模块设计 | 小菜鸟

模块设计：高内聚低耦合的核心原则与实践

模块设计是结构化开发和面向对象开发中的核心环节，其目标是将系统分解为独立、可复用的模块，通过合理的模块划分和关系设计，提升系统的可维护性、可扩展性和开发效率。模块设计的核心原则是高内聚、低耦合，以下从设计准则、内聚类型、耦合类型三个维度详细解析.

模块设计的基本原则

模块设计需遵循以下关键准则，确保模块结构清晰、功能明确：

规模适中
模块的大小应平衡 “可理解性” 和 “复用性”：过大的模块难以理解和维护，过小的模块会增加模块间的协作成本（如一个简单的 “加法” 功能无需拆分为多个模块）。
减少调用深度
模块间的调用层次不宜过深（如避免 A 调用 B，B 调用 C，C 调用 D…… 的多层嵌套），过深的调用链会增加调试难度和系统复杂度。
扇入与扇出适中
- 扇出：一个模块直接调用的其他模块数量（如模块 A 调用 B、C、D，则扇出为 3）。扇出过大意味着模块职责过多，扇出过小则可能拆分过细。
- 扇入：调用该模块的上级模块数量（如 B、C 都调用 A，则扇入为 2）。扇入越大，说明模块复用性越高（如通用工具类的扇入通常较大）。
  一般建议扇出控制在 3~7 之间，扇入根据复用需求调整。
单入口、单出口
模块应只有一个入口（被调用的起始点）和一个出口（执行结束的返回点），避免多入口导致的逻辑混乱（如函数中多个return语句需谨慎使用，确保流程清晰）。
作用域小于控制域
- 作用域：模块内定义的变量、常量等可被访问的范围。
- 控制域：模块直接或间接调用的所有模块范围。
  原则上，模块的作用域应局限于自身控制域内，即被访问的元素不应超出其调用链覆盖的范围，否则会导致依赖关系混乱。
功能可预测
模块的输出应仅由输入决定，不受外部环境或执行顺序的干扰（如纯函数：相同输入始终返回相同输出），避免 “隐藏状态” 导致的不可控行为。

内聚类型：衡量模块内部元素的关联程度

内聚（Cohesion）是指模块内部各元素（语句、函数、数据）之间的关联强度，内聚度越高，模块的独立性越好。内聚类型从高到低可分为 7 类：

内聚类型	核心特征	示例	内聚度
功能内聚	模块内所有元素协同完成单一功能，缺一不可。	一个 “计算圆面积” 的模块（包含半径输入、π 值定义、面积计算、结果返回）。	最高
顺序内聚	模块内元素处理相关数据，且需按固定顺序执行（前一步的输出是后一步的输入）。	一个 “读取文件→解析数据→保存到数据库” 的模块。	高
通信内聚	模块内所有元素操作同一数据集或生成同一数据集。	一个 “查询学生成绩→统计平均分→打印成绩单” 的模块（均围绕 “学生成绩” 数据集）。	中高
过程内聚	模块完成多个独立任务，任务按指定流程执行（顺序不严格依赖数据）。	一个 “用户登录→验证权限→显示首页” 的模块（步骤有顺序，但数据关联性弱）。	中
时间内聚	模块内任务需在同一时间间隔内执行（如初始化、清理）。	一个 “系统启动时初始化数据库→加载配置→启动服务” 的模块。	中低
逻辑内聚	模块内任务逻辑相似，通过参数选择执行其中一个（功能发散）。	一个 “根据参数执行‘添加 / 删除 / 修改’用户” 的模块（三个功能逻辑相似但独立）。	低
偶然内聚	模块内元素无任何关联，仅因代码片段凑在一起。	一个包含 “计算面积、打印日志、生成随机数” 的模块（功能完全无关）。	最低

设计目标：优先采用功能内聚和顺序内聚，避免逻辑内聚和偶然内聚。例如，将 “用户管理” 拆分为 “添加用户”“删除用户” 等功能内聚的模块，而非一个包含所有操作的逻辑内聚模块。

耦合类型：衡量模块间的依赖程度

耦合（Coupling）是指模块之间的依赖强度，耦合度越低，模块的独立性越好。耦合类型从低到高（从优到劣）可分为 7 类：

耦合类型	核心特征	示例	耦合度
非直接耦合	模块间无直接联系，仅通过主模块协调（最理想）。	模块 A 和模块 B 均被主模块调用，但 A 和 B 之间无任何交互。	最低
数据耦合	模块间通过参数传递简单数据（如整数、字符串）。	模块 A 向模块 B 传递 “用户 ID（整数）”，B 返回 “用户名（字符串）”。	低
标记耦合	模块间传递记录或数据结构（如对象、结构体），但仅使用其中部分字段。	模块 A 向模块 B 传递 “用户对象”，但 B 仅使用其中的 “年龄” 字段。	中低
控制耦合	模块间传递控制变量（如开关、标志位），被调用模块根据变量选择执行逻辑。	模块 A 向模块 B 传递 “flag=1”，B 根据 flag 值执行 “查询” 或 “修改” 操作。	中
外部耦合	多个模块共享同一全局简单变量（非数据结构）。	模块 A 和模块 B 均直接访问全局变量 “count”（未通过参数传递）。	中高
公共耦合	多个模块共享同一公共数据环境（如全局数组、数据库表、文件）。	模块 A、B、C 均直接读写同一个全局配置文件。	高
内容耦合	一个模块直接访问另一个模块的内部数据或代码（如修改私有变量、调用私有函数）。	模块 A 直接修改模块 B 的私有变量 “password”。	最高

设计目标：优先采用数据耦合和非直接耦合，避免控制耦合及以上的高耦合。例如，模块间通过参数传递必要的简单数据（数据耦合），而非共享全局变量（外部耦合）或直接修改内部数据（内容耦合）。