14b46234d964c1.png
界面显示层view
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/c458908cac6c4993b1aeba89c8f3c03e.png
3、主要功能运行界面：
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/dce2221bddd2499e897c22e2508a1252.png
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/3d34428b6c664ee7aad9e8a0eb6b679c.png
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/767cfff4329f42148c4d0ec46c974f4b.png
4.主要代码的部门实例：
服务控制层 service包里 的loginuser模块代码如下：
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/b4b101c6daa948fea1b0af7bb76d3868.png
附录：未分层代码可以参考，运行领会.
import streamlit as st
import pandas as pd
import hashlib
import sqlite3
if 'user' not in st.session_state:
st.session_state.user = None
# Hashing password
def hash_password(password):
return hashlib.sha256(password.encode()).hexdigest()
# Database connection
conn = sqlite3.connect('grades.db', check_same_thread=False)
c = conn.cursor()
# Create tables if they don't exist
def init_db():
c.execute('''
CREATE TABLE IF NOT EXISTS users (
username TEXT PRIMARY KEY,
password_hash TEXT
)
''')
c.execute('''
CREATE TABLE IF NOT EXISTS grades (
id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT,
math REAL,
english REAL,
major REAL
)
''')
conn.commit()
init_db()
# Login function
def login():
st.subheader("登录")
username = st.text_input("用户名")
password = st.text_input("密码", type="password")
if st.button("登录"):
hashed_password = hash_password(password)
c.execute("SELECT * FROM users WHERE username=? AND password_hash=?", (username, hashed_password))
user = c.fetchone()
if user:
st.success(f"成功登录为 {username}")
st.session_state.user = username
else:
st.error("无效的用户名或密码")
# Register function
def register():
st.subheader("注册")
new_username = st.text_input("新用户名")
new_password = st.text_input("新密码", type="password")
confirm_password = st.text_input("确认密码", type="password")
if st.button("注册"):
if new_password == confirm_password:
hashed_password = hash_password(new_password)
try:
c.execute("INSERT INTO users (username, password_hash) VALUES (?, ?)", (new_username, hashed_password))
conn.commit()
st.success("用户注册成功！")
except sqlite3.IntegrityError:
st.error("用户名已存在")
else:
st.error("密码不匹配")
# Grades input function
def input_grades():
st.subheader("输入成绩")
math = st.number_input("数学成绩", min_value=0, max_value=100, step=1)
english = st.number_input("英语成绩", min_value=0, max_value=100, step=1)
major = st.number_input("专业课成绩", min_value=0, max_value=100, step=1)
if st.button("提交"):
c.execute("INSERT INTO grades (math, english, major) VALUES (?, ?, ?)", (math, english, major))
conn.commit()
st.success("成绩提交成功！")
# Grades visualization function
def visualize_grades():
st.subheader("成绩可视化")
c.execute("SELECT * FROM grades")
grades_data = c.fetchall()
if grades_data:
df = pd.DataFrame(grades_data, columns=["ID", "Math", "English", "Major"])
st.dataframe(df)
st.bar_chart(df.set_index("ID"))
else:
st.warning("没有可用的成绩数据")
# Main application logic
def main():
st.title("学生成绩管理系统")
menu = ["登录", "注册", "输入成绩", "成绩可视化"]
choice = st.sidebar.selectbox("菜单", menu)
if choice == "登录":
login()
elif choice == "注册":
register()
elif choice == "输入成绩":
if st.session_state.user:
input_grades()
else:
st.warning("请先登录以访问此功能")
elif choice == "成绩可视化":
if st.session_state.user:
visualize_grades()
else:
st.warning("请先登录以访问此功能")
if __name__ == "__main__":
main()
总结：分层架构系统 代码 相较未分层 模块化设计，复杂度增长、代码量、存储消耗稍有增长，需要仔细规划依靠和依靠通报。付出这些一次性、不大的代价，换来了功能模块的合理粒度的规划和高内聚低耦合，提高了系统的机动性和日后的可维护性，同时实现了开发任务的可控性 边界清晰的划分、分配与高效管理等，是应对规模较大软件开发时， 可选的常用架构设计方案之一。
非常感谢你每一次的停留和阅读！这承载了满满厚爱与支持！愿你在编程的道路上日新月异，劳绩满满的成就和高兴！
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