Что такое метрики в программировании
Перейти к содержимому

Что такое метрики в программировании

  • автор:

Метрика программного обеспечения

Ме́трика програ́ммного обеспе́чения (англ. software metric ) — мера, позволяющая получить численное значение некоторого свойства программного обеспечения или его спецификаций.

Поскольку количественные методы хорошо зарекомендовали себя в других областях, многие теоретики и практики информатики пытались перенести данный подход и в разработку программного обеспечения. Как сказал Том ДеМарко, «вы не можете контролировать то, что не можете измерить».

Метрики

Набор используемых метрик включает:

  • порядок роста (имеется в виду анализ алгоритмов в терминах асимптотического анализа и O-нотации),
  • количество строк кода,
  • цикломатическая сложность,
  • анализ функциональных точек,
  • количество ошибок на 1000 строк кода,
  • степень покрытия кода тестированием,
  • покрытие требований,
  • количество классов и интерфейсов,
  • метрики программного пакета от Роберта Сесиль Мартина,
  • связность.

Критика

Потенциальные недостатки подхода, на которые нацелена критика:

  • Неэтичность: Утверждается, что неэтично судить о производительности программиста по метрикам, введенным для оценки эффективности программного кода. Такие известные метрики, как количество строк кода и цикломатическая сложность, часто дают поверхностное представление об «удачности» выбора того или иного подхода при решении поставленных задач, однако, нередко они рассматриваются, как инструмент оценки качества работы разработчика. Такой подход достаточно часто приводит к обратному эффекту, приводя к появлению в коде более длинных конструкций и избыточных необязательных методов.
  • Замещение «управления людьми» на «управление цифрами», которое не учитывает опыт сотрудников и их другие качества
  • Искажение: Процесс измерения может быть искажён за счёт того, что сотрудники знают об измеряемых показателях и стремятся оптимизировать эти показатели, а не свою работу. Например, если количество строк исходного кода является важным показателем, то программисты будут стремиться писать как можно больше строк и не будут использовать способы упрощения кода, сокращающие количество строк.
  • Неточность: Нет метрик, которые были бы одновременно и значимы и достаточно точны. Количество строк кода — это просто количество строк, этот показатель не даёт представление о сложности решаемой проблемы. Анализ функциональных точек был разработан с целью лучшего измерения сложности кода и спецификации, но он использует личные оценки измеряющего, поэтому разные люди получат разные результаты.

См. также

  • Качество программного обеспечения
  • Основные метрики кода: LOC, SLOC, Джилб, Маккейб, Холстед, ООП и другие
  • Проставить для статьи более точные категории.
  • Проставив сноски, внести более точные указания на источники.
  • Исследование программ

Что такое метрика?

Метрика — эффективный инструмент web-аналитики, который используется специалистами каждый день. В этой статье мы поговорим, для чего данный инструмент нужен.

В современном мире маркетинга и продаж все подлежит измерению. Очень важно быстро и своевременно получать совокупность характеристик, позволяющих оценивать поведение пользователей, спрос на продукт, работу программного обеспечения и многое-многое другое. Все дисконтные программы, акции и скидки тоже оцениваются с помощью метрик. И так далее. Давайте же рассмотрим особенности создания и использования метрик в контексте классического интернет-магазина.

Метрики в интернет-торговле

Изо дня в день тысячи людей делают покупки онлайн. Современный интернет-магазин — это уже давным-давно не просто каталог с товарами — это искусно выстроенная маркетинговая платформа, которая способна плавно подвести вас к покупке тех вещей, которые вам даже не очень-то и нужны. А оценивается эффективность работы такой платформы, как уже было сказано выше, с помощью метрик — количественной системы показателей.

На практике они позволяют:

— оценивать, насколько эффективны источники рекламного трафика;

— понимать, какие именно категории и бренды наиболее популярны;

— видеть, что именно потенциальный клиент просматривает и кладет в корзину, но по каким-то причинам не покупает;

— создавать грамотные маркетинговые стратегии.

Качественная система метрик в интернет-магазине предполагает разделение на модули. Как это может выглядеть, мы сейчас и посмотрим.

События, фиксирующие действия посетителя

Это главное, что надо отслеживать. В рамках работы такого модуля фиксируются следующие операции:

— просмотр карточки товара;

— добавление какого-нибудь товара в корзину, а также удаление его оттуда;

— успешно совершенная транзакция.

Когда какое-нибудь из вышеописанных событий случается, активируется специальный уникальный отчет — очень полезная вещь в электронной коммерции. Что могут содержать такие отчеты:

информацию по содержимому заказов, статистику по заказам. Подсчитываются визиты и число посетителей, которые купили товар с учетом нужного временного промежутка (в час, в день и пр.). Что покупали, на какую сумму совершали заказы и т. п. Можно узнать средний доход визита/покупки, общее число покупок в день и всех визитов за все время. Перед тем как создать такую систему показателей, определяют сегменты пользователей, в результате чего соответствующие группы указываются в настройках. Таким образом можно без проблем создать отчет в разрезе источников трафика, отслеживать эффективность каждого канала, причем как в плане привлеченного дохода за день, так и в плане числа транзакций. Также маркетологи получают данные о том, какая рекламная кампания принесла больше клиентов нужного пола/возраста, за какой отчетный период это произошло (сколько было куплено, к примеру, за выходной день, за праздничный день либо за специальный день — день «Черной пятницы»);

популярные бренды/товары/категории. Не менее важно увидеть, что больше всего востребовано. Путем деления ассортимента на группировки можно отследить сезонность категорий и востребованность брендов, что берется в учет отделом снабжения при последующих товарных закупках;

состояние корзины. Тут будет статистика по всему ассортименту, попавшему в корзину в отчетный период (день, неделю, месяц). Что было в итоге куплено, а что «брошено». Данные можно сегментировать, добавляя группировки и дополнительные метрики. А наличие информации об удаленных вещах позволит скорректировать как рекламную кампанию, так и ценовую политику;

промокоды. Без них сейчас никуда и любой маломальский опытный пользователь всегда поищет промокод со скидками, прежде чем что-нибудь заказать. И мы очень радуемся, думая, что являемся самыми умными, а некоторые даже считают, что они, дескать, обхитрили систему интернет-магазина, удачно воспользовавшись сразу двумя такими кодами и суммировав скидку. Однако не стоит заблуждаться: действия промокодов всегда контролируются — это, если хотите, «управляемый хаос». Специальная ме трика позволяет отслеживать, как отработали те либо иные промокоды и связанные с ними программы/рекламные кампании, а также что приводило к покупке чаще всего. Главная цель магазина не меняется — конвертировать ваше посещение в деньги, даже если вы случайный посетитель. Меняются лишь средства достижения этой цели, сделайте вывод, друзья.

Вдобавок к вышеописанному, можно создать метрики для отслеживания и анализа:

— воронки оформления заказа;

— действий в онлайн-чате;

— отправки форм обратной связи, заказа обратного звонка и пр.

Как видите, данные, получаемые с помощью метрик, весьма информативны. Они широко используются в веб-аналитике и в конечном итоге существенно влияют на маркетинговую стратегию.

Программный код и его метрики

Измерения.

Одной из тем в программировании, к которым интерес периодически то появляется, то пропадает, является вопрос метрик кода программного обеспечения. В крупных программных средах время от времени появляются механизмы подсчета различных метрик. Волнообразный интерес к теме так выглядит потому, что до сих пор в метриках не придумано главного — что с ними делать. То есть даже если какой-то инструмент позволяет хорошо подсчитать некоторые метрики, то что с этим делать дальше зачастую непонятно. Конечно, метрики — это и контроль качества кода (не пишем большие и сложные функции), и «производительность» (в кавычках) программистов, и скорость развития проекта. Эта статья — обзор наиболее известных метрик кода программного обеспечения.

Введение

В статье приведен обзор 7 классов метрик и более 50 их представителей.

Будет представлен широкий спектр метрик программного обеспечения. Естественно, все существующие метрики приводить не целесообразно, большинство из них никогда не применяется на практике либо из-за невозможности дальнейшего использования результатов, либо из-за невозможности автоматизации измерений, либо из-за узкой специализации данных метрик, однако существуют метрики, которые применяются достаточно часто, и их обзор как раз будет приведен ниже.

В общем случае применение метрик позволяет руководителям проектов и предприятий изучить сложность разработанного или даже разрабатываемого проекта, оценить объем работ, стилистику разрабатываемой программы и усилия, потраченные каждым разработчиком для реализации того или иного решения. Однако метрики могут служить лишь рекомендательными характеристиками, ими нельзя полностью руководствоваться, так как при разработке ПО программисты, стремясь минимизировать или максимизировать ту или иную меру для своей программы, могут прибегать к хитростям вплоть до снижения эффективности работы программы. Кроме того, если, к примеру, программист написал малое количество строк кода или внес небольшое число структурных изменений, это вовсе не значит, что он ничего не делал, а может означать, что дефект программы было очень сложно отыскать. Последняя проблема, однако, частично может быть решена при использовании метрик сложности, т.к. в более сложной программе ошибку найти сложнее.

1. Количественные метрики

Прежде всего, следует рассмотреть количественные характеристики исходного кода программ (в виду их простоты). Самой элементарной метрикой является количество строк кода (SLOC). Данная метрика была изначально разработана для оценки трудозатрат по проекту. Однако из-за того, что одна и та же функциональность может быть разбита на несколько строк или записана в одну строку, метрика стала практически неприменимой с появлением языков, в которых в одну строку может быть записано больше одной команды. Поэтому различают логические и физические строки кода. Логические строки кода — это количество команд программы. Данный вариант описания так же имеет свои недостатки, так как сильно зависит от используемого языка программирования и стиля программирования [2].

  • количество пустых строк,
  • количество комментариев,
  • процент комментариев (отношение числа строк, содержащих комментарии к общему количеству строк, выраженное в процентах),
  • среднее число строк для функций (классов, файлов),
  • среднее число строк, содержащих исходный код для функций (классов, файлов),
  • среднее число строк для модулей.

Также к группе метрик, основанных на подсчете некоторых единиц в коде программы, относят метрики Холстеда [3]. Данные метрики основаны на следующих показателях:

n1 — число уникальных операторов программы, включая символы-

разделители, имена процедур и знаки операций (словарь операторов),

n2 — число уникальных операндов программы (словарь операндов),

N1 — общее число операторов в программе,

N2 — общее число операндов в программе,

n1′ — теоретическое число уникальных операторов,

n2′ — теоретическое число уникальных операндов.

Учитывая введенные обозначения, можно определить:

n=n1+n2 — словарь программы,

N=N1+N2 — длина программы,

n’=n1’+n2′ — теоретический словарь программы,

N’= n1*log2(n1) + n2*log2(n2) — теоретическая длина программы (для стилистически корректных программ отклонение N от N’ не превышает 10%)

V=N*log2n — объем программы,

V’=N’*log2n’ — теоретический объем программы, где n* — теоретический словарь программы.

L=V’/V — уровень качества программирования, для идеальной программы L=1

L’= (2 n2)/ (n1*N2) — уровень качества программирования, основанный лишь на параметрах реальной программы без учета теоретических параметров,

EC=V/(L’)2 — сложность понимания программы,

D=1/ L’ — трудоемкость кодирования программы,

y’ = V/ D2 — уровень языка выражения

I=V/D — информационное содержание программы, данная характеристика позволяет определить умственные затраты на создание программы

E=N’ * log2(n/L) — оценка необходимых интеллектуальных усилий при разработке программы, характеризующая число требуемых элементарных решений при написании программы

При применении метрик Холстеда частично компенсируются недостатки, связанные с возможностью записи одной и той же функциональности разным количеством строк и операторов.

Еще одним типом метрик ПО, относящихся к количественным, являются метрики Джилба. Они показывают сложность программного обеспечения на основе насыщенности программы условными операторами или операторами цикла. Данная метрика, не смотря на свою простоту, довольно хорошо отражает сложность написания и понимания программы, а при добавлении такого показателя, как максимальный уровень вложенности условных и циклических операторов, эффективность данной метрики значительно возрастает.

2. Метрики сложности потока управления программы

Следующий большой класс метрик, основанный уже не на количественных показателях, а на анализе управляющего графа программы, называется метрики сложности потока управления программ.

Перед тем как непосредственно описывать сами метрики, для лучшего понимания будет описан управляющий граф программы и способ его построения.

Пусть представлена некоторая программа. Для данной программы строится ориентированный граф, содержащий лишь один вход и один выход, при этом вершины графа соотносят с теми участками кода программы, в которых имеются лишь последовательные вычисления, и отсутствуют операторы ветвления и цикла, а дуги соотносят с переходами от блока к блоку и ветвями выполнения программы. Условие при построении данного графа: каждая вершина достижима из начальной, и конечная вершина достижима из любой другой вершины [4].

Самой распространенной оценкой, основанной на анализе получившегося графа, является цикломатическая сложность программы (цикломатическое число Мак-Кейба) [4]. Она определяется как V(G)=e — n + 2p, где e — количество дуг, n — количество вершин, p — число компонент связности. Число компонентов связности графа можно рассматривать как количество дуг, которые необходимо добавить для преобразования графа в сильно связный. Сильно связным называется граф, любые две вершины которого взаимно достижимы. Для графов корректных программ, т. е. графов, не имеющих недостижимых от точки входа участков и «висячих» точек входа и выхода, сильно связный граф, как правило, получается путем замыкания дугой вершины, обозначающей конец программы, на вершину, обозначающую точку входа в эту программу. По сути V(G) определяет число линейно независимых контуров в сильно связном графе. Так что в корректно написанных программах p=1, и поэтому формула для расчета цикломатической сложности приобретает вид:

К сожалению, данная оценка не способна различать циклические и условные конструкции. Еще одним существенным недостатком подобного подхода является то, что программы, представленные одними и теми же графами, могут иметь совершенно разные по сложности предикаты (предикат — логическое выражение, содержащее хотя бы одну переменную).

Для исправления данного недостатка Г. Майерсом была разработана новая методика. В качестве оценки он предложил взять интервал (эта оценка еще называется интервальной) [V(G),V(G)+h], где h для простых предикатов равно нулю, а для n-местных h=n-1. Данный метод позволяет различать разные по сложности предикаты, однако на практике он почти не применяется.

Еще одна модификация метода Мак-Кейба — метод Хансена. Мера сложности программы в данном случае представляется в виде пары (цикломатическая сложность, число операторов). Преимуществом данной меры является ее чувствительность к структурированности ПО.

Топологическая мера Чена выражает сложность программы через число пересечений границ между областями, образуемыми графом программы. Этот подход применим только к структурированным программам, допускающим лишь последовательное соединение управляющих конструкций. Для неструктурированных программ мера Чена существенно зависит от условных и безусловных переходов. В этом случае можно указать верхнюю и нижнюю границы меры. Верхняя — есть m+1, где m — число логических операторов при их взаимной вложенности. Нижняя — равна 2. Когда управляющий граф программы имеет только одну компоненту связности, мера Чена совпадает с цикломатической мерой Мак-Кейба.

Продолжая тему анализа управляющего графа программы, можно выделить еще одну подгруппу метрик — метрики Харрисона, Мейджела.

Данные меры учитывает уровень вложенности и протяженность программы.

Каждой вершине присваивается своя сложность в соответствии с оператором, который она изображает. Эта начальная сложность вершины может вычисляться любым способом, включая использование мер Холстеда. Выделим для каждой предикатной вершины подграф, порожденный вершинами, которые являются концами исходящих из нее дуг, а также вершинами, достижимыми из каждой такой вершины (нижняя граница подграфа), и вершинами, лежащими на путях из предикатной вершины в какую-нибудь нижнюю границу. Этот подграф называется сферой влияния предикатной вершины.

Приведенной сложностью предикатной вершины называется сумма начальных или приведенных сложностей вершин, входящих в ее сферу влияния, плюс первичная сложность самой предикатной вершины.

Функциональная мера (SCOPE) программы — это сумма приведенных сложностей всех вершин управляющего графа.

Функциональным отношением (SCORT) называется отношение числа вершин в управляющем графе к его функциональной сложности, причем из числа вершин исключаются терминальные.

SCORT может принимать разные значения для графов с одинаковым цикломатическим числом.

Метрика Пивоварского — очередная модификация меры цикломатической сложности. Она позволяет отслеживать различия не только между последовательными и вложенными управляющими конструкциями, но и между структурированными и неструктурированными программами. Она выражается отношением N(G) = v *(G) + СУММАPi, где v *(G) — модифицированная цикломатическая сложность, вычисленная так же, как и V(G), но с одним отличием: оператор CASE с n выходами рассматривается как один логический оператор, а не как n — 1 операторов.

Рi — глубина вложенности i-й предикатной вершины. Для подсчета глубины вложенности предикатных вершин используется число «сфер влияния». Под глубиной вложенности понимается число всех «сфер влияния» предикатов, которые либо полностью содержатся в сфере рассматриваемой вершины, либо пересекаются с ней. Глубина вложенности увеличивается за счет вложенности не самих предикатов, а «сфер влияния». Мера Пивоварского возрастает при переходе от последовательных программ к вложенным и далее к неструктурированным, что является ее огромным преимуществом перед многими другими мерами данной группы.

Мера Вудворда — количество пересечений дуг управляющего графа. Так как в хорошо структурированной программе таких ситуаций возникать не должно, то данная метрика применяется в основном в слабо структурированных языках (Ассемблер, Фортран). Точка пересечения возникает при выходе управления за пределы двух вершин, являющихся последовательными операторами.

Метод граничных значений так же основан на анализе управляющего графа программы. Для определения данного метода необходимо ввести несколько дополнительных понятий.

Пусть G — управляющий граф программы с единственной начальной и единственной конечной вершинами.

В этом графе число входящих вершин у дуг называется отрицательной степенью вершины, а число исходящих из вершины дуг — положительной степенью вершины. Тогда набор вершин графа можно разбить на две группы: вершины, у которых положительная степень =2.

Вершины первой группы назовем принимающими вершинами, а вершины второй группы — вершинами отбора.

Каждая принимающая вершина имеет приведенную сложность, равную 1, кроме конечной вершины, приведенная сложность которой равна 0. Приведенные сложности всех вершин графа G суммируются, образуя абсолютную граничную сложность программы. После этого определяется относительная граничная сложность программы:

где S0 — относительная граничная сложность программы, Sa — абсолютная граничная сложность программы, v — общее число вершин графа программы.

Существует метрика Шнейдевинда, выражающаяся через число возможных путей в управляющем графе.

3. Метрики сложности потока управления данными

Следующий класс метрик — метрики сложности потока управления данных.

Метрика Чепина: суть метода состоит в оценке информационной прочности отдельно взятого программного модуля с помощью анализа характера использования переменных из списка ввода-вывода.

Все множество переменных, составляющих список ввода-вывода, разбивается на 4 функциональные группы :

1. P — вводимые переменные для расчетов и для обеспечения вывода,

2. M — модифицируемые, или создаваемые внутри программы переменные,

3. C — переменные, участвующие в управлении работой программного модуля (управляющие переменные),

4. T — не используемые в программе («паразитные») переменные.

Поскольку каждая переменная может выполнять одновременно несколько функций, необходимо учитывать ее в каждой соответствующей функциональной группе.

Q = a1*P + a2*M + a3*C + a4*T,

где a1, a2, a3, a4 — весовые коэффициенты.

Весовые коэффициенты использованы для отражения различного влияния на сложность программы каждой функциональной группы. По мнению автора метрики, наибольший вес, равный 3, имеет функциональная группа C, так как она влияет на поток управления программы. Весовые коэффициенты остальных групп распределяются следующим образом: a1=1, a2=2, a4=0.5. Весовой коэффициент группы T не равен 0, поскольку «паразитные» переменные не увеличивают сложность потока данных программы, но иногда затрудняют ее понимание. С учетом весовых коэффициентов:

Q = P + 2M + 3C + 0.5T

Метрика спена основывается на локализации обращений к данным внутри каждой программной секции. Спен — это число утверждений, содержащих данный идентификатор, между его первым и последним появлением в тексте программы. Следовательно, идентификатор, появившийся n раз, имеет спен, равный n-1. При большом спене усложняется тестирование и отладка.

Еще одна метрика, учитывающая сложность потока данных — это метрика, связывающая сложность программ с обращениями к глобальным переменным.

Пара «модуль-глобальная переменная» обозначается как (p,r), где p — модуль, имеющий доступ к глобальной переменной r. В зависимости от наличия в программе реального обращения к переменной r формируются два типа пар «модуль — глобальная переменная»: фактические и возможные. Возможное обращение к r с помощью p показывает, что область существования r включает в себя p.

Данная характеристика обозначается Aup и говорит о том, сколько раз модули Up действительно получали доступ к глобальным переменным, а число Pup — сколько раз они могли бы получить доступ.

Отношение числа фактических обращений к возможным определяется

Эта формула показывает приближенную вероятность ссылки произвольного модуля на произвольную глобальную переменную. Очевидно, что чем выше эта вероятность, тем выше вероятность «несанкционированного» изменения какой-либо переменной, что может существенно осложнить работы, связанные с модификацией программы.

На основе концепции информационных потоков создана мера Кафура. Для использования данной меры вводятся понятия локального и глобального потока: локальный поток информации из A в B существует, если:

1. Модуль А вызывает модуль В (прямой локальный поток)

2. Модуль В вызывает модуль А и А возвращает В значение, которое используется в В (непрямой локальный поток)

3. Модуль С вызывает модули А, В и передаёт результат выполнения модуля А в В.

Далее следует дать понятие глобального потока информации: глобальный поток информации из А в В через глобальную структуру данных D существует, если модуль А помещает информацию в D, а модуль В использует информацию из D.

На основе этих понятий вводится величина I — информационная сложность процедуры:
I = length * (fan_in * fan_out)2
Здесь:

length — сложность текста процедуры (меряется через какую-нибудь из метрик объёма, типа метрик Холстеда, Маккейба, LOC и т.п.)

fan_in — число локальных потоков входящих внутрь процедуры плюс число структур данных, из которых процедура берёт информацию

fan_out — число локальных потоков исходящих из процедуры плюс число структур данных, которые обновляются процедурой

Можно определить информационную сложность модуля как сумму информационных сложностей входящих в него процедур.

Следующий шаг — рассмотреть информационную сложность модуля относительно некоторой структуры данных. Информационная мера сложности модуля относительно структуры данных:

J = W * R + W * RW + RW *R + RW * (RW — 1)

W — число процедур, которые только обновляют структуру данных;

R — только читают информацию из структуры данных;

RW — и читают, и обновляют информацию в структуре данных.

Еще одна мера данной группы — мера Овиедо. Суть ее состоит в том, что программа разбивается на линейные непересекающиеся участки — лучи операторов, которые образуют управляющий граф программы.

Автор метрики исходит из следующих предположений: программист может найти отношение между определяющими и использующими вхождениями переменной внутри луча более легко, чем между лучами; число различных определяющих вхождений в каждом луче более важно, чем общее число использующих вхождений переменных в каждом луче.

Обозначим через R(i) множество определяющих вхождений переменных, которые расположены в радиусе действия луча i (определяющее вхождение переменной находится в радиусе действия луча, если переменная либо локальна в нём и имеет определяющее вхождение, либо для неё есть определяющее вхождение в некотором предшествующем луче, и нет локального определения по пути). Обозначим через V(i) множество переменных, использующие вхождения которых уже есть в луче i. Тогда мера сложности i-го луча задаётся как:

где DEF(vj) — число определяющих вхождений переменной vj из множества R(i), а ||V(i)|| — мощность множества V(i).

4. Метрики сложности потока управления и данных программы

Четвертым классом метрик являются метрики, близкие как к классу количественных метрик, классу метрик сложности потока управления программы, так и к классу метрик сложности потока управления данными (строго говоря, данный класс метрик и класс метрик сложности потока управления программы являются одним и тем же классом — топологическими метриками, но имеет смысл разделить их в данном контексте для большей ясности). Данный класс метрик устанавливает сложность структуры программы как на основе количественных подсчетов, так и на основе анализа управляющих структур.

Первой из таких метрик является тестирующая М-Мера [5]. Тестирующей мерой М называется мера сложности, удовлетворяющая следующим условиям:

Мера возрастает с глубиной вложенности и учитывает протяженность программы. К тестирующей мере близко примыкает мера на основе регулярных вложений. Идея этой меры сложности программ состоит в подсчете суммарного числа символов (операндов, операторов, скобок) в регулярном выражении с минимально необходимым числом скобок, описывающим управляющий граф программы. Все меры этой группы чувствительны к вложенности управляющих конструкций и к протяженности программы. Однако возрастает уровень трудоемкости вычислений.

Также мерой качества программного обеспечения служит связанность модулей программы [6]. Если модули сильно связанны, то программа становится трудномодифицируемой и тяжелой в понимании. Данная мера не выражается численно. Виды связанности модулей:

Связанность по данным — если модули взаимодействуют через передачу параметров и при этом каждый параметр является элементарным информационным объектом. Это наиболее предпочтительный тип связанности (сцепления).

Связанность по структуре данных — если один модуль посылает другому составной информационный объект (структуру) для обмена данными.

Связанность по управлению — если один посылает другому информационный объект — флаг, предназначенный для управления его внутренней логикой.

Модули связаны по общей области в том случае, если они ссылаются на одну и туже область глобальных данных. Связанность (сцепление) по общей области является нежелательным, так как, во-первых, ошибка в модуле, использующем глобальную область, может неожиданно проявиться в любом другом модуле; во-вторых, такие программы трудны для понимания, так как программисту трудно определить какие именно данные используются конкретным модулем.

Связанность по содержимому — если один из модулей ссылается внутрь другого. Это недопустимый тип сцепления, так как полностью противоречит принципу модульности, т.е. представления модуля в виде черного ящика.

Внешняя связанность — два модуля используют внешние данные, например коммуникационный протокол.

Связанность при помощи сообщений — наиболее свободный вид связанности, модули напрямую не связаны друг с другом, о сообщаются через сообщения, не имеющие параметров.

Отсутствие связанности — модули не взаимодействуют между собой.

Подклассовая связанность — отношение между классом-родителем и классом-потомком, причем потомок связан с родителем, а родитель с потомком — нет.

Связанность по времени — два действия сгруппированы в одном модуле лишь потому, что ввиду обстоятельств они происходят в одно время.

Еще одна мера, касающаяся стабильности модуля — мера Колофелло [7], она может быть определена как количество изменений, которые требуется произвести в модулях, отличных от модуля, стабильность которого проверяется, при этом эти изменения должны касаться проверяемого модуля.

Следующая метрика из данного класса — Метрика Мак-Клура. Выделяются три этапа вычисления данной метрики:

1. Для каждой управляющей переменной i вычисляется значениt её сложностной функции C(i) по формуле: C(i) = (D(i) * J(i))/n.

Где D(i) — величина, измеряющая сферу действия переменной i. J(i) — мера сложности взаимодействия модулей через переменную i, n — число отдельных модулей в схеме разбиения.

2. Для всех модулей, входящих в сферу разбиения, определяется значение их сложностных функций M(P) по формуле M(P) = fp * X(P) + gp * Y(P)
где fp и gp — соответственно, число модулей, непосредственно предшествующих и непосредственно следующих за модулем P, X(P) — сложность обращения к модулю P,

Y(P) — сложность управления вызовом из модуля P других модулей.

3. Общая сложность MP иерархической схемы разбиения программы на модули задаётся формулой:

MP = СУММА(M(P)) по всем возможным значениям P — модулям программы.

Данная метрика ориентирована на программы, хорошо структурированные, составленные из иерархических модулей, задающих функциональную спецификацию и структуру управления. Также подразумевается, что в каждом модуле одна точка входа и одна точка выхода, модуль выполняет ровно одну функцию, а вызов модулей осуществляется в соответствии с иерархической системой управления, которая задаёт отношение вызова на множестве модулей программы.

Также существует метрика, основанная на информационной концепции — мера Берлингера [8]. Мера сложности вычисляется как M=СУММАfi*log2pi, где fi — частота появления i-го символа, pi — вероятность его появления.

Недостатком данной метрики является то, что программа, содержащая много уникальных символов, но в малом количестве, будет иметь такую же сложность как программа, содержащая малое количество уникальных символов, но в большом количестве.

5. Объектно-ориентированные метрики

В связи с развитием объектно-ориентированных языков программирования появился новый класс метрик, также называемый объектно-ориентированными метриками. В данной группе наиболее часто используемыми являются наборы метрик Мартина и набор метрик Чидамбера и Кемерера. Для начала рассмотрим первую подгруппу.

Прежде чем начать рассмотрение метрик Мартина необходимо ввести понятие категории классов [9]. В реальности класс может достаточно редко быть повторно использован изолированно от других классов. Практически каждый класс имеет группу классов, с которыми он работает в кооперации, и от которых он не может быть легко отделен. Для повторного использования таких классов необходимо повторно использовать всю группу классов. Такая группа классов сильно связна и называется категорией классов. Для существования категории классов существуют следующие условия:

Классы в пределах категории класса закрыты от любых попыток изменения все вместе. Это означает, что, если один класс должен измениться, все классы в этой категории с большой вероятностью изменятся. Если любой из классов открыт для некоторой разновидности изменений, они все открыты для такой разновидности изменений.

Классы в категории повторно используются только вместе. Они настолько взаимозависимы и не могут быть отделены друг от друга. Таким образом, если делается любая попытка повторного использования одного класса в категории, все другие классы должны повторно использоваться с ним.

Классы в категории разделяют некоторую общую функцию или достигают некоторой общей цели.

Ответственность, независимость и стабильность категории могут быть измерены путем подсчета зависимостей, которые взаимодействуют с этой категорией. Могут быть определены три метрики :

1. Ca: Центростремительное сцепление. Количество классов вне этой категории, которые зависят от классов внутри этой категории.

2. Ce: Центробежное сцепление. Количество классов внутри этой категории, которые зависят от классов вне этой категории.

3. I: Нестабильность: I = Ce / (Ca+Ce). Эта метрика имеет диапазон значений [0,1].

I = 0 указывает максимально стабильную категорию.

I = 1 указывает максимально не стабильную категорию.

Можно определять метрику, которая измеряет абстрактность (если категория абстрактна, то она достаточно гибкая и может быть легко расширена) категории следующим образом:

A: Абстрактность: A = nA / nAll.

Значения этой метрики меняются в диапазоне [0,1].

0 = категория полностью конкретна,

1 = категория полностью абстрактна.

Теперь на основе приведенных метрик Мартина можно построить график, на котором отражена зависимость между абстрактностью и нестабильностью. Если на нем построить прямую, задаваемую формулой I+A=1, то на этой прямой будут лежать категории, имеющие наилучшую сбалансированность между абстрактностью и нестабильностью. Эта прямая называется главной последовательностью.

Далее можно ввести еще 2 метрики:

Расстояние до главной последовательности: D=|(A+I-1)/sqrt(2)|

Нормализированной расстояние до главной последовательности: Dn=|A+I-2|

Практически для любых категорий верно то, что чем ближе они находятся к главной последовательности, тем лучше.

Следующая подгруппа метрик — метрики Чидамбера и Кемерера [10]. Эти метрики основаны на анализе методов класса, дерева наследования и т.д.

WMC (Weighted methods per class), суммарная сложность всех методов класса: WMC=СУММАci, i=1. n, где ci — сложность i-го метода, вычисленная по какой либо из метрик (Холстеда и т.д. в зависимости от интересующего критерия), если у всех методов сложность одинаковая, то WMC=n.

DIT (Depth of Inheritance tree) — глубина дерева наследования (наибольший путь по иерархии классов к данному классу от класса-предка), чем больше, тем лучше, так как при большей глубине увеличивается абстракция данных, уменьшается насыщенность класса методами, однако при достаточно большой глубине сильно возрастает сложность понимания и написания программы.

NOC (Number of children) — количество потомков (непосредственных), чем больше, тем выше абстракция данных.

CBO (Coupling between object classes) — сцепление между классами, показывает количество классов, с которыми связан исходный класс. Для данной метрики справедливы все утверждения, введенные ранее для связанности модулей, то есть при высоком CBO уменьшается абстракция данных и затрудняется повторное использование класса.

RFC (Response for a class) — RFC=|RS|, где RS — ответное множество класса, то есть множество методов, которые могут быть потенциально вызваны методом класса в ответ на данные, полученные объектом класса. То есть RS=(((i>), i=1. n, где M — все возможные методы класса, Ri — все возможные методы, которые могут быть вызваны i-м классом. Тогда RFC будет являться мощностью данного множества. Чем больше RFC, тем сложнее тестирование и отладка.

LCOM (Lack of cohesion in Methods) — недостаток сцепления методов. Для определения этого параметра рассмотрим класс C с n методами M1, M2,… ,Mn, тогда ,. — множества переменных, используемых в данных методах. Теперь определим P — множество пар методов, не имеющих общих переменных; Q — множество пар методов, имеющих общие переменные. Тогда LCOM=|P|-|Q|. Недостаток сцепления может быть сигналом того, что класс можно разбить на несколько других классов или подклассов, так что для повышения инкапсуляции данных и уменьшения сложности классов и методов лучше повышать сцепление.

6. Метрики надежности

Следующий тип метрик — метрики, близкие к количественным, но основанные на количестве ошибок и дефектов в программе. Нет смысла рассматривать особенности каждой из этих метрик, достаточно будет их просто перечислить: количество структурных изменений, произведенных с момента прошлой проверки, количество ошибок, выявленных в ходе просмотра кода, количество ошибок, выявленных при тестировании программы и количество необходимых структурных изменений, необходимых для корректной работы программы. Для больших проектов обычно рассматривают данные показатели в отношении тысячи строк кода, т.е. среднее количество дефектов на тысячу строк кода.

7. Гибридные метрики

В завершении необходимо упомянуть еще один класс метрик, называемых гибридными. Метрики данного класса основываются на более простых метриках и представляют собой их взвешенную сумму. Первым представителем данного класса является метрика Кокола. Она определяется следующим образом:

H_M = (M + R1 * M(M1) +… + Rn * M(Mn)/(1 + R1 +… + Rn)

Где M — базовая метрика, Mi — другие интересные меры, Ri — корректно подобранные коэффициенты, M(Mi) — функции.

Функции M(Mi) и коэффициенты Ri вычисляются с помощью регрессионного анализа или анализа задачи для конкретной программы.

В результате исследований, автор метрики выделил три модели для мер: Маккейба, Холстеда и SLOC, где в качестве базовой используется мера Холстеда. Эти модели получили название «наилучшая», «случайная» и «линейная».

Метрика Зольновского, Симмонса, Тейера также представляет собой взвешенную сумму различных индикаторов. Существуют два варианта данной метрики:

(структура, взаимодействие, объем, данные) СУММА(a, b, c, d).

(сложность интерфейса, вычислительная сложность, сложность ввода/вывода, читабельность) СУММА(x, y, z, p).

Используемые метрики в каждом варианте выбираются в зависимости от конкретной задачи, коэффициенты — в зависимости от значения метрики для принятия решения в данном случае.

Заключение

Подводя итог, хотелось бы отметить, что ни одной универсальной метрики не существует. Любые контролируемые метрические характеристики программы должны контролироваться либо в зависимости друг от друга, либо в зависимости от конкретной задачи, кроме того, можно применять гибридные меры, однако они так же зависят от более простых метрик и также не могут быть универсальными. Строго говоря, любая метрика — это лишь показатель, который сильно зависит от языка и стиля программирования, поэтому ни одну меру нельзя возводить в абсолют и принимать какие-либо решения, основываясь только на ней.

Метрики в управлении проектами

Благодаря распространению позитивистской научной методологии, считается, что количественные методы способны дать строго объективные, валидные, надежные и структурированные данные. Они активно применяются в различных областях научного знания, поэтому неудивительно, что подобные методы были перенесены и в разработку программного обеспечения. Своеобразным результатом этого переноса являются метрики программного обеспечения. Метрики программного обеспечения (англ. software metric) – искусственно введенная численная мера, позволяющая выделить и оценить определенные свойства программного обеспечения либо его спецификаций.

“Существуют три вида лжи: ложь, наглая ложь и статистика”.

Бенджамин Дизраэли

Существует множество различных классификаций, трактующих метрики с различных позиций и ранжирующих одни и те же характеристики по различным критериям, в результате чего те же самые метрики могут группироваться по-разному. Более-менее универсальной классификацией метрик может считаться их разделение на:

  • метрики оценки программного обеспечения;
  • метрики оценки условий разработки программного обеспечения.

В каждой из этих категорий могут использоваться метрики с разными шкалами оценки свойств программного обеспечения: номинальной, порядковой, интервальной и относительной.

Номинальная шкала показывают наличие либо отсутствие у программного обеспечения какого-либо свойства.

Порядковой шкале соответствуют метрики, служащие для ранжирования определенных характеристик с помощью сравнения с некоторыми опорными значениями. Измерения по этой шкале по факту показывают взаиморасположение конкретных программ.

Интервальная шкала показывает уже не только взаиморасположение программ, но и то, насколько далеко они отстоят друг от друга.

Относительная шкала позволяет не только разместить программы определенным образом и оценить их размещение относительно друг друга, но также может показать, насколько далеко оценки отстоят от точки, начиная с которой характеристика вообще может быть измерена.

По своему назначению выделяется три типа метрик:

  • прогнозирующие;
  • диагностические;
  • ретроспективные.

Несложно догадаться, что первые нужны, чтобы попытаться предсказать те проблемы, с которыми может столкнуться проект. Вторые служат для мониторинга текущего состояния проекта. Третьи в идеале помогают избежать в будущем тех неприятностей, с которыми команда сталкивалась в текущих или уже завершенных проектах.

Прогнозирующие метрики могут описывать множество различных параметров: предполагаемый объем работ, запланированный бюджет, фактор сложности проекта, сложность плана проекта, количество людских ресурсов, суммарный запас времени и т.д. При этом желательно иметь значения этих показателей для других проектов этого же профиля, чтобы иметь возможность для сравнения. Значительные различия в показателях схожих проектов часто указывают на проблемы. Наверное, если запланированные бюджеты двух очень похожих проектов отличаются на несколько порядков, то это повод задуматься!

Параметров, которые описываются диагностическими метриками, также может быть великое множество. Это и соотношение планового бюджета выполненных работ к фактическому, и соотношение плановых трудозатрат к фактическим, и производительность труда работников, занятых на проекте, и показатели качества, и еще много-много чего еще. Какой бы параметр не измерялся, важно чтобы его измерения происходили регулярно. Форма представления метрик особой роли не играет: кто-то предпочитает табличный вид, а кому-то больше нравятся графики.

По сути, ретроспективные метрики описывают все те же параметры, что и диагностические. Единственная разница между ними лишь в цели использования: если диагностические метрики нужны для оценки текущей ситуации на проекте и реагирования на актуальные проблемы, то ретроспективные помогают оценить уже прошедшие события. Такой ретроспективный анализ позволяет избежать типовых ошибок в будущем.

Таким образом, использование метрик позволяет эффективно управлять проектом: своевременно обнаруживать недостатки, устранять их и при этом видеть, насколько хорошо работают найденные методы решения проблем.

Однако использование метрик сопряжено с определенными сложностями.

Во-первых, ни одна из известных на сегодняшний день метрик не может похвастаться достаточной значимостью и точностью. Метрики не дают объективной картины происходящего, они всего лишь предоставляют некоторые показатели, вычисленные по заданному алгоритму. Особенно это касается тех случаев, когда для оценки какого-либо параметра вводится только одна метрика. Более-менее полную картину может дать только использование целого комплекса метрик,

Во-вторых, часто, если сотрудники знают об измеряемых показателях, то они стараются не выполнить свою работу надлежащим образом, а занимаются подгонкой своих показателей под заданные параметры.

К примеру, если важным показателем является KSLOC (количество строк кода), то программисты будут писать «индусский» код, всячески избегая способов его упрощения, сокращающих количество строчек. Другой пример: если показателем эффективности работы программистов и тестировщиков будет количество допущенных и выявленных багов, то очень скоро они договорятся между собой, как «оптимизировать» этот показатель, чтобы это было выгодно обеим сторонам. Ну и еще один пример: если на проекте открыто используется метрика focus factor и если менеджер проекта не является «технарем», то, скорее всего, программисты будут специально завышать оценки по времени, чтобы создать себе своеобразную «подушку тайм-безопасности».

В-третьих, использование метрик порождает целый ряд этических проблем. В частности, если на проекте одновременно вводятся метрики для оценки сотрудников и метрики для оценки деятельности команды в целом, то это может привести к внутренним конфликтам. В попытках «оптимизировать» собственные показатели сотрудники могут «тянуть одеяло на себя» и обвинять в своих неудачах других участников команды. В итоге между личными целями сотрудников и общими целями команды возникают противоречия, команда не срабатывается, и, как следствие, проект оказывается «заваленным».

В-четвертых, сам процесс сбора метрик сопряжен с определенными техническими сложностями. Как правило, для сбора метрик и их интерпретации выделяются особые сотрудники. Если подходить к этим процессам без должной организации (особенно это касается вопросов автоматизации сбора метрик), то существует риск того, что сотрудники просто «утонут» в собранных сведениях. Тогда придется привлекать дополнительных людей, а это прямой путь к излишней бюрократизации и нерациональному расходованию ресурсов. Кроме того, существует риск того, что из-за сбора числовых показателей сотрудники будут отвлекаться от своих непосредственных обязанностей. Конечно, существуют специальные автоматизированные системы для сбора метрик, упрощающие этот процесс, но, так или иначе, к работе с метриками все равно придется привлекать специалиста-человека, которому придется потратить на это определенное время. Более того, на сбор метрик тратится еще и время членов команды, занятой на проекте. И далеко не каждый заказчик согласен это время оплачивать.

Тем не менее, при правильном внедрении и грамотной интерпретации метрики могут стать весьма полезным инструментом для project-менеджеров. Благодаря использованию метрик можно отследить моменты снижения качества разработки, определить его причины и выявить самые сложные участки в системе. Кроме того, числовые показатели способны помочь в планировании затрат ресурсов на дальнейшее развитие разрабатываемого продукта.

Автор благодарит Ирину Петрашкевич за помощь в написании статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *