Metrisch: Halstead-Komplexität

Benutzerbeschreibung

Die Halstead-Komplexitätsmetrik dient der Messung der Komplexität eines Softwareprogramms, ohne dass das Programm selbst ausgeführt werden muss.

Es handelt sich hierbei um eine statische Testmethode, bei der messbare Softwareeigenschaften identifiziert und bewertet werden. Der Quellcode wird analysiert und in eine Reihe von Token untergliedert. Die Token werden dann in Operatoren oder Operanden unterteilt und gezählt.

Die Operatoren und Operanden werden folgendermaßen unterteilt und gezählt:

Parameter	Beschreibung
n1	Anzahl eindeutiger Operatoren
n2	Anzahl eindeutiger Operanden
N1	Gesamtanzahl Operatoren
N2	Gesamtanzahl Operanden

Einige Metrikwerte können für verschiedene Komplexitätsaspekte berechnet werden:

Halstead Difficulty (D)
Halstead Length (N)
Halstead CalculatedLength (Nx)
Halstead Volume (V)
Halstead Effort (E)
Halstead Vocabulary (n)

Halstead -Komplexität für in strukturiertem Text (ST) implementierte POUs

Die Halstead-Komplexität wurde ursprünglich für Textsprachen entwickelt (wie C, C++, Pascal usw.) und kann auf in strukturiertem Text (ST) implementierte POUs angewendet werden.

HINWEIS: Standardmäßig wird die Halstead Difficulty angezeigt.

Halstead-Komplexität für in Funktionsbausteindiagramm (FBD) implementierte POUs

Das Funktionsbausteindiagramm (FBD) gehört zur Gruppe der grafischen Implementierungssprachen und ist nicht textbasiert. Eine POU setzt sich aus mehreren FBD-Netzwerken zusammen. Die Halstead-Komplexitätsmetrik muss somit angepasst werden, damit sie auf Grafiksprachen angewendet werden kann. Operanden und Operatoren sowie deren Häufigkeit (pro FBD-Netzwerk) werden wie für den Benutzer dargestellt berücksichtigt (siehe das Beispiel für Funktionsbausteindiagramm (FBD)).

Die pro FBD-Netzwerk berechneten Halstead-Komplexitätsergebnisse werden aggregiert und auf POU-Ebene angehängt (Programm, Funktionsbaustein, Funktion, Methode oder Eigenschaft).

HINWEIS: Die berechneten Halstead-Werte (pro FBD-Netzwerk) sind FBD Network Halstead Difficulty und FBD Network Halstead Length.

Die folgenden Aggregationstypen werden pro FBD-Netzwerk auf die Halstead-Metrikwerte (Halstead Difficulty und Halstead Length) angewendet:

Mittelwert
Minimum
Maximum
Summe
Konsistenz

HINWEIS: Die relevantesten aggregierten Werte sind FBD Halstead Difficulty Network Max, FBD Halstead Difficulty Network Consistency, FBD Halstead Length Network Max und FBD Halstead Length Network Consistency. Alle anderen Kombinationen (Min, Sum und Average) werden berechnet und an das Modell angehängt, werden aber standardmäßig nicht angezeigt.

Metrikberechnung

Wert	Formel
Halstead Difficulty (D)	D = (n1 / 2) * (N2 / n2)
Halstead Length (N)	N = N1 + N2
Halstead CalculatedLength (Nx)	Nx = n1 * log2(n1) + n2 * log2(n2)
Halstead Volume (V)	V = N * log2(n)
Halstead Effort (E)	E = V * D
Halstead Vocabulary (n)	n = n1 + n2

HINWEIS: Ein Ausdruck in einer Anweisung IF <expression> THEN darf keine Klammern enthalten. Sie werden als stets verfügbar betrachtet.

Metrik-Aggregation

Metrikergebnisse wie FBD Network Halstead Difficulty und FBD Network Halstead Length werden für alle FBD-Netzwerke einer POU aggregiert.

Die values entsprechen der Werteliste derselben Metrik (z. B. FBD Network Halstead Length) der FBD-Netzwerke einer POU.

Der Konsistenzwert ergibt sich aus dem Gini-Koeffizienten. Der Gini-Koeffizient ist ein Maß für die statistische Verteilung. Sie messen die Ungleichheit zwischen den Werten einer regelmäßigen Verteilung. Der Gini-Koeffizient 0 drückt Gleichheit aus, wobei alle Werte gleich sind. Der Gini-Koeffizient 1 drückt maximale Ungleichverteilung aus.

Beispiel für strukturierten Text (ST)

Halstead-Berechnungsbeispiel (nur der Implementierungsteil wird für die Berechnung berücksichtigt):

IF (xInit = FALSE) THEN

    PerformInitialization();
    xInit := TRUE;

ELSE

    FOR i := 1 TO 5 DO

        iAxisId := i + 7;
        sAxisName := Standard.CONCAT('MyAxis ', INT_TO_STRING(iAxisId));

        // Do some math calculations for each axis here
        udiResult := CalculateStuff(sName := sAxisName, iID := iAxisId);
    END_FOR

END_IF

Liste der Operatoren und deren Häufigkeit:

Operator                            Frequency
========                            =========
(operators)
If                                          1
Then                                        1
LeftParenthesis                             6
RightParenthesis                            6
Equal                                       1
Semicolon                                   5
Assign                                      7
Else                                        1
For                                         1
EndFor                                      1
Do                                          1
Plus                                        1
Period                                      1
INT_TO_STRING                               1
Colon                                       2
EndIf                                       1
(n1)  16                             (N1)  37

Liste der Operanden und deren Häufigkeit:

Operand                             Frequency
=======                             =========
(variables/methods/functions)
xInit                                       2
PerformInitialization                       1
i                                           2
iAxisId                                     3
sAxisName                                   2
Standard                                    1
CONCAT                                      1
udiResult                                   1
CalculateStuff                              1
sName                                       1
iID                                         1

(constants)
FALSE                                       1
TRUE                                        1
INT#1                                       1
INT#5                                       1
INT#7                                       1
'MyAxis '                                   1
(n2)  17                             (N2)  22

Ergebnis für Halstead Difficulty

Halstead Difficulty (D = (16/2) * (22/17) = 10.3529411764706

Beispiel für Funktionsbausteindiagramm (FBD)

Halstead-Berechnungsbeispiel, implementiert in FBD (nur der Implementierungsteil wird für die Berechnung berücksichtigt):

Liste der Operatoren und deren Häufigkeit:

Operator                            Frequency
========                            =========
(operators)
Assign                                      4
Set2                                        1
And                                         1
Negation2                                   2
Or                                          1
Eq                                          1
(n1)   6                             (N1)  10

Liste der Operanden und deren Häufigkeit:

Operand                             Frequency
=======                             =========
(variables/methods/functions/constants)
xResult                                     1
TON                                         1
fbTON                                       1
xEnable                                     1
T#1s                                        1
IN                                          1
PT                                          1
Q                                           1
ET                                          1
xTray1Empty                                 1
xTray2Empty                                 1
xInHomePosition                             1
xBeltFull                                   1
xGroupReady                                 1
uiMasterStart                               1
5                                           1
(n2)  16                             (N2)  16

Ergebnis für FBD Network Halstead Difficulty

FBD Network Halstead Difficulty (D) = (6/2) * (16/16) = 3

FBD Network Halstead Length

FBD Network Halstead Length (D) = 10 + 16 = 26