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.

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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：

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：

数据访问层model

服务控制层service

界面显示层view

3、主要功能运行界面：

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：
  

附录：未分层代码可以参考，运行领会.

1. import streamlit as st
2. import pandas as pd
3. import hashlib
4. import sqlite3
5. if 'user' not in st.session_state:
6.     st.session_state.user = None
8. # Hashing password
9. def hash_password(password):
10.     return hashlib.sha256(password.encode()).hexdigest()
12. # Database connection
13. conn = sqlite3.connect('grades.db', check_same_thread=False)
14. c = conn.cursor()
16. # Create tables if they don't exist
17. def init_db():
18.     c.execute('''
19.         CREATE TABLE IF NOT EXISTS users (
20.             username TEXT PRIMARY KEY,
21.             password_hash TEXT
22.         )
23.     ''')
24.     c.execute('''
25.         CREATE TABLE IF NOT EXISTS grades (
26.             id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT,
27.             math REAL,
28.             english REAL,
29.             major REAL
30.         )
31.     ''')
32.     conn.commit()
34. init_db()
36. # Login function
37. def login():
38.     st.subheader("登录")
39.     username = st.text_input("用户名")
40.     password = st.text_input("密码", type="password")
41.     if st.button("登录"):
42.         hashed_password = hash_password(password)
43.         c.execute("SELECT * FROM users WHERE username=? AND password_hash=?", (username, hashed_password))
44.         user = c.fetchone()
45.         if user:
46.             st.success(f"成功登录为 {username}")
47.             st.session_state.user = username
48.         else:
49.             st.error("无效的用户名或密码")
51. # Register function
52. def register():
53.     st.subheader("注册")
54.     new_username = st.text_input("新用户名")
55.     new_password = st.text_input("新密码", type="password")
56.     confirm_password = st.text_input("确认密码", type="password")
57.     if st.button("注册"):
58.         if new_password == confirm_password:
59.             hashed_password = hash_password(new_password)
60.             try:
61.                 c.execute("INSERT INTO users (username, password_hash) VALUES (?, ?)", (new_username, hashed_password))
62.                 conn.commit()
63.                 st.success("用户注册成功！")
64.             except sqlite3.IntegrityError:
65.                 st.error("用户名已存在")
66.         else:
67.             st.error("密码不匹配")
69. # Grades input function
70. def input_grades():
71.     st.subheader("输入成绩")
72.     math = st.number_input("数学成绩", min_value=0, max_value=100, step=1)
73.     english = st.number_input("英语成绩", min_value=0, max_value=100, step=1)
74.     major = st.number_input("专业课成绩", min_value=0, max_value=100, step=1)
75.     if st.button("提交"):
76.         c.execute("INSERT INTO grades (math, english, major) VALUES (?, ?, ?)", (math, english, major))
77.         conn.commit()
78.         st.success("成绩提交成功！")
80. # Grades visualization function
81. def visualize_grades():
82.     st.subheader("成绩可视化")
83.     c.execute("SELECT * FROM grades")
84.     grades_data = c.fetchall()
85.     if grades_data:
86.         df = pd.DataFrame(grades_data, columns=["ID", "Math", "English", "Major"])
87.         st.dataframe(df)
88.         st.bar_chart(df.set_index("ID"))
89.     else:
90.         st.warning("没有可用的成绩数据")
92. # Main application logic
93. def main():
94.     st.title("学生成绩管理系统")
95.    
96.     menu = ["登录", "注册", "输入成绩", "成绩可视化"]
97.     choice = st.sidebar.selectbox("菜单", menu)
99.     if choice == "登录":
100.         login()
101.     elif choice == "注册":
102.         register()
103.     elif choice == "输入成绩":
104.         if st.session_state.user:
105.             input_grades()
106.         else:
107.             st.warning("请先登录以访问此功能")
108.     elif choice == "成绩可视化":
109.         if st.session_state.user:
110.             visualize_grades()
111.         else:
112.             st.warning("请先登录以访问此功能")
114. if __name__ == "__main__":
115.     main()

复制代码

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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