#『モジュール結合度』（制御・内容・外部..）をパパっと理解！

はじめに

基本知識

モジュール結合度とは、システムやプログラムの設計において、モジュール（部品やサブシステム）の品質を評価するための概念です。シンプルに言えば、これらはモジュール同士の「つながり具合」を表しています。

モジュールとは？

モジュールとは、プログラムやシステムの中で特定の機能や役割を担う独立した部品を指します。もっと簡単に言えば、プログラムを機能ごとに分割したパーツのことです。

モジュール結合度の知識を得る必要性は？

モジュール結合度の存在価値と、その知識を習得する必要性は、主に以下のような理由によります。

1. 良いソフトウェア設計の基盤

モジュール結合度の概念は、ソフトウェアの「保守性」「再利用性」「拡張性」を高めるための重要な指標です。ソフトウェアを作る際、後で修正や機能追加を簡単に行えることが理想です。しかし、モジュール間の依存関係が強すぎると、修正したい部分だけを変更することが難しくなり、バグが発生しやすくなります。結合度が低い設計は、個々のモジュールが独立して動作するため、変更やメンテナンスを行う際に影響範囲を限定できるのです。

2. 保守性の向上

ソフトウェアはリリース後も多くの場合、機能追加やバグ修正が行われます。もしモジュール間の依存関係が強いと、一つの修正が別のモジュールに思わぬ影響を与え、問題が複雑化します。結合度の低いモジュールは、このような影響を最小限に抑えるため、保守作業が効率的になります。これにより、保守コストの削減とトラブルシューティングの容易さが実現されます。

3. 再利用性の向上

結合度が低いモジュールは、他のプロジェクトやシステムに簡単に再利用できます。たとえば、モジュールが特定の環境や他のモジュールに強く依存している場合、そのモジュールを新しい環境で使うのは難しいですが、依存が少なければ、そのモジュールを他のプロジェクトでも流用しやすくなります。これにより、開発コストを削減し、効率的にシステムを構築することが可能です。

4. チーム開発の効率化

チームでの開発においても、結合度が低いと各メンバーが並行して作業しやすくなります。依存関係が強すぎると、あるメンバーが作業している部分に他のメンバーが影響を与える可能性が高くなり、作業の並行性が低下します。結合度の低いモジュールは、各メンバーが独立して作業できるため、開発の効率化につながります。

5. 設計の可読性と理解のしやすさ

結合度が低いモジュールは、それぞれが明確な役割や機能を持ち、システム全体が分かりやすくなります。開発者がそのモジュールを理解しやすくなるため、後から参加するメンバーもスムーズにプロジェクトに加わることができ、知識の引き継ぎも簡単です。

モジュール結合度の考え方

モジュール結合度とはモジュール間の依存関係の強さを表す指標です。

• 結合度が高い→
  • モジュール同士が強く依存し合っている状態
  • モジュールの修正やアップデートが他のモジュールにも影響を与えやすく、システム全体が複雑化する（＝悪い設計）
• 結合度が低い→
  • モジュール間の依存が少ない状態
  • モジュールが独立して動作でき、他のモジュールに影響されにくい（＝良い設計）

モジュール結合度の種類

1.データ結合：

モジュール間で単純なデータをやり取りするだけ。

2.スタンプ結合：

構造体のような複雑なデータを渡す。

3.制御結合：

モジュールが動作するための制御情報を渡す。

4.外部結合：

外部システムやデバイスに依存する。

5.共通結合：

複数のモジュールが共通のグローバル変数を共有。

6.内容結合：

あるモジュールが他のモジュールの内部データやロジックに直接アクセスし、変更が可能な状態。

まとめ

要するに…

モジュール結合度は、モジュール間の依存関係を測るものであり、依存度が強ければ強いほど独立性は低く、結果として設計が悪くなります。一方で、依存関係が低ければ低いほど、モジュールの独立性が高くなり、それによって保守性が向上し、再利用性も高まるため、良い設計だとされます。依存関係が強いと、あるモジュールを修正しようとした際に他のモジュールにも影響が広がり、保守や拡張の範囲が予想以上に大きくなるリスクがあります。一方で、依存関係が弱いモジュールは、影響範囲が限定されるため、修正や拡張がしやすくなります。

モジュール結合度には6つの段階があり、独立性が高い順に並べると、最も結合度が低いのはデータ結合です。
データ結合は、モジュール間で単純なデータのみをやり取りするもので、最も依存度が低く、独立性が高い状態です。

次にスタンプ結合があり、これは単一のデータではなく、複数のデータが含まれたデータ構造（たとえば構造体など）をやり取りする結合です。ただし、スタンプ結合では、実際に使うデータが一部しか含まれていない場合もあり、そのため過剰なデータが含まれることが依存度を少し高める要因となります。

次に制御結合があります。制御結合では、モジュールがデータを渡す際に、そのデータが単に情報を伝えるだけでなく、受け取ったモジュールの動作そのものに影響を与えます。たとえば、制御フラグやコマンドを渡して、受け取ったモジュールがそのフラグに基づいて異なる処理を行うような場合です。つまり、制御結合はデータそのものに加えて、処理フローを左右する結合です。

外部結合は、モジュールが外部のシステムやデバイス、外部システムに依存して動作する結合です。例えば、モジュールが外部のハードウェアやデータベース、オペレーティングシステムなどに依存している場合、このモジュールは単体で完全に動作することができません。ただし、モジュール内の処理ロジック自体は独立しており、外部依存部分がなければ内部の処理は正常に動作するという点で、モジュールの構造自体にはまだ一定の独立性が保たれています。

次に共通結合があります。共通結合は、複数のモジュールがグローバル変数を共有している状態を指します。このグローバル変数が変更されると、それに依存する全てのモジュールに影響が及び、予期しない挙動やバグの原因となることが多いため、保守性や独立性が損なわれやすい結合形式です。共通のデータを多くのモジュールが使いまわすことで、結合度が高くなり、モジュール間の相互依存が強まります。

最後に最も結合度が高く、独立性が低いのが内容結合です。内容結合とは、一方のモジュールが他方のモジュールの内部データや構造に直接アクセスし、変更を加えることができる状態を指します。これにより、一方のモジュールを変更すると他方にも影響を及ぼすため、保守や修正が極めて困難になります。内容結合は、モジュール間の強い依存関係を生み、設計としては最も避けるべき悪い形です。

このように、モジュール結合度は依存度と独立性に基づき、データ結合が最も独立性が高く、内容結合が最も独立性が低いとされます。依存関係が強いと、一部を修正するだけでも広範囲に影響が出るため、保守や修正の作業が難しくなります。逆に依存関係が弱いモジュールは、変更がモジュール内に留まるため、保守や機能拡張が容易に行えるというメリットがあります。モジュール間の結合度を考慮して設計することは、システム全体の保守性や拡張性、再利用性を高めるために非常に重要です。

おわりに