软件设计复杂性

复杂性一词代表事件或事物的状态，具有多个相互关联的环节和高度复杂的结构。在软件编程中，随着软件设计的实现，元素及其互连的数量逐渐变得庞大，这变得难以一下子理解。

如果不使用复杂性指标和措施，软件设计复杂性很难评估。让我们看看三个重要的软件复杂性措施。

Halstead 的复杂性措施

1977 年，Maurice Howard Halstead 先生引入了衡量软件复杂性的指标。Halstead 的指标取决于程序的实际实现及其措施，这些措施以静态方式直接从源代码中的运算符和操作数计算得出。它允许评估 C/C++/Java 源代码的测试时间、词汇量、大小、难度、错误和工作量。

根据 Halstead 的说法，"计算机程序是一种算法的实现，被认为是一组标记，可以归类为运算符或操作数"。 Halstead 指标将程序视为运算符及其相关操作数的序列。

他定义了各种指标来检查模块的复杂性。

当我们选择源文件以在 Metric Viewer 中查看其复杂性详细信息时，结果如下指标报告中显示：

循环复杂度度量

每个程序都包含要执行的语句，以便执行某些任务，以及其他决策语句，这些语句决定哪些语句需要执行这些决策结构。这些决策结构改变了程序的流程。

如果我们比较两个同样大小的程序，决策语句较多的程序会更复杂，因为程序的控制会频繁跳转。

1976 年，McCabe 提出了圈复杂度度量来量化给定软件的复杂性。它是基于程序决策结构的图形驱动模型，例如 if-else、do-while、repeat-until、switch-case 和 goto 语句。

制作流程控制图的过程：

• 将程序拆分为较小的块，并由决策结构分隔。
• 创建代表每个节点的节点。
• 按如下方式连接节点：

• 如果控制可以从块 i 分支到块 j

  画一条弧

• 从出口节点到入口节点

  画一条弧。

要计算程序模块的圈复杂度，我们使用公式 -

V(G) = e – n + 2

Where
e is total number of edges
n is total number of nodes

上述模块的循环复杂度为

e = 10
n = 8
Cyclomatic Complexity = 10 - 8 + 2
                      = 4

根据 P. Jorgensen 的说法，模块的圈复杂度不应超过 10。

功能点

它被广泛用于测量软件的大小。功能点专注于系统提供的功能。系统的特性和功能用于测量软件的复杂性。

功能点依靠五个参数，即外部输入、外部输出、逻辑内部文件、外部接口文件和外部查询。为了考虑软件的复杂性，每个参数进一步分为简单、平均或复杂。

让我们看看功能点的参数：

外部输入

来自外部的每个系统唯一输入都被视为外部输入。输入的唯一性是衡量的，因为没有两个输入应该具有相同的格式。这些输入可以是数据或控制参数。

• 简单 - 如果输入数量较少且影响较少的内部文件

• 复杂 - 如果输入数量较多且影响较多的内部文件

• 一般 - 介于简单和复杂之间。

外部输出

系统提供的所有输出类型都计入此类别。如果输出格式和/或处理方式独一无二，则输出被视为独一无二。

• 简单 - 如果输出数量较少

• 复杂 - 如果输出数量较多

• 一般 - 介于简单和复杂之间。

逻辑内部文件

每个软件系统都会维护内部文件，以维护其功能信息并正常运行。这些文件保存系统的逻辑数据。该逻辑数据可能包含功能数据和控制数据。

• 简单 - 如果记录类型数量较少

• 复杂 - 如果记录类型数量较多

• 一般 - 介于简单和复杂之间。

外部接口文件

软件系统可能需要与某些外部软件共享其文件，或者可能需要传递文件进行处理或作为某些函数的参数。所有这些文件都算作外部接口文件。

• 简单 - 如果共享文件中的记录类型数量较少

• 复杂 - 如果共享文件中的记录类型数量较多

• 一般 - 介于简单和复杂之间。

外部查询

查询是输入和输出的组合，用户发送一些数据作为输入进行查询，系统通过处理后的查询输出响应用户。查询的复杂性大于外部输入和外部输出。如果查询的输入和输出在格式和数据方面是唯一的，则称查询是唯一的。

• 简单 - 如果查询需要低处理并产生少量输出数据

• 复杂 - 如果查询需要高处理并产生大量输出数据

• 平均 - 介于简单和复杂之间。

系统中的这些参数中的每一个都根据其类别和复杂性赋予权重。下表列出了赋予每个参数的权重：

上表给出了原始功能点。这些功能点根据环境复杂性进行调整。系统使用十四种不同的特征进行描述：

• 数据通信
• 分布式处理
• 性能目标
• 操作配置负载
• 交易率
• 在线数据输入
• 最终用户效率
• 在线更新
• 复杂的处理逻辑
• 可重用性
• 安装简便
• 操作简便
• 多个站点
• 希望促进变革

然后对这些特征因素进行评分，从 0 到 5，如下所示：

• 否影响
• 偶然
• 中等
• 一般
• 重要
• 必不可少

然后将所有评分加起来作为 N。N 的值范围从 0 到 70（14 种特征 x 5 种评分）。它用于计算复杂度调整因子 (CAF)，使用以下公式：

CAF = 0.65 + 0.01N

然后，

交付功能点 (FP)= CAF x 原始 FP

然后，此 FP 可用于各种指标，例如：

成本 = $ / FP

质量 = 错误 / FP

生产力 = FP / 人月