什么是编程和工程框架？
在软件工程和编程中，框架是可重复使用的软件组件的集合，能提高新应用程序的开发效率。重复利用现有开发和研究是所有工程领域的基本原则。例如，电气工程师使用现有电子元件来制造新设备。组件制造商遵循预先确定的标准和规范来确保组件的可用性。同样，软件框架也包含基于特定软件标准和协议的可重复使用的代码模块。框架还可以定义和强制执行某些软件架构规则或业务流程，以便能够以标准化方式开发新的应用程序。
使用软件框架有哪些优势？
软件框架变革开发人员在构建软件时的传统工作方式。当软件团队和组织使用编程框架时，他们会从多种方面受益。
提高代码质量
软件框架包含按照编程高标准设计的软件组件。开发人员可以非常有信心地使用软件框架，因为很少会出现影响底层代码的错误。此外，软件框架的结构可以提高代码的可读性。当软件团队对框架抽象化的软件工作流程有共同的理解时，他们就可以更加轻松地协作。
缩短开发时间
软件框架可提高编程效率，组织可以使用这些框架更快地发布功能性应用程序。借助出色的软件框架，开发人员可以专注于编写处理业务逻辑的高级代码，而不是编写基础的编码模块。例如，开发人员可以使用开源框架提供数据库访问权限，并在此基础上开发电子商务软件。
此外，框架可以帮助开发人员避免编写冗余和重复的代码，这些代码可能会减慢应用程序或使其膨胀。
更出色的软件安全性
使用更广泛的代码库时，开发人员很难检测和响应代码安全问题。相比之下，出色的软件框架包括现成的安全检查点，可让开发人员更轻松地增强代码和数据安全。
高效的代码审查
在发布应用程序之前，开发人员会在几个开发阶段对代码进行测试。每个软件功能、API、数据结构和模块都必须通过特定的代码审查要求。通过使用框架，软件团队可以借助全面的测试使用案例和代码覆盖范围来验证其应用程序。此外，开发人员会发现可以更轻松地在结构良好的框架上调试和修复代码问题。
开发灵活性
开发人员在实施重大软件变更时，可以使用软件框架来提高敏捷性。开发人员可以保留特定于项目的代码，同时交换适合其目标的不同框架。这就减少了开发人员需要重写的代码量。例如，可以通过将图像识别应用程序的现有机器学习（ML）框架替换为更强大的框架来升级此类应用程序。
框架如何运作？
框架提供了一系列灵活的软件组件，可帮助开发人员加快软件开发推进到生产部署的速度。框架包含为编程语言构建的资源，例如 API、代码库、调试器和编译器。例如，Ruby on Rails 是以 Ruby 语言开发的 Web 应用程序框架。
接下来我们解释常见的框架组件：
- API 是可让不同的软件以相互理解的格式进行通信的协议
- 代码库是可重用的软件函数集合，开发人员可以将这些函数插入其代码中
- 编译器是开发人员用来将源代码转换为可部署应用程序文件的软件工具
- 调试器是帮助程序员发现和更正代码中错误的工具
控制反转
开发人员使用软件框架的各个部分作为其应用程序的构建块。虽然该框架为加快开发过程提供了必要的资源，但其也改变了应用程序的程序化流程。
与传统控制流程相比，控制反转（IoC）是一种反转控制流程的设计原理。主应用程序不是由应用程序代码控制流程和调用可重用的库，而是将控制权传递给框架。然后，框架通过各种软件机制为应用程序代码提供额外的支持和指导。其结果是各种松散耦合的软件功能和类，可提高软件的可维护性、灵活性和可扩展性。
框架与库
框架和库都是由其他人编写的可重用代码，可以帮助开发人员更加高效地构建应用程序。然而，库是应用程序代码在需要时调用的实用程序或函数集合。库特定于任务，例如使用已编写的代码启用 ML 实现。库充当应用程序的帮助程序和工具。
相比之下，框架是决定应用程序开发的结构蓝图。框架提供梗概，开发人员可以在其中填写具体信息 — 通过遵守其架构来自定义框架的部分行为。开发人员必须围绕框架的规则和结构来塑造应用程序及其架构。控制流程也传递给框架，如果需要，框架可以在内部调用库。
有哪些常见的框架类型？
开发人员使用几种类型的框架来构建不同的应用程序。
Web 应用程序框架
Web 应用程序框架由编程工具和资源组成，这些工具和资源用于构建 Web 应用程序、网站、单页面应用程序及其相应的后端服务。这些框架帮助开发人员集成各种 Web 组件和编程语言，以构建功能性的 Web 应用程序。
以下是开发人员使用的 Web 框架的两个子类别。
前端框架
前端框架提供软件组件，用于设计和表征面向用户的 Web 界面的行为。例如，Web 开发人员使用诸如 Angular、Vue.js 和 React 之类的 JavaScript 框架来创建带有 JavaScript 代码的用户界面。
后端框架
后端框架为开发人员提供后端组件，例如数据访问和 Web 服务，用于开发服务器端应用程序。Ruby on Rails 和 Django 是 Web 开发社区中流行的后端框架。
移动开发框架
移动开发框架降低构建原生和跨平台移动应用程序的复杂性。与 Web 开发不同，为移动设备构建应用程序需要仔细考虑设备的操作系统和硬件规格。
移动开发框架通过为不同的移动平台提供所需的库、编译器和移动组件来缩短开发时间。软件团队还可以使用这些框架来构建跨平台应用程序。例如，开发人员使用 Flutter 从单个代码库创建适用于 Android、iOS、Windows 和 macOS 的移动应用程序。
数据科学框架
人工智能和机器学习是复杂的数据科学主题，要求开发人员掌握大量的技术知识。数据科学框架可帮助开发人员构建和部署由机器学习提供支持的应用程序，以进行大规模数据处理。开发人员无需编写复杂的机器学习代码，而是在机器学习应用程序中使用已经编写的库。例如，数据科学家使用诸如 TensorFlow 和 PyTorch 之类的流行框架来开发自然语言处理（NLP）系统。
高质量的框架有哪些特征？
可以从各种可用框架中进行选择，以自动化和简化整个软件开发过程。若干标准可协助确定出色的软件框架，为开发人员提供坚实的结构基础。
一致性
将框架应用于其所支持的不同编程语言和软件功能时，该框架应该表现出一致且可预测的行为。例如，当您使用跨平台框架构建移动应用程序时，您希望该应用程序能够相应地在 iOS 和 Android 手机上运行。
Quality
出色的框架要经过持续的漏洞测试、修订和升级，为开发人员提供安全的代码库、API 和软件组件。该框架还要具有良好的可扩展性，具备应对未来升级的预置资源。这样，开发人员就可以随时紧跟不断演变的软件变更，而无需更换整个框架。
支持
框架应该有充分的文档和示例，可以清楚地描述框架的实现。否则，开发人员可能需要接受额外的实施培训，才能使用该框架开发软件。开发人员可以加入充满活力的社区，讨论需求，寻求支持，以及访问有助于他们以最佳方式使用框架的资源。
使用框架会面临哪些挑战？
开发人员可以使用软件框架专注于编写特定于其项目的代码，避免在底层技术上投入不必要的资源。
尽管框架有其优势，但在某些情况下，需要经过深思熟虑再使用框架。例如，如果您正在构建简单的应用程序，则可能不需要软件框架。需要花费一定的时间建立框架并掌握围绕其构建应用程序。此外，编译框架会显著增加简单应用程序的代码占用空间。
使用编程框架还需要全面了解每个软件组件的工作原理。即使有大量文档，开发人员也可能需要更多时间来熟悉该框架。使用框架构建应用程序时，您也会更多地依赖框架提供的性能和安全性。如果框架包含潜在的错误或漏洞，则所有基于该框架构建的应用程序都会受到影响。
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