제어 결합도

자료 결합도는 결합도의 여러 유형 중 하나로, 두 모듈이 매개변수나 인자를 통해 오직 데이터만을 주고받을 때 발생하는 관계를 가리킨다. 이는 모듈 간의 상호 연결 정도를 측정하는 척도에서 가장 바람직한 형태로 평가된다. 자료 결합도를 가진 모듈들은 서로의 내부 로직이나 제어 흐름에 영향을 주지 않고, 필요한 최소한의 정보만을 교환하기 때문에 독립성이 높다.

구체적으로, 한 모듈이 다른 모듈을 호출할 때 처리에 필요한 원시 자료 값(예: 숫자, 문자열, 플래그)만을 전달하고, 그 결과로 또 다른 데이터 값만을 반환받는 구조를 가진다. 예를 들어, 사각형의 넓이를 계산하는 모듈이 '가로 길이'와 '세로 길이'라는 두 개의 숫자 데이터를 입력받아 '넓이'라는 숫자 데이터를 출력하는 경우가 이에 해당한다. 이때 호출하는 모듈은 호출받는 모듈이 내부적으로 어떻게 계산하는지 알 필요가 없다.

이러한 낮은 결합도는 소프트웨어 유지보수성을 크게 향상시킨다. 한 모듈의 구현을 변경하더라도 인터페이스를 통해 주고받는 데이터의 형식이 변하지 않는다면, 다른 모듈을 수정할 필요가 없기 때문이다. 또한 모듈 재사용이 용이해지며, 단위 테스트를 독립적으로 수행하기 쉬워진다. 따라서 구조적 설계나 객체지향 설계 원칙에서 지향하는 이상적인 모듈 간 관계의 기본이 된다.

자료 결합도는 스탬프 결합도, 제어 결합도 등 보다 강한 결합도 유형과 비교될 때, 모듈의 독립성과 응집도를 높이는 데 가장 유리한 특성을 지닌다. 소프트웨어의 복잡성을 관리하고 품질을 높이기 위해서는 모듈 간의 인터페이스를 설계할 때 가능한 한 자료 결합도를 달성하는 것이 권장된다.

스탬프 결합도(Stamp Coupling)는 모듈 간의 상호작용이 자료 구조나 객체와 같은 복합 데이터를 통해 이루어질 때 발생하는 결합도이다. 이는 한 모듈이 다른 모듈에 필요한 데이터 전체가 아닌, 그 일부만 사용하기 위해 복합 데이터 구조 자체를 전달받는 경우에 해당한다. 예를 들어, 고객 정보가 담긴 전체 레코드를 전달받았지만, 모듈 내부에서는 그중 고객 이름 필드만 사용하는 상황이 스탬프 결합도의 전형적인 예이다.

이러한 결합도는 자료 결합도(Data Coupling)보다는 강한 결합으로 분류된다. 자료 결합도는 모듈이 필요한 최소한의 단순 데이터만을 매개변수로 주고받는 반면, 스탬프 결합도는 불필요한 데이터까지 함께 전달되기 때문이다. 이로 인해 전달된 복합 구조의 내부 형식이 변경되면, 그 구조를 받는 모듈도 영향을 받을 수 있다. 비록 모듈이 사용하지 않는 부분이 변경되었더라도, 인터페이스나 데이터 포맷의 호환성 문제가 발생할 수 있다.

스탬프 결합도는 소프트웨어의 유지보수성을 저하시키는 요인이 된다. 한 모듈에서 사용하는 데이터 구조를 수정할 때, 해당 구조를 단순히 전달받기만 하는 다른 모듈들까지도 변경의 영향을 고려해야 할 수 있다. 이는 결합도가 높아질수록 시스템의 한 부분을 변경하는 것이 더 많은 부분에 영향을 미칠 수 있음을 보여준다. 또한, 인터페이스를 통해 불필요한 정보가 노출되어 모듈화의 목적을 훼손할 수 있다.

이를 개선하기 위해서는 모듈이 실제로 필요로 하는 데이터만을 명시적으로 전달하는 방향으로 설계를 변경해야 한다. 즉, 복합 구조 전체를 전달하는 대신, 필요한 개별 필드 값만을 매개변수로 전달하여 자료 결합도 수준으로 결합도를 낮추는 것이 바람직하다. 또는, 해당 데이터에 대한 접근을 담당하는 별도의 모듈이나 인터페이스를 도입하여 데이터 은닉을 강화하는 방법도 있다.

제어 결합도는 한 모듈이 다른 모듈의 내부 논리 흐름을 제어하기 위해 제어 정보를 전달할 때 발생하는 결합 유형이다. 이는 자료 결합도나 스탬프 결합도보다 강한 결합으로 간주되며, 모듈 간의 의존성을 증가시킨다. 제어 결합도가 높은 경우, 한 모듈의 변경이 다른 모듈의 실행 흐름에 직접적인 영향을 미치게 되어 시스템의 유지보수성과 재사용성이 저하된다.

이 결합도의 전형적인 예시는 한 모듈이 다른 모듈을 호출할 때 '플래그(flag)'나 '제어 변수'를 인자로 전달하는 경우이다. 예를 들어, processData(data, mode)라는 함수 호출에서 mode 인자가 "정렬", "필터", "요약"과 같은 특정 동작을 지시하는 값이라면, 호출하는 모듈은 피호출 모듈의 내부 제어 흐름을 결정하게 된다. 이는 피호출 모듈이 단일 책임을 지는 것이 아니라, 호출자의 지시에 따라 여러 가지 일을 수행하도록 설계되었음을 의미한다.

제어 결합도의 주요 문제점은 모듈의 독립성을 해친다는 것이다. 피호출 모듈의 로직은 호출자가 전달하는 제어 정보에 종속되어 있으며, 새로운 제어 옵션이 추가되면 모듈 내부를 수정해야 한다. 또한, 호출자는 피호출 모듈이 제공하는 다양한 제어 옵션과 그 의미를 정확히 알고 있어야 하므로, 모듈 간의 인터페이스가 복잡해지고 이해하기 어려워진다.

이러한 결합도를 개선하기 위해서는 제어 정보의 전달을 피하고, 각 모듈이 명확한 단일 책임을 가지도록 재설계하는 것이 일반적이다. 제어 변수 대신 별도의 함수나 메서드를 만들어 각기 다른 동작을 수행하도록 분리하거나, 전략 패턴과 같은 디자인 패턴을 적용하여 변하는 알고리즘을 캡슐화할 수 있다. 이를 통해 모듈 간의 상호작용은 단순한 데이터 교환 수준으로 낮출 수 있으며, 결과적으로 응집도는 높이고 결합도는 낮추는 이상적인 소프트웨어 설계 원칙에 부합하게 된다.

외부 결합도는 두 개 이상의 모듈이 공통의 외부 데이터나 환경에 의존하는 경우 발생하는 결합도이다. 이는 모듈들이 전역 변수를 공유하거나, 동일한 파일 포맷에 접근하거나, 공유되는 통신 프로토콜에 의존할 때 나타난다. 모듈 자체 간의 직접적인 인터페이스보다는, 외부에 존재하는 공유 자원을 통해 간접적으로 연결되는 형태이다.

이러한 결합도는 모듈들이 외부 요소에 강하게 묶여 있음을 의미한다. 한 모듈이 공유 자원의 형식이나 구조를 변경하면, 이를 사용하는 다른 모든 모듈도 함께 수정해야 할 수 있다. 예를 들어, 여러 모듈이 참조하는 전역 데이터 구조가 변경되면, 해당 데이터를 읽거나 쓰는 모든 모듈의 코드를 검토하고 수정해야 한다. 이는 유지보수를 어렵게 하고, 시스템의 한 부분을 수정할 때 예상치 못한 부작용이 다른 부분에 발생할 위험을 높인다.

외부 결합도는 자료 결합도나 스탬프 결합도보다는 강한 결합으로 분류되며, 모듈의 독립성을 저해한다. 설계 시 외부 결합도를 줄이기 위해서는 정보 은닉 원칙을 적용하고, 모듈 간 필요한 데이터는 매개변수를 통해 명시적으로 전달하는 인터페이스를 설계하는 것이 좋다. 또한 전역 데이터의 사용을 최소화하고, 필요한 공유 자원은 잘 정의된 관리 모듈을 통해 접근하도록 구성함으로써 결합도를 완화할 수 있다.

공통 결합도는 두 개 이상의 모듈이 공통된 전역 변수나 전역 자료구조를 공유하여 접근할 때 발생하는 결합도이다. 이는 모듈들이 하나의 공통 영역을 통해 데이터를 주고받거나 상태를 변경함으로써 연결되는 방식이다. 공통 결합도는 자료 결합도나 스탬프 결합도보다 강한 결합을 유발하며, 모듈 간의 의존성을 높여 설계의 복잡성을 증가시킨다.

이러한 결합도의 주요 문제점은 한 모듈이 공통 영역의 데이터를 예상치 못하게 변경할 경우, 이를 사용하는 다른 모든 모듈에 부작용이 전파될 수 있다는 점이다. 이는 디버깅을 어렵게 하고, 코드 유지보수를 복잡하게 만든다. 또한, 공통 영역에 대한 접근이 명시적으로 드러나지 않아 모듈 간의 데이터 흐름을 추적하기 힘들어진다.

공통 결합도를 개선하기 위해서는 공유 데이터의 범위를 최소화하거나, 필요한 경우 캡슐화를 통해 안전한 인터페이스를 제공하는 방법을 고려해야 한다. 예를 들어, 객체지향 프로그래밍에서 싱글턴 패턴을 신중하게 사용하거나, 의존성 주입을 통해 명시적인 데이터 전달을 유도하는 것이 대안이 될 수 있다. 결국, 모듈 간의 결합도를 낮추는 것은 소프트웨어 품질과 시스템 안정성을 높이는 데 기여한다.

내용 결합도는 결합도 중 가장 강한 형태로, 한 모듈이 다른 모듈의 내부 구현을 직접 참조하거나 수정하는 경우에 발생한다. 이는 모듈 간의 경계가 완전히 무너진 상태로, 한 모듈이 다른 모듈의 내부 데이터를 직접 변경하거나, 제어 흐름을 점프하여 들어가거나, 내부 코드를 직접 실행하는 등의 상호작용을 포함한다. 이러한 결합은 소프트웨어 공학에서 바람직하지 않은 설계로 간주되며, 모듈성과 정보 은닉 원칙에 정면으로 위배된다.

구체적인 예로는 한 모듈이 다른 모듈의 지역 변수나 내부 데이터 구조에 직접 접근하여 값을 변경하거나, goto 문 등을 사용해 다른 모듈의 내부 라벨로 제어를 이동시키는 경우가 있다. 또한, 한 모듈이 다른 모듈의 내부 함수나 서브루틴을 직접 호출하는 경우도 내용 결합도에 해당할 수 있다. 이는 객체지향 설계에서 캡슐화가 철저히 무시된 상태와 유사하다.

내용 결합도가 높은 시스템은 유지보수가 극도로 어려워진다. 한 모듈을 수정할 때, 이를 직접 참조하고 있는 다른 모든 모듈의 영향을 고려해야 하며, 이는 예기치 않은 부작용과 버그를 초래할 가능성이 매우 크다. 또한 모듈의 재사용이 사실상 불가능해지며, 시스템의 특정 부분을 독립적으로 테스트하기도 어렵다. 따라서 모든 설계는 내용 결합도를 완전히 배제하는 것을 목표로 해야 한다.

이러한 결합도는 1970년대 래리 콘스탄틴과 에드워드 요던이 구조적 설계 방법론을 정립하며 체계화한 결합도 유형 중 하나로 처음 명확히 정의되었다. 높은 결합도를 피하고 낮은 결합도를 지향하는 것은 소프트웨어 품질과 설계 품질을 평가하는 핵심 기준이 되었다.