代码质量-圈复杂度及其计算

圈复杂度(Cyclomatic Complexity)是一种代码复杂度的衡量标准。它可以用来衡量一个模块判定结构的复杂程度，数量上表现为独立现行路径条数，也可理解为覆盖所有的可能情况最少使用的测试用例数。圈复杂度大说明程序代码的判断逻辑复杂，可能质量低且难于测试和维护。程序的可能错误和高的圈复杂度有着很大关系。

下面这个实例中，单元测试的覆盖率可以达到100%，但是很容易发现这其中已经漏掉了一个NPE的测试用例。case1方法的圈复杂度为2，因此至少需要2个用例才能完全覆盖到其所有的可能情况。

    //程序原代码，圈复杂度为 2

public String case1(int num) {

       String string = null;

       if (num == 1) {

           string = "String";

       }

       return string.substring(0);

    }

 //上面代码的单元测试代码

    public void testCase1(){

       String test1 = case1(1);

    }

 

圈复杂度主要与分支语句（if、else、，switch 等）的个数成正相关。可以在图1中看到常用到的几种语句的控制流图（表示程序执行流程的有向图）。当一段代码中含有较多的分支语句，其逻辑复杂程度就会增加。在计算圈复杂度时，可以通过程序控制流图方便的计算出来。通常使用的计算公式是V(G) = e – n + 2 , e 代表在控制流图中的边的数量（对应代码中顺序结构的部分），n 代表在控制流图中的节点数量，包括起点和终点（1、所有终点只计算一次，即便有多个return或者throw；2、节点对应代码中的分支语句）。

 

图1、各判断语句的控制流图

知道了如何计算圈复杂度，我们来使用控制流图重新计算一次case1方法的圈复杂度，其控制流图如下图。状态1表示 if（num == 1 ）的条件判断，状态2表示string=”String”的赋值操作。可以通过下面的控制流图得到 e = 3 ; n = 3;那么全复杂度V(G) = 3 - 3 + 2 = 2,既case1的圈复杂度为2。

 

图2、case1的控制流图

在看一个计算全复杂度的例子。程序代码如下：

 

 

    public String case2(int index, String string) {

       String returnString = null;

       if (index < 0) {

           throw new IndexOutOfBoundsException("exception <0 ");

       }

       if (index == 1) {

           if (string.length() < 2) {

              return string;

           }

           returnString = "returnString1";

       } else if (index == 2) {

           if (string.length() < 5) {

              return string;

           }

           returnString = "returnString2";

       } else {

           throw new IndexOutOfBoundsException("exception >2 ");

       }

       return returnString;

    }

程序控制流图：

 

 

 

图3、case2的控制流图

根据公式 V(G) = e – n + 2 = 12 – 8 + 2 = 6 。case2的圈复杂段为6。说明一下为什么n = 8，虽然图上的真正节点有12个，但是其中有5个节点为throw、return，这样的节点为end节点，只能记做一个。

在开发中常用的检测圈复杂度的工具，PMD,checkstyle都可以检测到高复杂度的代码块。在代码的开发中，配合各种圈复杂度的检测插件，将高复杂度的代码进行适当的拆分、优化，可以大大提高代码整体的质量，减少潜在bug存在。

评论

4 楼 李嘉铭 2015-07-03  

3 楼 guaiguaihu2012 2014-11-28  

1.如果有带FOR的复杂度怎么计算呢？
2.有一种是按判断节点计算时间复杂度，复杂度V(G)=判断节点+1
判断节点包括：if elseif case

不知道这样计算是否科学？

2 楼 xunke515 2014-11-20  

xunke515 写道

第一个小例子,应该是4-4+2吧?

我搞错了

1 楼 xunke515 2014-11-20  

第一个小例子,应该是4-4+2吧?