Файл: Отладка и тестирование программ: основные подходы и ограничения (Проектирование программы).pdf

Фундаментом верификации является логика, формальный язык логики, а также формальные модели и методы. Верификация программ обычно сводит анализ их свойств к доказательству истинности условий корректности в виде логических формул.

Основным подходом к обоснованию корректности, является подход, при котором исследуется (верифицируется) не сама программа, а ее спецификация (формальная модель). Представительными из числа широко распространенных формальных моделей являются сети Петри, взаимодействующие последовательные процессы Хоара, временные (темпоральные) логики.

Несмотря на то, что результаты применения верификации значительно мощнее, решающее практическое значение для обоснования надежности последовательных программ имеет тестирование. Это связано с тем, что верификация является очень трудоемким процессом и требует пока больших затрат, а в случае последовательных программ эти затраты часто бывают не оправданы [19].

Отладка – процесс исправления ошибок, обнаруженных при тестировании, состоит из многократного чередования этапов тестирования, локализации и исправления ошибок.

Если при тестировании полученные результаты отличаются от эталонных (ожидаемых), то необходимо определить местоположение ошибки (локализовать ее), ее характер, а затем выработать одну или несколько гипотез о природе ошибок. Важно исследовать полученные данные в поисках противоречий выдвинутым гипотезам. Для получения дополнительных данных используются аварийная печать, печать в контрольных точках и слежение за значениями переменных. При аварийной печати выдаются значения переменных в программе в момент возникновения ошибки. При печати в контрольных точках в программе заранее выбираются места, в которых необходимо распечатать дополнительную информацию. При слежении в момент, когда переменной присваивается новое значение, оно выводится на экран. Во многих системах программирования на языках высокого уровня перечисленные выше возможности включены в символьные отладчики, позволяющие вести отладку в интерактивном режиме [22].

После локализации ошибки целесообразно внимательно проверить весь модуль. Не исключено, что будут выявлены еще какие–то ошибки. Если корректировка требует серьезных изменений, необходимо проанализировать текст программы полностью. В заключение нужно обязательно скорректировать документацию.

Несомненно, что любая ошибка нуждается в пристальном изучении. Необходимо понять, почему она возникла и что должно быть сделано, чтобы ее предотвратить или обнаружить раньше

---

2.2. Отладка и тестирование программ: основные подходы и ограничения

Рассмотрим подробно основные подходы (методы) к тестированию и отладке программного обеспечения, а также их ограничения.

Метод Сандвича

Тестирование методом сандвича представляет собой компромисс между восходящим и нисходящим подходами. Здесь делается попытка воспользоваться достоинствами обоих методов, избежав их недостатков. При использовании этого метода одновременно начинают восходящее и нисходящее тестирование, собирая программу как снизу, так и сверху и встречаясь в конце концов где–то в середине. Точка встречи зависит от конкретной тестируемой программы и должна быть заранее определена при изучении ее структуры.

Например, если разработчик может представить свою систему в виде уровня прикладных модулей, затем уровня модулей обработки запросов, затем уровня примитивных функций, то он может решить применять нисходящий метод на уровне прикладных модулей (программируя заглушки вместо модулей обработки запросов), а на остальных уровнях применить восходящий метод. Применение метода сандвича – это разумный подход к интеграции больших программ, таких, как операционная система или пакет прикладных программ. Метод сандвича сохраняет такое достоинство нисходящего и восходящего подходов, рассмотренных в предыдущем разделе работы, как начало интеграции системы на самом раннем этапе. Поскольку вершина программы вступает в строй рано, мы, как в нисходящем методе, уже на раннем этапе получаем работающий каркас программы. Поскольку нижние уровни программы создаются восходящим методом, снимаются те проблемы нисходящего метода, которые были связаны с невозможностью тестировать некоторые условия в глубине программы [7].

Модифицированный метод сандвича.

При тестировании методом сандвича возникает та же проблема, что и при нисходящем подходе, хотя здесь она стоит не так остро. Проблема эта в том, что невозможно досконально тестировать отдельные модули. Восходящий этап тестирования по методу сандвича решает эту проблему для модулей нижних уровней, но она может по–прежнему оставаться открытой для нижней половины верхней части программы. В модифицированном методе сандвича нижние уровни также тестируются строго снизу вверх. А модули верхних уровней сначала тестируются изолированно, а затем собираются нисходящим методом. Таким образом, модифицированный метод сандвича также представляет собой компромисс между восходящим и нисходящим подходами [14].

---

Метод «белого ящика»

Термин «белый ящик» означает, что при разработке тестовых случаев тестировщики используют любые доступные сведения о внутренней структуре или коде. Технологии, применяемые во время тестирования «белого ящика», обычно называют технологиями статического тестирования. Этот метод не ставит цели выявление синтаксических ошибок, так как дефекты такого рода обычно обнаруживает компилятор. Методы белого ящика направлены на локализацию ошибок, которые сложнее выявить, найти и зафиксировать. С их помощью можно обнаружить логические ошибки и проверить степень покрытия тестами.

Тестирование посредством белого ящика, как правило, включает в себя стратегию модульного тестирования, при котором тестирование ведется на модульном или функциональном уровне и работы по тестированию направлены на исследование внутреннего устройства модуля. Данный тип тестирования называют также модульным тестированием, тестированием прозрачного ящика или прозрачным тестированием, поскольку сотрудники, проводящие тестирование, имеют доступ к программному коду и могут видеть работу программы изнутри. Данный подход к тестированию известен также как структурный подход. На этом уровне тестирования проверяется управляющая логика, проявляющаяся на модульном уровне. Тестовые драйверы используются для того, чтобы все пути в данном модуле были проверены хотя бы один раз, все логические решения рассмотрены во всевозможных условиях, циклы были выполнены с использованием верхних и нижних границ и роконтролированы структуры внутренних данных.

Методы тестирования на основе стратегии белого ящика:

1. Ввод неверных значений.
2. Модульное тестирование.
3. Утечка памяти.
4. Тестирование цепочек.
5. Исследование покрытия.
6. Покрытие решений.
7. Покрытие условий [22].

Метод «черного ящика»

Тестирование на основе стратегии черного ящика возможно лишь при наличии установленных открытых интерфейсов, таких как интерфейс пользователя или программный интерфейс приложения (API). Если тестирование на основе стратегии белого ящика исследует внутреннюю работу программы, то методы тестирования черного ящика сравнивают поведение приложения с соответствующими требованиями. Кроме того, эти методы обычно направлены на выявление трех основных видов ошибок: функциональности, поддерживаемой программным продуктом; производимых вычислений; допустимого диапазона или области действия значений данных, которые могут быть обработаны программным продуктом.

---

На этом уровне тестировщики не исследуют внутреннюю работу компонентов программного продукта, тем не менее они проверяются неявно. Группа тестирования изучает входные и выходные данные программного продукта. В этом ракурсе тестирование с помощью методов черного ящика рассматривается как синоним тестирования на уровне системы, хотя методы черного ящика могут также применяться во время модульного или компонентного тестирования. При тестировании методами черного ящика важно участие пользователей, поскольку именно они лучше всего знают, каких результатов следует ожидать от бизнес–функций [20].

Тестирование при помощи методов черного ящика направлено на получение множеств входных данных, которые наиболее полно проверяют все функциональные требования системы. Это не альтернатива тестированию по методу белого ящика. Этот тип тестирования нацелен на поиск ошибок, относящихся к целому ряду категорий, среди них:

1. Неверная или пропущенная функциональность
2. Ошибки интерфейса
3. Проблемы удобства использования
4. Методы тестирования на основе
5. Автоматизированные инструменты
6. Ошибки в структурах данных или ошибки доступа к внешним базам данных
7. Проблемы снижения производительности и другие ошибки производительности
8. Ошибки загрузки
9. Ошибки многопользовательского доступа
10. Ошибки инициализации и завершения
11. Проблемы сохранения резервных копий и способности к восстановлению работы
12. Проблемы безопасности [20].

Методы тестирования на основе стратегии черного ящика:

1. Эквивалентное разбиение.
2. Системное тестирование.
3. Тестирование безопасности.
4. Тестирование перегрузок.
5. Тестирование производительности.
6. Тестирование удобства использования [3].

Методы отладки программного обеспечения

Отладка программы, так или иначе, представляет собой рассмотрение и логическое решение доступной информации об ошибках. Большая часть ошибок может быть узнана по косвенным признакам посредством тщательного анализа текстов программ и результатов тестирования без получения дополнительной информации. Таким образом, при проведении отладки возможно использование различных методов:

1. Ручное тестирование.
2. Прологи.
3. Снижения.
4. Обратная трассировка [4].

Наиболее распространенный метод на сегодняшний день – методы ручного тестирования, который является самым простым и естественным методом данной группы [4]. В обнаружении ошибок необходимо выполнить протестированную программу вручную, используя коммутируемый тест, работой, с которой была узнана ошибка. Метод очень эффективен, но не применим для больших программ, программ с трудными расчетами и когда ошибка соединяется с неправильным представлением компании–производителя о производительности некоторых операций. Данный метод часто использует в качестве компонента других методов устранения неисправностей [7].

---

Во второй главе работы были рассмотрены основные подходы и ограничения к отладке и тестированию программ, для этого в первую очередь были приведены основные виды тестирования и отладки программ, и уже позднее – непосредственно подходы. Определено, что в настоящее время известно несколько подходов к тестированию программ, которые распространены среди программистов и активно ими используются. При этом ни один из существующих методов нельзя назвать совершенным или идеально простым. Выявленные ограничения делают рассмотренные подходы несколько негибкими, тем не менее, остается возможность выбора наиболее целесообразного метода в той или иной ситуации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении работы была достигнута поставленная цель – рассмотрены основные подходы и ограничения к отладке и тестированию программ. Для достижения поставленной цели были выполнены определенные задачи, а именно:

• рассмотрено понятие и сущность программы;
• проанализированы основные этапы проектирования программ;
• охарактеризованы цели и этапы отладки и тестирования программ;
• осуществлен краткий обзор основных видов тестирования и отладки программ;
• подробно рассмотрены основные подходы и ограничения к отладке и тестированию программ.

В ходе исследования также подтвердилось, что отладка и тестирование как единое целое являются обязательным этапом создания программы – без выполнения тестирования не станет ясно, верно ли работает готовый продукт, а без отладки и тестирование будет бесполезным.

Также можно сказать, что вопрос исследования изучен не полностью, так как наука и техника постоянно развивается, все более усложняя и изобретая все новые и новые способы, методы и подходы к тестированию и отладке программного обеспечения. Так, текст данной работы может быть дополнен при появлении новых подходов, а в настоящее время может использоваться как часть обучающего модуля по дисциплине «Основы алгоритмизации и программирования» в качестве источника актуальной теоретической информации о целях и видах тестирования и отладки программы, а также об основных подходах и ограничениях данных процессов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Аузяк, А. Г. Программирование и основы алгоритмизации: Для инженерных специальностей технических университетов и вузов. /А. Г. Аузяк, Ю. А. Богомолов, А.И. Маликов, Б.А. Старостин. Казань: Изд-во Казанского национального исследовательского технического ун-та - КАИ, 2013, 153 с. Режим доступа: http://au.kai.ru/documents/Auzyak_Progr_osn_alg_C_2013.pdf.
2. Белов, П. М. Основы алгоритмизации в информационных системах: Учебн. Пособие.- Спб.: СЗТУ, 2003. – 85с. Режим доступа: http://www.ict.edu.ru/ft/005406/nwpi225.pdf
3. Биллиг, В. А. Основы объектного программирования на C# (C# 3.0, Visual Studio 2008) / В. А. Биллиг. – М.: Интернет–университет информационных технологий, Бином. Лаборатория знаний, 2016. – 584 c.
4. Буховец, А. Г. Алгоритмы вычислительной статистики в системе R. Учебное пособие / А. Г. Буховец, П. В. Москалев. – М.: Лань, 2015. – 160 c.
5. Васильев, П. П. Турбо Паскаль в примерах и задачах / П. П. Васильев. – М.: Финансы и статистика, 2016. – 496 c.
6. Гавриков, М. М. Теоретические основы разработки и реализации языков программирования / М. М. Гавриков, А. Н. Иванченко, Д. В. Гринченков. – М.: КноРус, 2014. – 184 c.
7. Гергель, В. П. Современные языки и технологии параллельного программирования / В. П. Гергель. – М.: Издательство МГУ, 2016. – 408 c.
8. Герман, О. Программирование на Java и C# для студента / О. Герман, Ю. Герман. – М.: БХВ–Петербург, 2014. – 512 c.
9. Жданова, Т. А. Основы алгоритмизации и программирования: учеб. пособие / Т. А. Жданова, Ю. С. Бузыкова. – Хабаровск : Изд-во Тихоокеан. гос.ун-та, 2011. – 56 с. Режим доступа: http://pnu.edu.ru/media/filer_public/2013/02/25/book_basics.pdf.
10. Зыков, С. В. Введение в теорию программирования. Курс лекций. Учебное пособие / С. В. Зыков. – М.: Интернет–университет информационных технологий, 2017. – 400 c.
11. Истомин, Е. П. Информатика и программирование / Е. П. Истомин, A. M. Власовец. – М.: Андреевский Издательский дом, 2015. – 294 c.
12. Ишкова, Э. А. C#. Начала программирования / Э. А. Ишкова. – М.: Бином–Пресс, 2016. – 334 c.
13. Кадырова, Г. Р. Основы алгоритмизации и программирования: учебное пособие / Г. Р. Кадырова. – Ульяновск : УлГТУ, 2014. – 95 с. Режим доступа: http://venec.ulstu.ru/lib/disk/2014/137.pdf
14. Кетков, Ю. Л. Свободное программное обеспечение. FREE PASCAL для студентов и школьников (+ CD) / Ю.Л. Кетков, А.Ю. Кетков. – М.: БХВ–Петербург, 2017. – 376 c.
15. Культин, Н. Visual Basic для студентов и школьников / Н. Культин. – М.: БХВ–Петербург, 2017. – 354 c.
16. Макаров, В. Л. Программирование и основы алгоритмизации.: учебн. пособие / В. Л. Макаров.-Спб., СЗТУ, 2003, - 110с. Режим доступа: http://window.edu.ru/resource/126/25126/files/nwpi223.pdf
17. Медведик, В. И. Практика программирования на Паскаль. Задачи и решения. Учебное пособие / В. И. Медведик. – М.: ДМК Пресс, 2015. – 590 c.
18. Опалева, Э. А. Языки программирования и методы трансляции / Э. А. Опалева, В. П. Самойленко. – М.: БХВ–Петербург, 2015. – 480 c.
19. Павловская, Т. А. C/C++. Программирование на языке высокого уровня / Т. А. Павловская. – М.: Питер, 2016. – 464 c.
20. Павловская, Т. А. C/C++. Процедурное и объектно–ориентированное программирование. Учебник / Т. А. Павловская. – М.: Питер, 2015. – 496 c.
21. Рак, И. П. Основы алгоритмизации и программирования: Метод. указ. / Сост.: И.П. Рак, А.В. Терехов, А.В. Селезнев. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та. Режим доступа: http://www.ict.edu.ru/ft/004758/terehov.pdf.
22. Рапаков, Г. Г. Turbo Pascal для студентов и школьников / Г. Г. Рапаков, С. Ю. Ржеуцкая. – М.: БХВ–Петербург, 2017. – 352 c.
23. Санников, Е. В. Курс практического программирования в Delphi. Объектно–ориентированное программирование / Е. В. Санников. – М.: Солон–Пресс, 2015. – 188 c.
24. Семакин, И. Г. Основы программирования и баз данных. Учебник / И. Г. Семакин. – М.: Academia, 2016. – 224 c.
25. Финогенов, К. Г. Использование языка Ассемблера. Учебное пособие / К. Г. Финогенов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2017. – 440 c.
26. Финогенов, К. Основы языка Ассемблера / К. Финогенов. – М.: Горячая Линия – Телеком, Радио и связь, 2017. – 963 c.
27. Хабибуллин, И. Программирование на языке высокого уровня. C/C++ / И. Хабибуллин. – М.: БХВ–Петербург, 2016. – 512 c.
28. Хорев, П. Б. Объектно–ориентированное программирование с примерами на С#. Учебное пособие / П. Б. Хорев. – М.: Форум, Инфра–М, 2016. – 200 c.
29. Черпаков, И. В. Основы программирования. Учебник и практикум / И. В. Черпаков. – М.: Юрайт, 2016. – 220 c.

---