ГЛАВА 14. Метрики объектно-ориентированных программных систем

При конструировании объектно-ориентированных программных систем значительная часть затрат приходится на создание визуальных моделей. Очень важно корректно и всесторонне оценить качество этих моделей, сопоставив качеству числовую оценку. Решение данной задачи требует введения специального метрического аппарата. Такой аппарат развивает идеи классического оценивания сложных программных систем, основанного на метриках сложности, связности и сцепления. Вместе с тем он учитывает специфические особенности объектно-ориентированных решений. В этой главе обсуждаются наиболее известные объектно-ориентированные метрики, а также описывается методика их применения.

Метрические особенности объектно-ориентированных программных систем

Объектно-ориентированные метрики вводятся с целью:

q улучшить понимание качества продукта;

q оценить эффективность процесса конструирования;

q улучшить качество работы на этапе проектирования.

Все эти цели важны, но для программного инженера главная цель — повышение качества продукта. Возникает вопрос — как измерить качество объектно-ориентированной системы?

Для любого инженерного продукта метрики должны ориентироваться на его уникальные характеристики. Например, для электропоезда вряд ли полезна метрика «расход угля на километр пробега». С точки зрения метрик выделяют пять характеристик объектно-ориентированных систем: локализацию, инкапсуляцию, информационную закрытость, наследование и способы абстрагирования объектов. Эти характеристики оказывают максимальное влияние на объектно-ориентированные метрики.

Локализация

Локализация фиксирует способ группировки информации в программе. В классических методах, где используется функциональная декомпозиция, информация локализуется вокруг функций. Функции в них реализуются как процедурные модули. В методах, управляемых данными, информация группируется вокруг структур данных. В объектно-ориентированной среде информация группируется внутри классов или объектов (инкапсуляцией как данных, так и процессов).

Поскольку в классических методах основной механизм локализации — функция, программные метрики ориентированы на внутреннюю структуру или сложность функций (длина модуля, связность, цикломатическая сложность) или на способ, которым функции связываются друг с другом (сцепление модулей).

Так как в объектно-ориентированной системе базовым элементом является класс, то локализация здесь основывается на объектах. Поэтому метрики должны применяться к классу (объекту) как к комплексной сущности. Кроме того, между операциями (функциями) и классами могут быть отношения не только «один-к-одному». Поэтому метрики, отображающие способы взаимодействия классов, должны быть приспособлены к отношениям «один-ко-многим», «многие-ко-многим».

Инкапсуляция

Вспомним, что инкапсуляция — упаковка (связывание) совокупности элементов. Для классических ПС примерами низкоуровневой инкапсуляции являются записи и массивы. Механизмом инкапсуляции среднего уровня являются подпрограммы (процедуры, функции).

В объектно-ориентированных системах инкапсулируются обязанности класса, представляемые его свойствами (а для агрегатов — и свойствами других классов), операциями и состояниями.

Для метрик учет инкапсуляции приводит к смещению фокуса измерений с одного модуля на группу свойств и обрабатывающих модулей (операций). Кроме того, инкапсуляция переводит измерения на более высокий уровень абстракции (пример — метрика «количество операций на класс»). Напротив, классические метрики ориентированы на низкий уровень — количество булевых условий (цикломатическая сложность) и количество строк программы.

Информационная закрытость

Информационная закрытость делает невидимыми операционные детали программного компонента. Другим компонентам доступна только необходимая информация.

Качественные объектно-ориентированные системы поддерживают высокий уровень информационной закрытости. Таким образом, метрики, измеряющие степень достигнутой закрытости, тем самым отображают качество объектно-ориентированного проекта.

Наследование

Наследование — механизм, обеспечивающий тиражирование обязанностей одного класса в другие классы. Наследование распространяется через все уровни иерархии классов. Стандартные ПС не поддерживают эту характеристику.

Поскольку наследование — основная характеристика объектно-ориентированных систем, на ней фокусируются многие объектно-ориентированные метрики (количество детей — потомков класса, количество родителей, высота класса в иерархии наследования).

Абстракция

Абстракция — это механизм, который позволяет проектировщику выделять главное в программном компоненте (как свойства, так и операции) без учета второстепенных деталей. По мере перемещения на более высокие уровни абстракции мы игнорируем все большее количество деталей, обеспечивая все более общее представление понятия или элемента. По мере перемещения на более низкие уровни абстракции мы вводим все большее количество деталей, обеспечивая более удачное представление понятия или элемента.

Класс — это абстракция, которая может быть представлена на различных уровнях детализации и различными способами (например, как список операций, последовательность состояний, последовательности взаимодействий). Поэтому объектно-ориентированные метрики должны представлять абстракции в терминах измерений класса. Примеры: количество экземпляров класса в приложении, количество родовых классов на приложение, отношение количества родовых к количеству неродовых классов.

Эволюция мер связи для объектно-ориентированных программных систем

В разделах «Связность модуля» и «Сцепление модулей» главы 4 было показано, что классической мерой сложности внутренних связей модуля являетсясвязность, а классической мерой сложности внешних связей — сцепление. Рассмотрим развитие этих мер применительно к объектно-ориентированным системам.

Связность объектов

В классическом методе Л. Констентайна и Э. Йордана определены семь типов связности.

1. Связность по совпадению. В модуле отсутствуют явно выраженные внутренние связи.

2. Логическая связность. Части модуля объединены по принципу функционального подобия.

3. Временная связность. Части модуля не связаны, но необходимы в один и тот же период работы системы.

4. Процедурная связность. Части модуля связаны порядком выполняемых ими действий, реализующих некоторый сценарий поведения.

5. Коммуникативная связность. Части модуля связаны по данным (работают с одной и той же структурой данных).

6. Информационная (последовательная) связность. Выходные данные одной части используются как входные данные в другой части модуля.

7. Функциональная связность. Части модуля вместе реализуют одну функцию.

Этот метод функционален по своей природе, поэтому наибольшей связностью здесь объявлена функциональная связность. Вместе с тем одним из принципиальных преимуществ объектно-ориентированного подхода является естественная связанность объектов.

Максимально связанным является объект, в котором представляется единая сущность и в который включены все операции над этой сущностью. Например, максимально связанным является объект, представляющий таблицу символов компилятора, если в него включены все функции, такие как «Добавить символ», «Поиск в таблице» и т. д.

Следовательно, восьмой тип связности можно определить так:

8. Объектная связность. Каждая операция обеспечивает функциональность, которая предусматривает, что все свойства объекта будут модифицироваться, отображаться и использоваться как базис для предоставления услуг.

Высокая связность — желательная характеристика, так как она означает, что объект представляет единую часть в проблемной области, существует в едином пространстве. При изменении системы все действия над частью инкапсулируются в едином компоненте. Поэтому для производства изменения нет нужды модифицировать много компонентов.

Если функциональность в объектно-ориентированной системе обеспечивается наследованием от суперклассов, то связность объекта, который наследует свойства и операции, уменьшается. В этом случае нельзя рассматривать объект как отдельный модуль — должны учитываться все его суперклассы. Системные средства просмотра содействуют такому учету. Однако понимание элемента, который наследует свойства от нескольких суперклассов, резко усложняется.

Обсудим конкретные метрики для вычисления связности классов.