耦合性 (計算機科學)

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耦合性（Coupling）（或稱耦合力或耦合度）是一種軟體度量，是指一程式中，模組及模組之間資訊或參數依赖的程度。

内聚性是一個和耦合性相對的概念，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結構化設計概念的賴瑞·康斯坦丁（英语：Larry Constantine）所提出[1]。低耦合性是結構良好程式的特性，低耦合性程式的可讀性及可維護性會比較好。

目录

耦合性的分類 [编辑]

耦合性的概念模型

耦合性可以是低耦合性（或稱為鬆散耦合），也可以是高耦合性（或稱為緊密耦合）。以下列出一些耦合性的分類，從高到低依序排列：

內容耦合（content coupling，耦合度最高）
也稱為病态耦合（pathological coupling）是指一個模組依賴另一個模組的內部作業（例如，存取另一個模組的局域變數），因此修改第二個模組處理的資料（位置、形態、時序）也就影響了第一個模組。
共用耦合（common coupling）
也稱為全局耦合（global coupling.） 是指二個模組分享同一個全局變數，因此修改這個共享的資源也就要更動所有用到此資源的模組。
外部耦合（external coupling）
發生在二個模組共用一個外加的資料格式、通訊協定或是設備界面，基本上和模組和外部工具及設備的溝通有關。
控制耦合（control coupling）
是指一個模組藉由傳遞「要做什麼」的資訊，控制另一個模組的流程（例如傳遞相關的旗標）。
特徵耦合（stamp coupling）
也稱為資料結構耦合，是指幾個模組共享一個複雜的資料結構，而每個模組只用其中的一部份，甚至各模組用到的部份不同（例如傳遞一筆記錄給一個函數，而函數只需要其中的一個欄位。
資料耦合（data coupling）
是指模組藉由傳入值共享資料，每一個資料都是最基本的資料，而且只分享這些資料（例如傳遞一個整數給計算平方根的函數）。
訊息耦合（message coupling，是無耦合之外，耦合度最低的耦合）
可以藉由以下二個方式達成：狀態的去中心化（例如在物件中），組件間利用傳入值或訊息傳遞 (計算機科學)（英语：Message passing）來通訊。
無耦合
模組完全不和其他模組交換資訊。

物件導向程式設計 [编辑]

子類別耦合（subclass coupling）
描述子類別和父類別之間的關係，子類別連結到父類別，但父類別沒有連結到子類別。
時空耦合（temporal coupling）
二個動作只因為同時間發生，就被包裝在一個模組中。

後來的研究提出了許多不同層面的耦合性，並且用來評估實務上各種的模組化法則的實施程度[2]。

缺點 [编辑]

緊密耦合的系統在開發階段有以下的缺點：

  1. 一個模組的修改會產生漣漪效應，其他模組也需隨之修改。
  2. 由於模組之間的相依性，模組的組合會需要更多的精力及時間。
  3. 由於一個模組有許多的相依模組，模組的可復用性（英语：reusability）低。

改善方法 [编辑]

機能設計（英语：Functional_design）是一種可以降低耦合性的方法，此方法以機能性的角度設法限制各模組需負責的事務。在類別A及B之間，若有以下任何一種情形，會提高二者的耦合性：

  • A有一個屬性是參考類別B（此屬性的形態為類別B）
  • A呼叫物件B提供的服務
  • A有一個方法會參考類別B（此方式會傳回一形態為類別B的物性）
  • A是類別B的子類別。

鬆散耦合是指二個彼此相關的模組，其中的介面是一個簡單而穩定的介面，且其介面和任一模組內部的實現方式無關（參考資訊隱藏）。

像CORBA或组件对象模型等系統，允許一物件在不知道另一物件實現方式的情形下和另一物件互動。這類系統甚至允許一物件和用其他語言撰寫的物件進行互動。

耦合性和內聚性 [编辑]

耦合性和內聚性二個名詞常一起出現，用來表示一個理想模組需要有的特點，也就是低耦合性及高內聚性。耦合性著重於不同模組之間的相依性，而內聚性著重於一模組中不同功能之間的關聯性。低內聚性表示一個模組中的各機能之間沒什麼關聯，當模組擴充時常常會出現問題。

模組的耦合性 [编辑]

以下是一種計算模組耦合性的方法[3]：

對於資料和控制流的耦合：

  • di: 輸入資料參數的個數
  • ci: 輸入控制參數的個數
  • do: 輸出資料參數的個數
  • co: 輸出控制參數的個數

全域耦合：

  • gd: 用來儲存資料的全域變數
  • gc: 用來控制的全域變數

環境耦合：

  • w: 此模組呼叫的模組個數（扇出）
  • r: 呼叫此模組的模組個數（扇入）

\mathrm{Coupling}(C) = 1 - \frac{1}{d_{i} + 2\times c_{i} + d_{o} + 2\times c_{o} + g_{d} + 2\times g_{c} + r + w}

若Coupling(C)數值越大，表示模組耦合的情形越嚴重，數值一般會界於0.67（低度耦合）到1.0（高度耦合）之間。

舉例，若一模組只有一個輸入資料參數，一個輸出資料參數：

C = 1 - \frac{1}{1+0+1+0+0+0+1+0} = 1 - \frac{1}{3} = 0.67

若一模組的輸入資料參數、輸入控制參數、輸出資料參數及輸出控制參數都是5個，存取10個全域變數，扇出和扇入的模組個數別是3個及4個：

C = 1 - \frac{1}{5 + 2\times 5 + 5 + 2\times 5 + 10 + 0 + 3 + 4} = 0.98

相關條目 [编辑]

參考資料 [编辑]

  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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