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圈复杂度计算器
循环套循环,你的代码可能会变得难以阅读和理解:我们的圈复杂度计算器可以告诉你添加那个嵌套的if语句是否会太过复杂!在这里,你将学习理论计算机科学的一个重要部分,我们希望它能帮助你编写更好的代码。
我们在这里告诉你如何降低你的圈复杂度。通过阅读,你将了解:什么是程序复杂度及其重要性;如何测量程序复杂度:圈复杂度;如何计算圈复杂度:圈复杂度公式;以及一个简洁的例子。
理解程序复杂度
研究复杂系统物理学时,教授们往往重复一个简短的咒语:复杂(complex)和复杂(complicated)是两回事。在谈论问题时,这种区别很容易做出。
- 复杂(Complicated)意味着一个混乱的问题,充满变量,但理论上可以用足够的计算能力解决。想想高尔夫球的确切轨迹。我们可以计算每个空气分子对它的影响:这将花费很多时间,但最终会得到精确结果。
- 复杂(Complex)意味着即使少量元素也会发展出迭代,导致非确定性行为的出现或深层联系,可能使问题难以理解和修改。
你的代码,任何程序,都可以从复杂性的角度进行分析。每个与其他块交互的指令块都可以重复;可能有分叉,只是为了返回主路径。复杂性的增加反映了一组不断增长的交互,在一段时间后,可能会达到一个点,在那里修改程序或甚至理解它都是不可能的!
圈复杂度公式
其中:
- M: 圈复杂度值
- E: 控制流图中的边数量(代码中的跳转或流动路径)
- N: 控制流图中的节点数量(代码中的指令块)
- P: 连接组件数量(在单个函数或方法中通常为1)
🔎 为什么我们用M表示圈复杂度?它来自于其创建者Thomas J. McCabe, Sr.的名字。
圈复杂度计算示例
通过几个例子可以更容易理解圈复杂度:
示例1: 简单代码
没有循环和条件的简单代码有圈复杂度M=1。我们可以将其简化为没有边的单个节点;因此圈复杂度公式简化为:
M = 0 - 1 + 2 × 1 = 1
示例2: 单个if...else条件
有单个if...else条件的代码有一个控制流图,其中一个分叉从一个节点出发;有两组可能的指令(两个节点)在最终节点重新连接。节点总数为4,边也类似为4。圈复杂度为:
M = 4 - 4 + 2 × 1 = 2
示例3: while循环
在while循环中,我们可以识别起始节点(一个条件),一组在循环中执行的指令,以及一个包含循环后执行的指令的退出节点。节点总数为3,等于边数。圈复杂度公式告诉我们:
M = 3 - 3 + 2 × 1 = 2
表示复杂度:控制流图
Frances Allen,第一位获得图灵奖(计算机科学的诺贝尔奖)的女性,引入了一种使用图表来表示程序的方法,使其易于理解潜在的复杂性:控制流图。
构建控制流图的步骤:
- 每条指令对应一个节点;
- 代码中的每个跳转(从一条指令到另一条指令)对应一条边;
- 从具有单个出站边的节点出发;
- 以具有单个入口的节点结束。
增加复杂性的指令类型:
- 条件语句:if, if...else, if...else if;
- 循环:for, while, do...while;
- Break语句等。
复杂度等级参考
圈复杂度可以帮助你评估代码的质量和可维护性。以下是基于圈复杂度值的代码复杂度等级:
圈复杂度值 | 复杂度等级 | 风险评估 |
---|---|---|
1-10 | 简单 | 低风险,易于维护 |
11-20 | 中等 | 中等风险,需要关注 |
21-50 | 复杂 | 高风险,应考虑重构 |
>50 | 非常复杂 | 极高风险,必须重构 |
如果你遵循圈复杂度创建者的指导方针,请记住在模块达到一定复杂度时将其拆分,最初推荐的阈值是M=10。
常见问题
什么是圈复杂度?
圈复杂度是一种度量标准,通过计算代码中线性独立路径的数量来衡量程序的复杂性。独立路径数量越多,阅读和修改代码的难度就越大。
如何计算圈复杂度?
要计算圈复杂度,请按照以下步骤操作:
• 计算控制流图中的节点N和边E;
• 计算独立组件P的数量(节点和边的不相交组);
• 应用圈复杂度公式:M = E - N + 2 × P
请记住,没有函数和方法的代码中组件数量通常为1。
嵌套if...else语句的圈复杂度是多少?
嵌套if...else语句的圈复杂度为4。绘制控制流图:它包括10个节点(每个语句的入口和出口节点,共6个,加上4个指令)和12条边。只有一个组件。应用圈复杂度公式:M = 12 - 10 + 2 × 1 = 4
如何降低圈复杂度?
要降低圈复杂度,将您的程序分成更小的模块。这将使您的代码更容易阅读和操作。您还可以尝试减少if语句的数量,使用多态、策略模式等设计模式替代复杂的条件判断,或者使用提前返回的方式减少嵌套层级。
参数名 | 参数类型 | 默认值 | 是否必传 | 描述 |
---|---|---|---|---|
nodesCount | integer | 0 | 否 | 控制流图中的节点数量(N),表示代码中的指令块 |
edgesCount | integer | 0 | 否 | 控制流图中的边数量(E),表示代码中的跳转或流动路径 |
componentsCount | integer | 1 | 否 | 控制流图中独立连接组件的数量(P),对于单个函数或方法通常为1 |
参数名 | 参数类型 | 默认值 | 描述 |
---|---|---|---|
cyclomaticComplexity | integer | 计算得到的圈复杂度值(M),表示代码中线性独立路径的数量 |
错误码 | 错误信息 | 描述 |
---|---|---|
FP00000 | 成功 | |
FP03333 | 失败 |
参考上方对接示例