一文例说嵌入式 C 程序的内聚和耦合

本文介绍: 有些函数数在调用时，利用形式参数传地址的方式，在函数体内通过指针可以修改其指向的作用域以外的存储单元，这构成了更强的耦合，称为特征耦合，在这里，使函数之间产生联系的是地址这样的特征标识。现在将“找出完全平方数并输出”的功能仍放在main 函数中（独立成为单独的函数也可以，但不必要了），而“每5个数据后换行”的功能，设计一个名称为format的函数，它每调用一次就输出一个空格作为两个完全平方数间的分隔，而每调用到第5次时，输出的是一个换行。对于这样的函数，如果不致于产生高耦合的话，可以分开两个函数实现。

低耦合，是指模块之间尽可能的使其独立存在，模块之间不产生联系不可能，但模块与模块之间的接口应该尽量少而简单。这样，高内聚从整个程序中每一个模块的内部特征角度，低耦合从程序中各个模块之间的关联关系角度，对我们的设计提出了要求。

程序设计和软件工程发展过程中产生的很多技术、设计原则，都可以从内聚和耦合的角度进行解读。作为C语言程序设计的初学者，结合当前对于函数的理解可达到的程度，我们探讨一下如何做到高内聚低耦合。

针对低耦合。耦合程度最低的是非直接耦合，指两个函数之间的联系完全是通过共同的调用函数的控制和调用来实现的，耦合度最弱，函数的独立性最强。但一组函数之间没有数据传递显然不现实，次之追求数据耦合，调用函数和被调用函数之间只传递简单的数据参数，例如采用值传递方式的函数。

有些函数数在调用时，利用形式参数传地址的方式，在函数体内通过指针可以修改其指向的作用域以外的存储单元，这构成了更强的耦合，称为特征耦合，在这里，使函数之间产生联系的是地址这样的特征标识。另外，有两个函数可能会打开同一个文件进行操作，这也构成了特征耦合的一种形式。

更强的耦合是外部耦合，这里，一组模块都访问同一全局变量，而且不通过参数表传递该全局变量的信息，当发现程序执行结果异常时，很难定位到是在哪个函数中出了差错。不少初学者觉得参数传递麻烦，将要处理的数据尽可能地定义为全局变量，这样，函数之间的接口简单了，但形成的是耦合性很强的结构。

在C语言中，还可以通过静态局部变量，在同一个程序的两次调用之间共享数据，这也可以视为是一种外部耦合，只不过静态局部变量的作用域限于函数内部，其影响也只在函数内部，耦合程度比使全局变量也还是弱很多。由此，我们可以理解前述在使用全局变量、静态局部变量时提出的“用在合适的时候，不滥用”的原则。

//方案1：内聚性较高的单模块实现方案
#include &lt;stdio.h&gt;
int main()
{
    int m, num=0;
    for (m = 1; m * m <= 200; m++)
    {
        printf("%d ", m * m);
        num++;
        if (num%5==0)
            printf("n");
    }
    return 0;
}

//方案2：一个耦合度低，但不能完成功能要求的解决方案
#include <stdio.h&gt;
void format(int);
int main()
{
    int m, num=0;
    for (m = 1; m * m <= 200; m++)
    {
        printf("%d", m * m);
        format(num);
    }
    return 0;
}
void format(int n)
{
    n++;
    if (n%5==0)
        printf("n");
    else
        printf(" ");
    return;
}

//方案3：利用了返回值使耦合度增大，但功能得以实现的方案
#include <stdio.h&gt;
int format(int);
int main()
{
    int m, num=0;
    for (m = 1; m * m <= 200; m++)
    {
        printf("%d", m * m);
        num = format(num);
    }
    return 0;
}
int format(int n)
{
    n++;
    if (n%5==0)
        printf("n");
    else
        printf(" ");
    return n;
}

//方案4：传地址实现功能的方案，耦合度更大
#include <stdio.h&gt;
void format(int*);
int main()
{
    int m, num=0;
    for (m = 1; m * m <= 200; m++)
    {
        printf("%d", m * m);
        format(&amp;num);
    }
    return 0;
}
void format(int *p)
{
    (*p)++;
    if ((*p)%5==0)
        printf("n");
    else
        printf(" ");
    return;
}

//方案5：耦合度最高的全局变量方案
#include <stdio.h&gt;
void format();
int num=0;
int main()
{
    int m ;
    for (m = 1; m * m <= 200; m++)
    {
        printf("%d", m * m);
        format();
    }
    return 0;
}
void format()
{
    num++;
    if (num%5==0)
        printf("n");
    else
        printf(" ");
    return;
}

//方案6：用静态局部变量，耦合度偏高但封装性最好的方案
#include <stdio.h>
void format();
int main()
{
    int m ;
    for (m = 1; m * m <= 200; m++)
    {
        printf("%d", m * m);
        format();
    }
    return 0;
}
void format()
{
    static int num=0;
    num++;
    if (num%5==0)
        printf("n");
    else
        printf(" ");
    return;
}