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耦合性 (计算机科学)

2018-08-31 10:15:40     所属分类:面向对象的程序设计

耦合性英语:Couplingdependency,或称耦合力耦合度)是一种软件度量,是指一程序中,模块及模块之间信息或参数依赖的程度。

内聚性是一个和耦合性相对的概念,一般而言低耦合性代表高内聚性,反之亦然。耦合性和内聚性都是由提出结构化设计概念的赖瑞·康斯坦丁英语Larry Constantine所提出[1]。低耦合性是结构良好程序的特性,低耦合性程序的可读性及可维护性会比较好。

目录

  • 1 耦合性的分类
    • 1.1 面向对象编程
  • 2 缺点
  • 3 改善方法
  • 4 耦合性和内聚性
  • 5 模块的耦合性
  • 6 相关条目
  • 7 参考资料

耦合性的分类

耦合性的概念模型

耦合性可以是低耦合性(或称为松散耦合),也可以是高耦合性(或称为紧密耦合)。以下列出一些耦合性的分类,从高到低依序排列:

内容耦合(content coupling,耦合度最高)
也称为病态耦合(pathological coupling)当一个模块直接使用另一个模块的内部数据,或通过非正常入口而转入另一个模块内部。
共用耦合/公共耦合(common coupling)
也称为全局耦合(global coupling.)指通过一个公共数据环境相互作用的那些模块间的耦合。公共耦合的复杂程序随耦合模块的个数增加而增加。
外部耦合(external coupling)
发生在二个模块共用一个外加的数据格式、通信协议或是设备界面,基本上和模块和外部工具及设备的沟通有关。
控制耦合(control coupling)
指一个模块调用另一个模块时,传递的是控制变量(如开关、标志等),被调模块通过该控制变量的值有选择地执行块内某一功能;
特征耦合/标记耦合(stamp coupling)
也称为数据结构耦合,是指几个模块共享一个复杂的数据结构,如高级语言中的数组名、记录名、文件名等这些名字即标记,其实传递的是这个数据结构的地址;
数据耦合/数据耦合(data coupling)
是指模块借由传入值共享数据,每一个数据都是最基本的数据,而且只分享这些数据(例如传递一个整数给计算平方根的函数)。
消息耦合(message coupling,是无耦合之外,耦合度最低的耦合)
可以借由以下二个方式达成:状态的去中心化(例如在对象中),组件间利用传入值或消息传递 (计算机科学)来通信。
无耦合:模块完全不和其他模块交换信息。

面向对象编程

子类耦合(subclass coupling)
描述子类和父类别之间的关系,子类链接到父类别,但父类别没有链接到子类。
时空耦合(temporal coupling)
二个动作只因为同时间发生,就被包装在一个模块中。

后来的研究提出了许多不同层面的耦合性,并且用来评估实务上各种的模块化法则的实施程度[2]

缺点

紧密耦合的系统在开发阶段有以下的缺点:

  1. 一个模块的修改会产生涟漪效应,其他模块也需随之修改。
  2. 由于模块之间的相依性,模块的组合会需要更多的精力及时间。
  3. 由于一个模块有许多的相依模块,模块的可复用性英语reusability低。

改善方法

机能设计英语Functional_design是一种可以降低耦合性的方法,此方法以机能性的角度设法限制各模块需负责的事务。在类别AB之间,若有以下任何一种情形,会提高二者的耦合性:

  • A有一个属性是参考类别B(此属性的形态为类别B
  • A调用对象B提供的服务
  • A有一个方法会参考类别B(此方式会传回一形态为类别B的物性)
  • A是类别B的子类。

松散耦合是指二个彼此相关的模块,其中的接口是一个简单而稳定的接口,且其接口和任一模块内部的实现方式无关(参考信息隐藏)。

像CORBA或组件对象模型等系统,允许一对象在不知道另一对象实现方式的情形下和另一对象交互。这类系统甚至允许一对象和用其他语言撰写的对象进行交互。

耦合性和内聚性

耦合性和内聚性二个名词常一起出现,用来表示一个理想模块需要有的特点,也就是低耦合性及高内聚性。耦合性着重于不同模块之间的相依性,而内聚性着重于一模块中不同功能之间的关系性。低内聚性表示一个模块中的各机能之间没什么关系,当模块扩展时常常会出现问题。

模块的耦合性

以下是一种计算模块耦合性的方法[3]

对于数据和控制流的耦合:

  • di:输入数据参数的个数
  • ci:输入控制参数的个数
  • do:输出数据参数的个数
  • co:输出控制参数的个数

全域耦合:

  • gd:用来存储数据的全域变量
  • gc:用来控制的全域变量

环境耦合:

  • w:此模块调用的模块个数(扇出)
  • r:调用此模块的模块个数(扇入)

Coupling(C)数值越大,表示模块耦合的情形越严重,数值一般会界于0.67(低度耦合)到1.0(高度耦合)之间。

举例,若一模块只有一个输入数据参数,一个输出数据参数:

若一模块的输入数据参数、输入控制参数、输出数据参数及输出控制参数都是5个,访问10个全域变量,扇出和扇入的模块个数别是3个及4个:

相关条目

  • 相依性地狱
  • 传出耦合英语Efferent coupling
  • 内聚力 (计算机科学)
  • 面向对象编程用语列表英语List of object-oriented programming terms
  • make
  • 静态程序分析
  • 控制反转
  • 松散耦合英语Loose coupling

参考资料

  1. ^ W. Stevens, G. Myers, L. Constantine, "Structured Design", IBM Systems Journal, 13 (2), 115-139, 1974.
  2. ^ F. Beck, S. Diehl. On the Congruence of Modularity and Code Coupling. In Proceedings of the 19th ACM SIGSOFT Symposium and the 13th European Conference on Foundations of Software Engineering (SIGSOFT/FSE '11), Szeged, Hungary, September 2011. doi:10.1145/2025113.2025162
  3. ^ Pressman, Roger S. Ph.D (1982). Software Engineering - A Practitioner's Approach - Fourth Edition. ISBN 0-07-052182-4

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