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La Complejidad Ciclomática (Cyclomatic Complexity) es una métrica del software que proporciona una medición cuantitativa de la complejidad lógica de un programa. Es una de las métricas de software mas ampliamente aceptada, ya que ha sido concebida para ser independiente del lenguaje.

Esta métrica, propuesta por Thomas McCabe en 1976, se basa en el diagrama de flujo determinado por las estructuras de control de un determinado código. De dicho análisis se puede obtener una medida cuantitativa de la dificultad de de crear pruebas automáticas del código y también es una medición orientativa de la fiabilidad del mismo.

El nombre “Complejidad Ciclomática” puede resultar engañoso para un programador ya que la idea de esta métrica no es contar los bucles (for, while, do…) en el código de un programa sinó en el resultado de contar el número de ciclos diferentes que se siguen en un fragmento de código de un programa habiendo creado una rama imaginaria desde el nodo de salida al nodo de entrada del diagrama de flujo correspondiente a este fragmento de código. Un nombre más adecuado podría ser Complejidad Condicional ya que el cálculo de esta métrica se ajusta más al hecho de buscar condiciones que contar ejecuciones de predicados dentro de bucles.

El resultado obtenido en el cálculo de la complejidad ciclomática define el número de caminos independientes dentro de un fragmento de código y determina la cota superior del número de pruebas que se deben realizar para asegurar que se ejecuta cada sentencia al menos una vez.

La medida resultante puede ser utilizada en el desarrollo, mantenimiento y reingeniería para estimar el riesgo, costo y estabilidad. Algunos estudios experimentales indican la existencia de distintas relaciones entre la métrica de McCabe y el número de errores existentes en el código fuente, así como el tiempo requerido para encontrar y corregir esos errores.

Una vez calculada la complejidad ciclomática de un fragmento de código, se puede determinar el riesgo que supone utilizando los rangos definidos en la siguiente tabla:

A partir del análisis de muchos proyectos McCabe encontró que un valor 10 es un límite superior práctico para el tamaño de un módulo. Cuando la complejidad supera dicho valor se hace muy difícil probarlo, entenderlo y modificarlo. La limitación deliberada de la complejidad en todas las fases del desarrollo ayuda a evitar los problemas asociados a proyectos de alta complejidad. El límite propuesto por McCabe sin embargo es fuente de controversias. Algunas organizaciones han utilizado el valor 15 con bastante éxito.

Cálculo de la Complejidad Ciclomática

Para poder dar una definición acabada de la complejidad ciclomática, es necesario primero introducir una sencilla notación para la representación del flujo de control, denominada Grafos de Flujo de Control de un programa.

M = Complejidad ciclomática.

E = Número de aristas del grafo. Una arista conecta dos vértices si una sentencia puede ser ejecutada inmediatamente después de la primera.

N = Número de nodos del grafo correspondientes a sentencias del programa.

P = Número de componentes conexos correspondientes a las diferentes subrutinas, funciones o métodos.

Definidos estos conceptos, la Complejidad Ciclomática puede calcularse de la siguiente manera:

M = E − N + P

Una versión simplificada para el cálculo de la Complejidad Ciclomática es la siguiente:

M = Número de condiciones + 1

Ámbito de utilizacion de la Complejidad Ciclomática

La complejidad ciclomática puede ser aplicada en varias áreas incluyendo:

• Análisis de riesgo en desarrollo de código: Mientras el código esta en desarrollo, su complejidad puede ser medida para estimar el riesgo inherente.

• Análisis de riesgo de cambio durante la fase de mantenimiento: La complejidad del código tiende a incrementarse a medida que es mantenido durante el tiempo. Midiendo la complejidad antes y después de un cambio propuesto, puede ayudar a decidir cómo minimizar el riesgo del cambio.

• Planificación de Pruebas: El análisis matemático ha demostrado que la complejidad ciclomática indica el número exacto de casos de prueba necesarios para probar cada punto de decisión en un programa.

• Reingeniería: Provee conocimiento de la estructura del código operacional de un sistema. El riesgo involucrado en la reingeniería de una pieza de código está relacionado con su complejidad.

Aplicaciones para calcular la Complejidad Ciclomática

Algunas aplicaciones que implementan el cálculo de complejidad ciclomática son las siguientes:

• Covertura : Muestra la Complejidad Ciclomática en Java para cada clase y la media de Complejidad Ciclomática para cada paquete y para todo el proyecto.
• PEAR::CodeSniffer : Comprobador de código PHP para la verificación de varios estándares que incluye comprobación de Complejidad Ciclomática.
• Perl::Metrics::Simple : Analizador de código fuente Perl que comprueba varias métricas, entre ellas, la Complejidad Ciclomática de cada subrutina/método.
• complexity.py : Script en Python para comprobar la Complejidad Ciclomática en programas realizados en este lenguaje.

Consideraciones finales

En Softonic, empresa en la que trabajo, utilizamos esta y otras métricas para garantizar la calidad en nuestros desarrollos y puedo decir por experiencia personal que los resultados tienden a mejorar la claridad y estructura de código, reducir los tests necesarios para comprobar el código y minimizar el riesgo de errores.

Para una mayor profundización teórica en estos conceptos, recomiendo la lectura de los siguientes documentos:

A Complexity Measure - McCabe’s original paper (1976).
Complejidad ciclomática - Tésis sobre la complejidad ciclomática.