耦合性 (计算机科学)

耦合性（英语：Coupling）或称耦合力或耦合度，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。

而内聚性（英语：Cohesion）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。

耦合性的分类

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。
共享耦合/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。公共耦合的复杂程度随耦合模块的个数增加而增加。
外部耦合（external coupling）: 发生在二个模块共享一个外加的资料格式、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;
资料耦合/数据耦合（data coupling）: 是指模块借由传入值共享资料，每一个资料都是最基本的资料，而且只分享这些资料（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）: 描述子类和父类之间的关系，子类链接到父类，但父类没有链接到子类。
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：

一个模块的修改会产生涟漪效应，其他模块也需随之修改。
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。
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A及B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的对象）
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（英语：Information hiding））。

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]：

对于资料和控制流的耦合：

d_i：输入资料参数的个数
c_i：输入控制参数的个数
d_o：输出资料参数的个数
c_o：输出控制参数的个数

全局耦合：

g_d：用来存储资料的全局变量
g_c：用来控制的全局变量

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）

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

若Coupling(C)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资料参数，一个输出资料参数：

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

若一模块的输入资料参数、输入控制参数、输出资料参数及输出控制参数都是5个，访问10个全局变量，扇出和扇入的模块个数别是3个及4个：

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

参考资料

^ W. Stevens, G. Myers, L. Constantine, "Structured Design", IBM Systems Journal, 13 (2), 115-139, 1974.
^ 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
^ Pressman, Roger S. Ph.D (1982). Software Engineering - A Practitioner's Approach - Fourth Edition. ISBN 0-07-052182-4

[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

[Pressman-3] Pressman, Roger S. Ph.D (1982). Software Engineering - A Practitioner's Approach - Fourth Edition. ISBN 0-07-052182-4

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