Bài 10. Thiết kế chương trình từ trên xuống và phương pháp mô đun hóa SVIP

1. Thiết kế chương trình từ trên xuống theo phương pháp mô đun hóa

a) Mô đun trong lập trình

Mô đun hàm ý đó là một chương trình phần mềm, nhưng được thiết kế tách thành các khối riêng biệt, có tính độc lập nhất định với những phần còn lại.

Tính độc lập cho phép khi cần thiết có thể thay thế mô đun đó bằng cái tương đương, trong khi vẫn giữ nguyên các mô đun khác.

Mỗi tệp mã nguồn của chương trình lớn là một mô đun phần mềm.

Một hàm do người lập trình tự viết cũng có thể coi là một mô đun vì mỗi hàm trong chương trình tách thành một đoạn riêng, tương đối độc lập với những phần còn lại của chương trình.

b) Phương pháp mô đun hóa

Áp dụng phương pháp mô đun hoá, người lập trình làm theo các giai đoạn sau:

• Giai đoạn 1. Liệt kê các việc lớn: Sử dụng các gạch đầu dòng nhằm cho biết cần làm gì để nhận được kết quả mong muốn, tuần tự từ nhập dữ liệu đến kết quả cuối cùng.
• Giai đoạn 2. Thiết kế các hàm: Phân chia mỗi bước lớn thành một vài công việc độc lập và thiết kế các hàm thực hiện từng công việc đó, xác định rõ tên hàm, đầu vào, đầu ra.
• Giai đoạn 3. Viết các hàm: Lập trình từng hàm theo thiết kế; kiểm thử, gỡ lỗi từng hàm để chắc chắn nó làm đúng chức năng.
• Giai đoạn 4. Viết chương trình chính: Thực hiện các bước theo liệt kê trong Giai đoạn 1 bằng các câu lệnh gọi sử dụng các hàm vừa hoàn thành; chạy thử, kiểm tra tổng thể.

Kết quả là chương trình có một số hàm do người lập trình định nghĩa.

2. Minh họa về lập trình theo phương pháp mô đun hóa

Giai đoạn 1. Liệt kê các việc lớn

• Sinh dãy ngẫu nhiên n số gọi là dãy A.
• Sắp xếp dãy A theo thứ tự tăng dần (không giảm) lưu thành dãy B.
• Tìm kiếm tuần tự một số có mặt trong dãy A; tìm kiếm nhị phân số đó trong dãy B; ghi lại khoảng thời gian từ lúc bắt đầu tìm kiếm cho đến khi tìm thấy trong cả hai trường hợp.
• Tìm kiếm một số x bất kì: Cho số x bất kì, tìm kiếm tuần tự số x trong dãy A, tìm kiếm nhị phân số x trong dãy B, bấm giờ tính khoảng thời gian từ lúc bắt đầu tìm kiếm cho đến khi kết thúc tìm kiếm trong cả hai trường hợp.
• Tính trung bình cộng thời gian thực hiện tìm kiếm tuần tự và tìm kiếm nhị phân; xuất kết quả ra cho cả hai trường hợp.

Giai đoạn 2. Thiết kế các hàm

• Sinh dãy ngẫu nhiên n số với giá trị trong khoảng (0, M): Tên hàm day_ngau_nhien, đầu vào: hai số nguyên n, M; Đầu ra: một dãy n số được sinh ngẫu nhiên với giá trị trong khoảng (0, M).
• Sắp xếp dãy A theo thứ tự tăng dần (không giảm) lưu thành dãy B: Tên hàm sapxep; đầu vào: một dãy số; đầu ra: dãy số được sắp theo thứ tự tăng dần. Tìm kiếm tuần tự: tên hàm tktuantu....

Tìm kiếm nhị phân: tên hàm tknhiphan;...

• Chọn số có mặt trong dãy: Sinh ngẫu nhiên một số nguyên i trong khoảng (0, n − 1) và trả về x = a, (phần tử chỉ số i trong dãy 4). Chắc chắn x cũng có mặt trong dãy B. Không cần viết thành một hàm.
• Tìm số có mặt trong dãy: tên hàm theomat.
• Đầu vào: x = a nói trên; hai dãy số A, B.
• Đầu ra: khoảng thời gian từ lúc bắt đầu tìm kiếm cho đến khi tìm thấy: 1) Bằng tìm kiếm tuần tự trong dãy A.

Ghi lại khoảng thời gian tìm kiếm: dùng hàm time hai lần, ngay trước và ngay sau câu lệnh gọi tktuantu (hay tknhiphan). Không cần viết thành hàm riêng.

Tính trung bình cộng thời gian thực hiện tìm kiếm tuần tự và tìm kiếm nhị phân và xuất kết quả ra: không cần viết thành hàm riêng.

Người lập trình chỉ bắt đầu viết các câu lệnh sau khi đã thiết kế xong các hàm. Với Giai đoạn 3 và Giai đoạn 4, học sinh thực hiện dựa vào các kiến thức đã học đồng thời làm theo gợi ý của thầy, cô giáo.

3. Các ưu điểm của lập trình theo phương pháp mô đun hoá

Phối hợp cùng lập trình: Một dự án lập trình cần viết nhiều hàm, sử dụng những thuật toán khác nhau,... thì cần tổ chức thành vài tệp mã nguồn riêng biệt do mỗi người phụ trách.

Chương trình dễ hiểu hơn: Chương trình chính thường ngắn gọn, mỗi hàm thường có tên gợi nhớ, các câu lệnh trong chương trình chính thể hiện rõ các bước.

Dễ kiểm thử và sửa lỗi hơn: Tách biệt các công việc nên dễ thấy lỗi vì hàm là một đoạn chương trình ngắn, được thiết kế có đầu vào, đầu ra rõ ràng.

Khả năng tái sử dụng: Những hàm do người lập trình tự định nghĩa có thể được dùng ở những chương trình khác sau này.