耦合性 (計算機科學)

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耦合性（英語：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。

而内聚性（英語：Cohesion）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。

耦合性的分類

 

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）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）

也稱為全局耦合（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。公共耦合的复杂程度随耦合模块的个数增加而增加。

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）

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;

特徵耦合/标记耦合（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，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;

資料耦合/数据耦合（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

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

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

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（參考信息隐藏（英语：Information hiding））。

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

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

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：

• d_i：輸入資料參數的個數
• c_i：輸入控制參數的個數
• d_o：輸出資料參數的個數
• c_o：輸出控制參數的個數

全域耦合：

• g_d：用來儲存資料的全域變數
• g_c：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）

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

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：

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

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：

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

相關條目

• 相依性地狱
• 傳出耦合（英语：Efferent coupling）
• 内聚力 (計算機科學)
• 物件導向程式設計用語列表（英语：List of object-oriented programming terms）
• make
• 靜態程序分析
• 控制反转
• 鬆散耦合
• 死碼刪除

參考資料

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