Программирование по модулям в СИ OTUS
Программирование – это процедура написания утилит и софта для разного рода консолей. Существуют различные методы и концепции соответствующего процесса. Вести разработку можно на кроссплатформенных и нативных языках.
Огромную популярность обрело СИ-семейство. Пример – C. Этот язык относительно прост и удобен для понимания. Он предусматривает так называемое модульное программирование. Далее речь зайдет о подобном способе написания софта.
Понятие
Модульное программирование – своеобразная организация утилиты (программного обеспечения) в виде связи независимых блоков, которые носят название модулей. Структура и поведение оных будут подчиняться конкретным принципам и алгоритмам.
Мо дульное программи рование – особый принцип коддинга, при котором отдельные компоненты (блоки) предельно изолированы друг от друга. Детали одного модуля не будут оказывать никакого влияния на реализацию другого. Получить подобного рода результат удастся получить посредством интерфейсов.
Возможны и иные виды представления, через которые нельзя получить прямой доступ к кодификации.
Способы реализации
Модульное программирование c, как и в любом другом языке, предусматривает несколько способом реализаций. В зависимости от них будут меняться принципы применения тех или иных функций:
- Установка зависимости. В данной ситуации каждый элемент будет обладать собственным интерфейсом. Модули взаимодействуют посредством interfaces.
- Фабричный прием. Базируется на существовании некоторого объекта, который необходим для создания других. В приложение внедряется прототип, объединяющие ключевые черты для большинства функций. Параметры здесь будут наследоваться от «завода».
- Сервисный подход. Программист должен сделать общий единый интерфейс. Он послужит для функций и их взаимодействия своеобразным буфером.
Первый вариант встречается чаще остальных. Но их тоже необходимо применять на практике. Связано это с тем, что элементарное создание интерфейсов создает ограничения доступа к модулям.
Чтобы снизить сложность приложения, требуется уменьшить имеющиеся связи. Функции и интерфейсы, ссылаемые на себе подобные, делают данный процесс сложнее.
Требования к модулям
В программируемом приложении при использовании модулей необходимо учитывать некоторые требования. Без них написать софт, который будет работать по задумке, не представляется возможным.
Модуль – это своеобразная последовательность логически связанных фрагментов (функций), которые оформлены в виде самостоятельных утилитных блоков. А вот требования, которые к нему предъявляются:
- Должен отвечать только за одну единственную функцию. При построении модуля применяется концепция «один блок – одна функция». Отвечает за самостоятельную задачу. На входе можно передать определенных набор исходных материалов, обработать их в соответствие с техническим заданием, а потом возвратить результат обработки.
- Ссылка осуществляется через специализированное имя. Он должен обладать всего одним входом и выходом.
Это гарантирует замкнутость «блока». - Функции должны выступать в виде завершенных алгоритмов.
- Модуль должен передавать управление в точку первоначального вызова. Тут должна присутствовать возможность самостоятельного вызова других «обособленных функций».
- История вызовов не должна сохраняться. Она же не применяется при функционировании «блока кода».
- Логическая независимость. Результат программируемого модуля находится в зависимости от исходных материалов. От других функций утилиты – нет.
- Наличие слабых информационных связей с иными «блоками» утилиты. Обмен информацией производится редко. От предельно минимизирован.
- Модуль C должен быть относительно небольшой. Это касается и его размера, и сложности. Опытные разработчики стараются создавать не более двух страничек печатного текста.
Это гарантирует замкнутость «блока».Для того, чтобы обеспечить «блоку» соответствующие критерии, нужно применять принципы информационной локализованности. Смысл его заключается в том, что все электронные материалы о структуре данных, прототипах, константах и функций «прячется» в пределах «готового блока кода».
Доступ предоставляется лишь через соответствующий модуль. В СИ-семействе они легко различимы. Обладают расширением .*h.
Как выделить
При работе с рассматриваемым объектом в СИ требуется запомнить, что он состоит из реализации и заголовочного файла. Первый имеет документ вида .c, второй — .h.
Код, который отвечает за подключение «блока», будет на этапе компиляции нуждаться только в интерфейсе. При предпроцессинге заголовочный документ просто копируется в кодификацию директивой #include “somelib.h”
Реализация должна обязательно полностью воплощать в жизнь задуманный интерфейс. Благодаря этому она будет включать тоже свой файл заголовка. Вот пример того, как проект из одного ключевого документа и «блока» будет выглядеть в редакторе:
Это – база, которую может и должен знать каждый разработчик. Программу при помощи рассмотренной концепции создать не составит никакого труда. Особенно если заранее продумать ее структуру и логику.
На что обратить внимание
Приведенный пример предусматривает следующие особенности:
- В документе «мейн. с» не нужно подключать «стдио.h». Это несмотря на то, что он применяется в hello.c.
- Данный момент связан с тем, что никакие типы из stdio не требуются для того, чтобы обрабатывать интерфейс hello.h, который оказывается в «мейне» в процессе компилирования.
- Если бы требовалось для обработки interfaces «блоков» брать определения из той или иной библиотеки, последние должны прописывается не в hello.c, а в hello.h. Данный примем обеспечивает отсутствие ошибок в тех пространствах, где подключается hello.
с» не нужно подключать «стдио.h». Это несмотря на то, что он применяется в hello.c.Это – то, что нужно помнить о модульном программировании C. Информация поможет начать более глубокое изучение концепции.
Лучшее решение для быстрого понимания темы
Для того, чтобы лучше разбираться в функциях и «изолированности кода» в СИ-семействе рекомендуется закончить специализированные онлайн курсы. Они могут быть пройдены в любое время, когда удобно пользователю.
Есть предложения для новичков в программировании, а также для опытных разработчиков.
Пользователи смогут изучать функции СИ-семейства и их особенности. В процессе гарантирована масса практики, сбор портфолио и постоянное кураторство. Пользователи смогут получить по выпуску сертификат, подтверждающий знания в выбранном направлении.
Интересует разработка на C? Обратите внимание на курс «Программист C» в Otus.
Часто задаваемые вопросы о предлагаемой Пересмотренной СИ
Часто задаваемые вопросы о предлагаемой Пересмотренной СИ
Q1: Cобираются ли изменить в Пересмотренной СИ семь основных величин и единиц существующей СИ?
A1: Нет, семь основных величин и единиц останутся неизменными.
Q2: Будут ли меняться 22 связанные производные единицы со специальными названиями и обозначениями?
A2: Нет, 22 связанные производные единицы со специальными
названиями и
обозначениями останутся неизмененными в Пересмотренной СИ.
Q3: Будут ли изменены названия и обозначения кратных и дольных префиксов (кило- для 103, милли- для 10-3 и т. д.) в Пересмотренной СИ?
Q4: Изменятся ли величины каких-либо единиц в Пересмотренной СИ?
А4: Нет
Q5: В этом случае, что собираются изменить?
А5: Килограмм, кг, ампер, А, кельвин, К, и моль, моль, получат новые определения, но они будут выбраны так, что в момент изменения величины новых единиц будут идентичны величинам старых единиц.
Q6: Так в чем смысл перехода к новым определениям?
А6: Определение килограмма на основе фундаментальных физических
констант обеспечит его долгосрочную стабильность и, следовательно, его
надежность, которая в настоящее время под вопросом.
Новые
определения
ампера и кельвина значительно улучшат точность измерения массы,
электрических величин и радиометрической температуры. Воздействие на
электрические измерения будет незамедлительным: наиболее точные
электрические измерения всегда выполняются с использованием эффекта
Джозефсона и квантового эффекта Холла, а фиксирование численных
значений h и e в новых определениях единиц приведет к точно известным
значениям постоянных Джозефсона и фон Клитцинга. Это устраняет
имеющуюся необходимость использования традиционных электрических
единиц, а не единиц СИ, для выражения результатов электрических
измерений. При использовании нового определения кельвина и
килограмма
переводной коэффициент между измеренной радиационной и
термодинамической температурой (постоянная Стефана-Больцмана)
станет
точным, что приведет по мере улучшения технологии, к
совершенствованию
метрологии температуры.
Q7: Что можно сказать относительно определений секунды, s, метра, m, и канделы, cd?
А7: Определения секунды, с, метра, м и канделы, cd, не изменятся, но способ их выражения будет пересмотрен, чтобы сделать их согласованными по форме с новыми определениями для килограмма, кг, ампера, A, кельвина, К и моля, моль.
Q8: Как можно зафиксировать значение фундаментальной константы, например h, для определения килограмма, а e – для определения ампера и т. д.? Как узнать, какое их значение зафиксировать? Что будет, если выяснится, что выбрано неправильное значение?
А8: Мы не фиксируем или не изменяем —
значение любой
постоянной,
которая используется для определения единицы.
Значения
фундаментальных констант являются константами природы, и
фиксируется
каждой константы, выраженной
в ее единице СИ. Фиксируя ее численное значение, определяют размер величины единицы, в которой измеряется эта постоянная в настоящее время.
Пример: если c — значение скорости света, {c} — его численное значение, а [c] единица, таким образом:
c = {c} [c] = 299 792 458 м/с,
тогда значение с – это произведение числа {c} и единицы [c], и значение никогда не изменяется. При этом коэффициенты {c} и [c] могут быть выбраны разными способами, так что произведение c остается неизменным.
В 1983 году было принято решение зафиксировать число {c} точно
299 792 458, которое затем определило единицу скорости [c] = m/s (м/с).
Поскольку
секунда, s, уже была определена, цель заключалась в определении метра,
м.
Число {c} в новом определении было выбрано так, чтобы величина
единицы
m/s (м/с) не изменялась, тем самым обеспечивая непрерывность между
новыми и старыми определениями единиц.
Q9: Правильно, на самом деле фиксируется только численное значение константы, выраженное в ее единице. Например, для килограмма можно зафиксировать численное значение {h} постоянной Планка, выраженное в ее единице [h] = кг м 2 с-1. Но остается вопрос: предположим, что новый эксперимент вскоре после того, как изменится определение, дает основание предполагать, что выбрано неправильное численное значение для {h}, что тогда?
А9: После изменения масса международного прототипа килограмма (IPK),
который определяет существующий килограмм, должна определяться
экспериментом.
Если выбрано «неправильное значение», это просто
означает, что новый эксперимент говорит, что масса IPK не составляет
точно
1 кг в Пересмотренной СИ.
Хотя такая ситуация может показаться проблематичной, она окажет
влияние
только на макроскопические измерения массы; не будут затронуты массы
атомов и значения других констант, связанных с квантовой физикой. Но
если
бы мы сохранили существующее определение килограмма, мы бы
продолжили неудовлетворительную практику применения референтной
константы (т. е. массы IPK), которая, о чем свидетельствуют
значительные
данные, со временем изменяется по сравнению с истинным инвариантом,
таким как масса атома или постоянная Планка. Хотя величина этого
изменения точно неизвестна, она может составлять 1х10
Преимущество нового определения заключается в том, что будет
известно,
что референтная константа, используемая для определения килограмма,
является истинным инвариантом.
Q10: Каждая из фундаментальных констант, используемых для определения единицы, имеет неопределенность; ее значение точно не известно. Но предлагается зафиксировать ее численное значение точно. Как это можете сделать? Что произошло с неопределенностью?
А10: Настоящее определение килограмма фиксирует массу IPK в один килограмм точно с нулевой неопределенностью ur (mIPK) = 0. Постоянная Планка в настоящее время экспериментально определена и имеет относительную стандартную неопределенность в 1,0 х10-8, ur(h) = 1,0 × 10-8
В новом определении значение h будет известно точно в его единице
с
нулевой неопределенностью, ur(h) = 0. Но массу IPK
пришлось бы
экспериментально определить и получить относительную
неопределенность
примерно ur(mIPK) = 1,0 × 10-8.
| Константа, используемая для определения килограмма | Статус неопределенности существующей СИ | Статус неопределенности Пересмотренной СИ |
| Масса IPK, m(K) | Точно 0 | Эксперимент. 1,0 × 10-8 |
| Постоянная Планка, h | Эксперимент. 1,0 × 10-8 | Точно 0 |
Q11: Единица постоянной Планка равна единице действия, J s = кг м2с-1. Как фиксируется численное значение постоянной Планка, определяющее килограмм?
А11: Фиксирование численного значения h фактически определяет
единицу
действия, J s = кг м 2с-1.
Но если секунда, с,
уже определена, фиксируют
точное значение частоты сверхтонкого перехода цезия ΔνCs
и метра m,
фиксируют численное значение скорости света в вакууме, c, тогда
фиксирование величины единицы кг
м2с-1влияет на определение
единицы
кг.
Q12: Не являются ли предлагаемые определения основных единиц в Пересмотренной СИ тавтологическими определениями и поэтому неудовлетворительными?
А12: Нет, они не тавтологические. Тавтологическое определение — такое, которое использует результат определения при формулировании определения. Слова для отдельных определений основных единиц в Пересмотренной СИ указывают численное значение каждой выбранной исходной константы для определения соответствующий единицы, но это не использование результата для формулирования определения.
Q13: В пересмотренной СИ референтная константа для
килограмма – это постоянная Планка h с единицей J s = кг
м2 с-1.
Было
бы намного легче понять, имела ли референтная константа единицу
массы, кг. Тогда можно было бы сказать: «килограмм это масса
», например, масса определенного количества атомов углерода
или
кремния. Разве это не лучшее определение?
А13: Это в какой-то степени вопрос субъективного суждения. Однако обратите внимание, что референтная константа, используемая для определения единицы, не должна быть такой же размерностно, как и единица (хотя она может быть концептуально проще, если это справедливо). Уже используются несколько референтных констант в существующей СИ, которые имеют другую единицу для определения. Например, метр определяется с использованием в качестве исходной константы скорости света c с единицей м/с, а не указанной длины в м. Это определение не считается неудовлетворительным.
Хотя может показаться интуитивно проще, что определение
килограмма,
при
использовании массы как референтной константы, с применением
постоянной Планка, имеет другие преимущества.
Например, если оба
значения, h и e, точно известны, как предлагается в Пересмотренной СИ,
то
и обе константы Джозефсона и фон Клитцинга, KJ и
RK, точно известны с
большими преимуществами для метрологии электричества.
Q14: Несмотря на ответ к вопросу Q13 выше, все еще есть люди, которые ставят под сомнение целесообразность определения килограмма, с использованием h в качестве референтного значения, а не m(12C). Один из аргументов, заключается в том, что в эксперименте с весами Киббла1 (Ватт-весы, Kibble balance, (KB)) для определения h используется сложная аппаратура, которая трудна в использовании и дорога при создании, по сравнению с экспериментом с XRCD (x-ray crystal density, плотность кристалла по данным рентгеноструктурного анализа) по измерению массы атома кремния 28 и, следовательно, массы атома углерода 12. Каковы основные причины для выбора h, а не m(12C) в качестве референтной константы килограмма?
А14: Это действительно два несвязанных вопроса:
1.
Почему выбирается h, а не m(12C) в качестве референтной
константы
килограмма?
2. Вопрос предполагает, что выбор h или m(12C) определит, будет ли килограмм реализован на практике KB-экспериментом или XRCD- экспериментом; правильно?
1. Когда численное значение константы задано фиксированным
значением,
впоследствии нет необходимости, в действительности невозможно,
измерить
константу. Например, в 1983 году, когда СИ была усовершенствована и
скорость света в вакууме, с, стала референтной константой для метра,
долгая история измерения c резко закончилась. Это было огромным
благом
для науки и техники, отчасти потому, что c присутствует во многих
областях
науки и техники, что каждый раз, когда происходило изменение
рекомендованного СИ значения c, значения многочисленных констант и
коэффициентов преобразования, связанных с c, необходимо было
обновить.
Решение определить численное значение c как точное было, очевидно,
правильным.
Аналогично, h является фундаментальной константой квантовой физики, и, следовательно, ее значение в СИ используется во многих различных областях современной науки и технологии. Изменения рекомендуемого значения h в качестве улучшения экспериментов в лучшем случае раздражают, а в худшем случае запутывают. Обоснование для определения численного значения h аналогично таковому для определения c, но имеет особые преимущества в метрологии электричества, приведенные в A6.
m(12C), несомненно, является константой, и это важно,
особенно для
химии
и физики атомов. Это происходит потому, что атомные веса (если вы
химик),
также известные как относительные атомные массы (если вы физик), все
основаны на m(12C). Тем не менее, атомные веса не зависят
от
существующего определения килограмма и, конечно, они не будут
затронуты
новым определением.
2. Нет. Выбор, какая референтная константа используется для
определения
килограмма, не подразумевает какого-либо конкретного способа
реализации
килограмма, и ни один из них не упоминается в Резолюции 1 (ГКМВ, CGPM
2011). Известно, что любая реализация должна прослеживаться до h, так
как
h станет референтной константой в новом определении килограмма.
Однако
известно также, что h/m (12C) = Q, где Q представляет
собой набор
точных
числовых коэффициентов и экспериментально определенных констант.
Относительная стандартная неопределенность Q составляет всего 4,5 ×
10-10 на основе существующих рекомендуемых значений
констант. Для
реализации килограмма можно использовать устройство, например, КВ,
которое измеряет эталон массы 1 кг непосредственно на основе h и
вспомогательные измерения длины, времени, напряжения и
сопротивления.
Однако эксперимент, в котором измеряют эталон массы 1 кг на основе
m(12C), как и в проекте XRCD, также имеет потенциал для
реализации
килограмма.
Это связано с тем, что m(12C)Q = h, и, таким
образом, чтобы
достичь значения h посредством m(12C) придется
пожертвовать
неопределенностью Q, которая пренебрежимо мала в контексте
реализации
нового определения.
Мы пока не знаем, будет ли преобладать один вид реализации в
долгосрочной перспективе или будут ли сосуществовать разные типы. В
настоящее время все подобные эксперименты являются трудоемкими и
дорогостоящими.
Q15: Можно ли все еще проверить согласованность физики, если зафиксировать значения всех фундаментальных констант?
А15: фиксируются не значения всех фундаментальных констант, а только
численные значения небольшой подгруппы и комбинации
констант в
такой
подгруппе. Это приводит к изменению определений единиц, но не
уравнений
физики, и это не может явиться препятствием для исследователей
осуществлять проверку согласованности уравнений.
Q16: Можно ли получить свой эталон массы или свой термометр, откалиброванный по Пересмотренной СИ таким же образом, как и сейчас?
А16: Да. Вы посылаете его в свой НМИ для калибровки, как и сейчас. Ваш НМИ создаст свою собственную реализацию единицы, используя новое определение, либо путем конструирования соответствующего устройства на местном уровне, либо любым другим способом, который окажется удобным, например, в случае эталона массы 1 кг, обращением в МБМВ за калибровкой. МБМВ намерено поддерживать прослеживаемость к определению килограмма через средневзвешенное значение всех доступных реализаций.
1 Признание изобретения ватт-весов Брайоном Кибблом
/ ⌂ / День метрологии / Часто задаваемые вопросы о предлагаемой Пересмотренной СИ /
Определения единиц СИ: единицы, не входящие в СИ
Определения единиц СИ: единицы, не входящие в СИ
| Единицы вне SI Некоторые единицы не являются частью Международной системы единиц,
то есть они вне СИ, но важны и широко
использовал.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
В соответствии с рекомендациями Международного
Комитет мер и весов (CIPM, Comité International des Poids et Mesures ), агрегаты этой категории, допущенные к использованию с
SI приведены в таблице 6.
10 Np (с) 
Литр в Таблице 6 заслуживает комментария. Эта единица и ее символ
l были приняты МКМВ в 1879 г. Альтернативный символ для
литр, л, был принят CGPM в 1979 году, чтобы избежать риска
путаницу между буквой l и цифрой 1. Таким образом, хотя и l, и L являются международно признанными символами литра, чтобы избежать этого
риск, что предпочтительным символом для использования в Соединенных Штатах является L. Другие единицы вне СИ, которые в настоящее время приняты для использования с SI по NIST приведены в таблице 7. Эти единицы, которые подлежат будущему пересмотру, должны быть определены в отношении SI в каждом документе, в котором они используются; их дальнейшее использование не поощряется. В настоящее время CIPM допускает использование всех единиц, указанных в Таблица 7 с СИ, кроме кюри, рентгена, рад и бэр. Из-за продолжающегося широкого использования этих единиц в Соединенных США, NIST по-прежнему допускает их использование с SI.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ни строчная буква l, ни заглавная буква L не являются утвержденными символами литра.| Единицы Темы: |
| Основание |
| Производный |
| Префиксы |
| Не входит в систему SI |
| Правила |
| Фон |
| Единицы Библиография |
| Константы, Единицы и Неопределенность Домашняя страница |
Ознакомьтесь с семью определяющими константами СИ.
Следующие семь определений базовых единиц СИ основаны на Брошюре SI BIPM (9).й выпуск).
Определения основных единиц СИ
Моль, символ моль, является единицей СИ количества вещества. Один моль содержит ровно 6,022 140 76 х 10 23 элементарных частиц. Это число представляет собой фиксированное числовое значение постоянной Авогадро, N A , выраженное в единицах моль -1 , и называется числом Авогадро.
Количество вещества, символ n , системы является мерой количества определенных элементарных объектов. Элементарным объектом может быть атом, молекула, ион, электрон, любая другая частица или определенная группа частиц. Единица длины метр Метр, символ м, является единицей длины в системе СИ. Она определяется путем принятия фиксированного числового значения скорости света в вакууме c равным 299 792 458 при выражении в единицах м с -1 , где секунда определяется через
Δ ν Cs . Единица массы килограмм Килограмм, символ кг, является единицей массы СИ. Он определяется путем принятия фиксированного числового значения постоянной Планка ч равным 6,626 070 15 × 10 -34 при выражении в единицах Дж с, что равно кг м 2 с -1 , где метр и секунда определяются с точки зрения c и Δν Cs . 
Единица времени второй Секунда, символ s, является единицей времени в системе СИ. Он определяется путем принятия фиксированного численного значения частоты цезия Δ ν Cs , частоты невозмущенного сверхтонкого перехода атома цезия 133 в основном состоянии, равной 9192 631 770 при выражении в Гц, что равно s -1 . Единица из
электрический ток ампер Ампер, обозначенный символом А, является единицей измерения электрического тока в системе СИ. Он определяется путем принятия фиксированного числового значения элементарного заряда e равным 1,602 176 634 x 10 -19 при выражении в единицах C, что равно A s, где секунда определяется через Δ ν Cs . Единица из
термодинамический
температура кельвин Кельвин, символ K, является единицей термодинамической температуры в системе СИ. 
Он определяется взятием фиксированного числового значения постоянной Больцмана k равно 1,380 649 x 10 -23 при выражении в единицах J K -1 , что равно кг m 2 s -2 K -1 , где килограмм , метр и вторые определяются через h , c и Δ ν Cs . Единица из
сумма
вещество моль 