Муфта (компьютерное программирование)

В программной инженерии , муфты является степень взаимозависимости между программными модулями; мера того, насколько тесно связаны две процедуры или модули; ^[1] сила взаимосвязей между модулями. ^[2]

Сцепление обычно противопоставляется сплоченности . Низкое сцепление часто коррелирует с высоким сцеплением, и наоборот. Низкая взаимосвязь часто является признаком хорошо структурированной компьютерной системы и хорошего дизайна, а в сочетании с высокой степенью согласованности поддерживает общие цели высокой удобочитаемости и ремонтопригодности. ^{[ необходима цитата ]}

История [ править ]

В метрики качества программного обеспечения сцепления и сцепления были изобретены Ларри Константина в конце 1960 - х годов в рамках структурного проектирования , на основе характеристик «хороших» программирования методов , которые снижали содержание и модификации затрат. Структурированный дизайн, включая когезию и сцепление, был опубликован в статье Stevens, Myers & Constantine (1974) ^[3] и книге Yourdon & Constantine (1979), ^[4], и последние впоследствии стали стандартными терминами.

Типы сцепления [ править ]

Концептуальная модель сцепления

Сцепление может быть «низким» (также « рыхлым » и «слабым») или «высоким» (также «плотным» и «сильным»). Ниже приведены некоторые типы сцепления, в порядке от самого высокого до самого низкого:

Процедурное программирование [ править ]

Под модулем здесь понимается подпрограмма любого типа, то есть набор из одного или нескольких операторов, имеющих имя и предпочтительно собственный набор имен переменных.

Связь контента (высокая): Говорят, что связывание содержимого происходит, когда один модуль использует код другого модуля, например, ветки. Это нарушает сокрытие информации - базовую концепцию разработки программного обеспечения.
Общая муфта: Считается, что общее связывание происходит, когда несколько модулей имеют доступ к одним и тем же глобальным данным. Но это может привести к неконтролируемому распространению ошибок и непредвиденным побочным эффектам при внесении изменений.
Внешнее соединение: Внешнее соединение происходит, когда два модуля совместно используют навязанный извне формат данных, протокол связи или интерфейс устройства. В основном это связано с обменом данными с внешними инструментами и устройствами.
Муфта управления: Связь управления - это один модуль, управляющий потоком другого, передавая ему информацию о том, что делать (например, передавая флаг «что делать»).
Штамповое связывание (связывание со структурой данных): Связывание штампов происходит, когда модули совместно используют составную структуру данных и используют только ее части, возможно, разные части (например, передача всей записи функции, которой требуется только одно ее поле).; В этой ситуации изменение поля, в котором модуль не нуждается, может привести к изменению способа чтения записи модулем.
Связь данных: Связывание данных происходит, когда модули обмениваются данными, например, с помощью параметров. Каждая система данных является элементарной частью, и это единственные общие данные (например, передача целого числа функции, которая вычисляет квадратный корень).

Объектно-ориентированное программирование [ править ]

Связь подкласса: Описывает отношения между ребенком и его родителем. Дочерний элемент связан со своим родителем, но родитель не связан с дочерним элементом.

Временная связь: Это когда два действия объединяются в один модуль только потому, что они происходят одновременно.

В недавней работе были исследованы различные другие концепции связи, которые использовались в качестве индикаторов для различных принципов модуляции, используемых на практике. ^[5]

Динамическое сцепление [ править ]

Цель этого типа связи - обеспечить оценку программной системы во время выполнения. Утверждалось, что показатели статической связи теряют точность при интенсивном использовании динамической привязки или наследования. ^[6] При попытке решить эту проблему были приняты во внимание меры динамической связи.

Семантическая связь [ править ]

Этот вид связи учитывает концептуальное сходство между программными объектами, использующими, например, комментарии и идентификаторы, и полагаясь на такие методы, как скрытое семантическое индексирование (LSI).

Логическая связь [ править ]

Логическая связь (или эволюционная связь, или связь изменений) использует историю выпусков программной системы для поиска шаблонов изменений среди модулей или классов: например, сущностей, которые могут быть изменены вместе, или последовательностей изменений (изменение в классе A всегда с последующим изменением класса B).

Недостатки сильной связи [ править ]

Плотно связанные системы, как правило, демонстрируют следующие характеристики развития, которые часто рассматриваются как недостатки:

Изменение в одном модуле обычно вызывает волновой эффект изменений в других модулях.
Сборка модулей может потребовать больше усилий и / или времени из-за повышенной межмодульной зависимости.
Конкретный модуль может быть труднее повторно использовать и / или тестировать, потому что должны быть включены зависимые модули.

Проблемы с производительностью [ править ]

Независимо от того, слабо или тесно связаны, производительность системы часто снижается из-за создания сообщений и параметров, их передачи, трансляции (например, маршалинга) и интерпретации сообщений (которые могут быть ссылкой на строку, массив или структуру данных), которые требуют меньше накладных расходов, чем создание сложное сообщение, такое как сообщение SOAP . Для создания более длинных сообщений требуется больше ЦП и памяти. Чтобы оптимизировать производительность во время выполнения, длина сообщения должна быть минимизирована, а значение сообщения должно быть максимальным.

Накладные расходы на передачу сообщений и производительность: Поскольку сообщение должно быть передано полностью, чтобы сохранить его полное значение, передача сообщения должна быть оптимизирована. Более длинные сообщения требуют большего количества ЦП и памяти для передачи и приема. Кроме того, при необходимости получатели должны повторно собрать сообщение в исходное состояние, чтобы полностью принять его. Следовательно, для оптимизации производительности во время выполнения длина сообщения должна быть минимизирована, а смысл сообщения - максимальным.

Накладные расходы на перевод сообщений и производительность: Протоколы сообщений и сами сообщения часто содержат дополнительную информацию (например, информацию о пакете, структуре, определении и языке). Следовательно, получателю часто требуется переводить сообщение в более точную форму, удаляя лишние символы и информацию о структуре и / или преобразовывая значения из одного типа в другой. Любой вид перевода увеличивает нагрузку на ЦП и / или память. Чтобы оптимизировать производительность во время выполнения, форма и содержимое сообщения должны быть уменьшены и уточнены, чтобы максимизировать их смысл и сократить перевод.

Накладные расходы на интерпретацию сообщений и производительность: Все сообщения должны интерпретироваться получателем. Простые сообщения, такие как целые числа, могут не требовать дополнительной обработки для интерпретации. Однако для сложных сообщений, таких как сообщения SOAP, требуется синтаксический анализатор и преобразователь строк для отображения предполагаемого значения. Чтобы оптимизировать производительность во время выполнения, сообщения должны быть уточнены и сокращены, чтобы минимизировать накладные расходы на интерпретацию.

Решения [ править ]

Один из подходов к уменьшению связанности - это функциональный дизайн , который направлен на ограничение ответственности модулей по функциональности. Связь увеличивается между двумя классами A и B, если:

A имеет атрибут, который относится к B (имеет тип).
Звонки на услуги объекта B .
У A есть метод, который ссылается на B (через тип возвращаемого значения или параметр).
Является подклассом (или) орудия класса B .

Низкое связывание относится к отношениям, в которых один модуль взаимодействует с другим модулем через простой и стабильный интерфейс и не должен быть связан с внутренней реализацией другого модуля (см. Скрытие информации ).

Такие системы, как CORBA или COM, позволяют объектам взаимодействовать друг с другом, не зная ничего о реализации другого объекта. Обе эти системы даже позволяют объектам общаться с объектами, написанными на других языках.

Связь против сплоченности [ править ]

Связь и сплоченность - термины, которые встречаются вместе очень часто. Связывание относится к взаимозависимостям между модулями, в то время как сплоченность описывает, как связаны функции в пределах одного модуля. Низкая связанность подразумевает, что данный модуль выполняет задачи, которые не очень связаны друг с другом и, следовательно, могут создавать проблемы по мере того, как модуль становится большим.

Соединение модулей [ править ]

Coupling in Software Engineering ^[7] описывает версию показателей, связанных с этой концепцией.

Для связи потока данных и управления:

d _i : количество параметров входных данных
c _i : количество входных параметров управления
d _o : количество параметров выходных данных
c _o : количество параметров управления выходом

Для глобальной связи:

g _d : количество глобальных переменных, используемых в качестве данных
g _c : количество глобальных переменных, используемых в качестве контроля

Для сцепления с окружающей средой:

w : количество вызываемых модулей (разветвление)
r : количество модулей, вызывающих рассматриваемый модуль (разветвление)

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

Coupling(C)делает значение больше, чем больше связан модуль. Это число колеблется от примерно 0,67 (слабое сцепление) до 1,0 (сильное сцепление).

Например, если модуль имеет только один параметр входных и выходных данных

${\ displaystyle C = 1 - {\ frac {1} {1 + 0 + 1 + 0 + 0 + 0 + 1 + 0}} = 1 - {\ frac {1} {3}} = 0,67}$

Если модуль имеет 5 параметров входных и выходных данных, равное количество параметров управления и имеет доступ к 10 элементам глобальных данных с разветвлением 3 и разветвлением 4,

${\ displaystyle C = 1 - {\ frac {1} {5 + 2 \ times 5 + 5 + 2 \ times 5 + 10 + 0 + 3 + 4}} = 0,98}$

См. Также [ править ]

Сплоченность (информатика)
Connascence (информатика)
Связь (физика)
Устранение мертвого кода
Ад зависимости
Эфферентная связь
Инверсия контроля
Список терминов объектно-ориентированного программирования
Слабая связь
Сделать (программное обеспечение)
Статический анализ кода

Ссылки [ править ]

^ ISO / IEC / IEEE 24765: 2010 Системная и программная инженерия - Словарь
^ ISO / IEC TR 19759: 2005, Разработка программного обеспечения - Руководство по своду знаний по программной инженерии (SWEBOK)
^ Стивенс, Уэйн П .; Майерс, Гленфорд Дж .; Константин, Ларри Лерой (июнь 1974 г.). «Структурированный дизайн». IBM Systems Journal . 13 (2): 115–139. DOI : 10.1147 / sj.132.0115 .
^ Йордон, Эдвард ; Константин, Ларри Лерой (1979) [1975]. Структурированный дизайн: основы дисциплины проектирования компьютерных программ и систем . Yourdon Press. Bibcode : 1979sdfd.book ..... Y . ISBN 978-0-13-854471-3. ISBN 0-13-854471-9 .
^ Бек, Фабиан; Диль, Стефан (сентябрь 2011 г.). «О конгруэнтности модульности и кодовой связи». В материалах 19-го симпозиума ACM SIGSOFT и 13-й Европейской конференции по основам программной инженерии (SIGSOFT / FSE '11) . Сегед, венгрия. DOI : 10.1145 / 2025113.2025162 .
^ Arisholm, Erik; Бриан, Лайонел К .; Фёйен, Аудун (август 2004 г.). «Измерение динамической связи для объектно-ориентированного программного обеспечения». IEEE Transactions по разработке программного обеспечения . IEEE . 30 (8): 491–506. DOI : 10.1109 / TSE.2004.41 . ЛВП : 10852/9090 .
^ Прессман, Роджер С. (1982). Программная инженерия - подход практикующего (4-е изд.). ISBN 0-07-052182-4.

Дальнейшее чтение [ править ]

Майерс, Гленфорд Дж. (1974). Надежное программное обеспечение за счет композитного дизайна . Нью-Йорк: Mason and Lipscomb Publishers.
Оффутт, А. Джефферсон; Харролд, Мэри Джин ; Кольте, Приядаршан (март 1993 г.). «Программно-метрическая система для соединения модулей». Журнал систем и программного обеспечения . 20 (3): 295–308.
Пейдж-Джонс, Мейлир (1980). Практическое руководство по проектированию структурированных систем . Нью-Йорк: Yourdon Press. ISBN 978-8-12031482-5.
Стандартный глоссарий терминологии программной инженерии . Нью-Йорк: IEEE . 1990. ISBN. 0-7381-0391-8. 610.12_1990.
«Учебная программа для сертифицированного специалиста по архитектуре программного обеспечения (CPSA) - базовый уровень» (PDF) . 3.01. Международная квалификационная комиссия по архитектуре программного обеспечения (ISAQB). 2015-05-15 [2009] . Проверено 23 июня 2019 . [1]

[ISO_24765-1] ISO / IEC / IEEE 24765: 2010 Системная и программная инженерия - Словарь

[ISOIECTR19759_2005-2] ISO / IEC TR 19759: 2005, Разработка программного обеспечения - Руководство по своду знаний по программной инженерии (SWEBOK)

[Stevens_1974-3] Стивенс, Уэйн П .; Майерс, Гленфорд Дж .; Константин, Ларри Лерой (июнь 1974 г.). «Структурированный дизайн». IBM Systems Journal . 13 (2): 115–139. DOI : 10.1147 / sj.132.0115 .

[Yourdon_1979-4] Йордон, Эдвард ; Константин, Ларри Лерой (1979) [1975]. Структурированный дизайн: основы дисциплины проектирования компьютерных программ и систем . Yourdon Press. Bibcode : 1979sdfd.book ..... Y . ISBN 978-0-13-854471-3. ISBN 0-13-854471-9 .

[Beck_2011-5] Бек, Фабиан; Диль, Стефан (сентябрь 2011 г.). «О конгруэнтности модульности и кодовой связи». В материалах 19-го симпозиума ACM SIGSOFT и 13-й Европейской конференции по основам программной инженерии (SIGSOFT / FSE '11) . Сегед, венгрия. DOI : 10.1145 / 2025113.2025162 .

[Arisholm_2004-6] Arisholm, Erik; Бриан, Лайонел К .; Фёйен, Аудун (август 2004 г.). «Измерение динамической связи для объектно-ориентированного программного обеспечения». IEEE Transactions по разработке программного обеспечения . IEEE . 30 (8): 491–506. DOI : 10.1109 / TSE.2004.41 . ЛВП : 10852/9090 .

[Pressman_1982-7] Прессман, Роджер С. (1982). Программная инженерия - подход практикующего (4-е изд.). ISBN 0-07-052182-4.

[1]