什麼是程式設計與工程中的架構？
在軟體工程與程式設計中，架構是可重複使用的軟體元件集合，可以用於更有效地開發新的應用程式。重複使用現有的開發和研究，是所有工程領域的重要原則。例如，電氣工程師使用現有的電子元件來製造新裝置。元件製造商遵循預定的標準和規格，以確保元件的可用性。同樣，軟體架構包含基於特定軟體標準和協定之可重複使用的程式碼模組。架構還可定義和強制執行某些軟體架構規則或業務程序，因此能夠以標準化的方式開發新的應用程式。
使用軟體架構有哪些優勢？
軟體架構變革開發人員在建置軟體時的傳統工作方式。當軟體團隊和組織使用程式設計架構時，他們會從多種方面受益。
改善程式碼品質
軟體架構包含按照程式設計高標準設計的軟體元件。開發人員可以非常有信心地使用軟體架構，因為很少會出現影響基礎程式碼的錯誤。此外，軟體架構的結構可以提高程式碼的可讀性。當軟體團隊對架構抽象化的軟體工作流程有共同的理解時，他們就可以更加輕鬆地協作。
減少開發時間
軟體架構可提高程式設計效率，組織可以使用這些架構更快地發佈功能性應用程式。藉助出色的軟體架構，開發人員可以專注于編寫處理業務邏輯的進階程式碼，而不是編寫基礎的編碼模組。例如，開發人員可以使用開放原始碼架構提供資料庫存取權限，並在此基礎上開發電子商務軟體。
此外，架構可以幫助開發人員避免編寫冗餘和重複的程式碼，這些程式碼可能會減慢應用程式或使其膨脹。
更出色的軟體安全
使用更廣泛的程式碼庫時，開發人員很難偵測和回應程式碼安全問題。相比之下，出色的軟體架構包括現成的安全檢查點，可讓開發人員更輕鬆地增強程式碼和資料安全。
高效的程式碼檢閱
在發佈應用程式之前，開發人員會在幾個開發階段對程式碼進行測試。每個軟體功能、API、資料結構和模組都必須通過特定的程式碼檢閱要求。透過使用架構，軟體團隊可以藉助全面的測試使用案例和程式碼覆蓋範圍來驗證其應用程式。此外，開發人員會發現可以更輕鬆地在結構良好的架構上偵錯和修復程式碼問題。
開發彈性
開發人員在實作重大軟體變更時，可以使用軟體架構來提高敏捷性。開發人員可以保留特定於專案的程式碼，同時交換適合其目標的不同架構。這就減少了開發人員需要重寫的程式碼量。例如，可以透過將影像識別應用程式的現有機器學習 (ML) 架構取代為更強大的架構來升級此類應用程式。
架構如何運作？
架構提供了一系列彈性的軟體元件，可協助開發人員加快軟體發展推進到生產部署的速度。架構包含為程式設計語言建置的資源，例如 API、程式庫、偵錯器和編譯器。例如，Ruby on Rails 是以 Ruby 語言開發的 Web 應用程式架構。
接下來我們解釋常見的架構元件：
- API 是可讓不同的軟體以相互理解的格式進行通訊的通訊協定
- 程式碼庫是可重用的軟體函數集合，開發人員可以將這些函數插入其程式碼中
- 編譯器是開發人員用來將來源程式碼轉換為可部署應用程式檔案的軟體工具
- 偵錯器是協助程式人員發現和更正程式碼中錯誤的工具
控制反轉
開發人員使用軟體架構的各個部分作為其應用程式的建置區塊。雖雖然該架構為加快開發過程提供了必要的資源，但其也改變了應用程式的程序化流程。
與傳統控制流程相比，控制反轉 (IoC) 是一種反轉控制流程的設計原理。主應用程式不是由應用程式碼控制流程和調用可重用的程式庫，而是將控制權傳遞給架構。然後，架構透過各種軟體機制為應用程式碼提供額外的支援和指導。其結果是各種鬆散耦合的軟體功能和類，可提高軟體的可維護性、靈活性和可擴展性。
架構與程式庫
架構和程式庫都是由其他人編寫的可重用程式碼，可以幫助開發人員更加高效地建置應用程式。然而，程式庫是應用程式碼在需要時調用的公用程式或函數集合。程式庫特定於任務，例如使用已編寫的程式碼啟用 ML 實作。程式庫充當應用程式的協助程式和工具。
相比之下，架構是決定應用程式開發的結構性藍圖。架構提供梗概，開發人員可以在其中填寫具體資訊 — 透過遵守其架構來自訂架構的部分行為。開發人員必須圍繞架構的規則和結構來塑造應用程式及其架構。控制流程也傳遞給架構，如果需要，架構可以在內部調用程式庫。
有哪些常見的架構類型？
開發人員使用幾種類型的架構來建置不同的應用程式。
Web 應用程式架構
Web 應用程式架構由程式設計工具和資源組成，這些工具和資源用於建置 Web 應用程式、網站、單頁面應用程式及其相應的後端服務。這些架構協助開發人員整合各種 Web 元件和程式設計語言，以建置功能性的 Web 應用程式。
以下是開發人員使用的 Web 架構的兩個子類別。
前端架構
前端架構提供軟體元件，用於設計和表徵面向使用者的 Web 界面的行為。例如，Web 開發人員使用諸如 Angular、Vue.js 和 React 的 JavaScript 架構來建立帶有 JavaScript 程式碼的使用者界面。
後端架構
後端架構為開發人員提供後端元件，例如資料存取和 Web 服務，用於開發伺服器端應用程式。Ruby on Rails 和 Django 是 Web 開發社群中流行的後端架構。
行動開發架構
行動開發架構降低建置原生和跨平台行動應用程式的複雜性。與 Web 開發不同，為行動裝置建置應用程式需要仔細考慮裝置的作業系統和硬體規格。
行動開發架構透過為不同的行動平台提供所需的程式庫、編譯器和行動元件來縮短開發時間。軟體團隊還可以使用這些架構來建置跨平台應用程式。例如，開發人員使用 Flutter 從單個程式碼庫建立適用於 Android、iOS、Windows 和 macOS 的行動應用程式。
資料科學架構
人工智慧和機器學習是複雜的資料科學主題，需要掌握大量的技術知識。資料科學架構可協助開發人員建置和部署由機器學習提供支援的應用程式，以進行大規模資料處理。開發人員無需編寫複雜的機器學習程式碼，而是在機器學習應用程式中使用已經編寫的程式庫。例如，資料科學家使用諸如 TensorFlow 和 PyTorch 之類的流行架構來開發自然語言處 (NLP) 系統。
高品質的架構有哪些特徵？
您可以從各種可用架構中進行選擇，以自動化和簡化整個軟體發展程序。若干標準可協助確定出色的軟體架構，為開發人員提供堅實的結構基礎。
一致性
將架構套用於其所支援的不同程式設計語言和軟體功能時，該架構應該表現出一致且可預測的行為。例如，使用跨平台架構兼職行動應用程式時，您可預期該應用程式在 iOS 和 Android 手機上相應地順利執行。
品質
出色的架構架要經過持續的漏洞測試、修訂和升級，為開發人員提供安全的程式碼庫、API 和軟體元件。該架構還要具有良好的可擴展性，具備應對未來升級的佈建資源。這樣，開發人員就可以隨時緊跟不斷演變的軟體變更，而無需取代整個架構。
支援
架構應該有充分的文件和範例，可以清楚地描述架構的實作。否則，開發人員可能需要接受額外的實作培訓，才能使用該架構開發軟體。開發人員可以加入充滿活力的社群，討論需求，尋求支援，以及存取有助於他們以最佳方式使用架構的資源。
使用架構面臨哪些挑戰？
開發人員可以使用軟體架構專注于編寫特定於其專案的陳恆是碼，避免在基礎技術上投入不必要的資源。
儘管架構有其優勢，但在某些情況下，需要經過深思熟慮再使用架構。例如，如果您正在建置簡單的應用程式，則可能不需要軟體架構。需要花費一定的時間設定架構並掌握圍繞其建置應用程式。此外，編譯架構會顯著增加簡單應用程式的程式碼佔用空間。
使用程式設計架構還需要全面了解每個軟體元件的運作方式。即使有大量文件，開發人員也可能需要更多時間來熟悉該架構。使用架構建置應用程式時，您也會更多地依賴架構提供的效能和安全性。如果架構包含潛在的錯誤或漏洞，則所有基於該架構建置的應用程式都會受到影響。
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