Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
кафедра вм
Курсовик
“Программа сложной структуры с использованием меню”
ВЫПОЛНИЛ: Пикулин Е. Г.
принял: Солодовников А. Д.
мОСКВА 1996 год
ОГЛАВЛЕНИЕ.
1. ВИДЫ КОНТРОЛЯ ПРОГРАММ
. ЦЕЛИ, ПРИНЦИПЫ И ЭТАПЫ ТЕСТИРОВАНИЯ
3. СТРУКТУРНОЕ ТЕСТИРОВАНИЕ
4. СОВМЕСТНОЕ ТЕСТИРОВАНИЕ МОДУЛЕЙ
5. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ТЕСТИРОВАНИЕ
6. ТЕСТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА В ЦЕЛОМ
7. ОТЛАДКА ПРОГРАММ
ВИДЫ КОНТРОЛЯ ПРОГРАММ
Программный комплекс - это совокупность программных модулей, предназначенных для решения одной задачи и составляющих одно целое.
Основными разновидностями контроля программного обеспечения являются визуальный, статический и динамический.
Визуальный контроль - это проверка программ “ за столом “ , без использования компьютера. На первом этапе визуального контроля осуществляется чтение программы, причем особое внимание уделяется следующим ее элементам:
Второй этап визуального контроля - сквозной контроль программы
( ее ручная прокрутка на нескольких заранее подобранных простых тестах). Распространенное мнение , что более выгодным является перекладывание большей части работы по контролю программных средств на компьютере, ошибочно. Основной довод в пользу этого таков : при работе на компьютере главным образом совершенствуются навыки в использовании клавиатуры, в то время как программистская квалификация приобретается прежде всего за столом.
Статический контроль- это проверка программы по ее тексту (без выполнения) с помощью инструментальных средств. Наиболее известной формой статического контроля является синтаксический контроль программы с помощью компилятора , при котором проверяется соответствие текста программы синтаксическим правилам языка программирования.
Сообщения компилятора обычно делятся на несколько групп в зависимости от уровня тяжести нарушения синтаксиса языка программирования :
Однако, практически любой компилятор пропускает некоторые виды синтаксических ошибок. Место обнаружения ошибки может находиться далеко по тексту программы от места истинной ошибки, а текст сообщения компилятора может не указывать на истинную причину ошибки. Одна синтаксическая ошибка может повлечь за собой генерацию компилятором нескольких сообщений об ошибках (например, ошибка в описании переменной приводит к появлению сообщения об ошибке в каждом операторе программы, использующем эту переменную).
Второй формой синтаксического контроля может быть контроль структурированности программ, то есть проверка выполнения соглашений и ограничений структурного программирования. Примером подобной проверки может быть выявление в тексте программы ситуаций, когда цикл образуется с помощью оператора безусловного перехода (использования оператора GOTO для перехода вверх по тексту программы ). Для проведения контроля структурированности могут быть созданы специальные инструментальные средства, а при их отсутствии эта форма статического контроля может совмещаться с визуальным контролем .
Третья форма статического контроля - контроль правдоподобия программы, то есть выявление в ее тексте конструкций, которые хотя и синтаксически корректны, но скорее всего содержат ошибку или свидетельствуют о ней. Основные неправдоподобные ситуации :
Даже если присутствие в тексте программы неправдоподобных конструкций не приводит к ее неправильной работе, исправление этого фрагмента повысит ясность и эффективность программы, т. е. благотворно скажется на ее качестве.
Для возможности проведения контроля правдоподобия в полном объеме также должны быть созданы специальные инструментальные средства, хотя ряд возможностей по контролю правдоподобия имеется в существующих отладочных и обычных компиляторах.
Следует отметить, что создание инструментальных средств контроля структурированности и правдоподобия программ может быть существенно
упрощено при применении следующих принципов:
При отсутствии инструментальных средств контроля правдоподобия эта фаза статического контроля также может объединяться с визуальным контролем.
Четвертой формой статического контроля программ является их верификация, то есть аналитическое доказательство их корректности.
В интуитивном смысле под корректностью понимают свойства программы, свидетельствующие об отсутствии в ней ошибок, допущенных разработчиком на различных этапах проектирования ( спецификации, проектирование алгоритма и структур данных, кодирование ). Корректность самой программы по отношению к целям, поставленным перед ее разработкой ( то есть это относительное свойство ). Отличие понятия корректности и надежности программ в следующем :
Надежность можно представить совокупностью следующих характеристик :
Очевидно, что не всякая синтаксически правильная программа является корректной в указанном выше смысле, т. е. корректность характеризует семантические свойства программ.
С учетом специфики появления ошибок в программах можно выделить две стороны понятия корректности :
В зависимости от выполнения или невыполнения каждого из двух названных свойств программы различают шесть задач анализа корректности :
Методы доказательства частичной корректности программ как правило опираются на аксиоматический подход к формализации семантики языков программирования. В настоящее время известны аксиоматические семантики Паскаля, подмножества ПЛ/1 и некоторых других языков.
Аксиоматическая семантика языка программирования представляет собой совокупность аксиом и правил вывода. С помощью аксиом задается семантика простых операторов языка (присваивания, ввода - вывода, вызова процедур). С помощью правил вывода описывается семантика составных операторов или управляющих структур (последовательности, условного выбора, циклов). Среди этих правил вывода надо отметить правило вывода для операторов цикла так как оно требует знания инварианта цикла (формулы, истинности которой не изменяется при любом прохождении цикла).
Построение инварианта для оператора цикла по его тексту является алгоритмически не разрешимой задачи, поэтому для описания семантики циклов требуется своего рода ”подсказка” от разработчика программы.
Наиболее известным из методов доказательства частичной корректности программ является метод индуктивных утверждений предложенный Флойдом и усовершенствованный Хоаром. Метод состоит из трех этапов.
Первый этап - получение аннотированной программы. На этом этапе для синтаксически правильной программы должны быть заданы утверждения на языке логики предикатов первого порядка :
Доказательство неистинности условий корректности свидетельствует о неправильности программы, или ее спецификации, или программы и спецификации.
Несмотря на достаточную сложность процесса верификации программы и на то, что даже успешно завершенная верификация не дает гарантий качества программы ( т.к. ошибка может содержаться и в верификации ), применение методов аналитического доказательства правильности очень полезно для уточнения смысла разрабатываемой программы, а знание этих методов благотворно сказывается на квалификации программиста.
Наконец, динамический контроль программы - это проверка правильности программы при ее выполнении на компьютере, т.е. тестирование.
ЦЕЛИ , ПРИНЦИПЫ И ЭТАПЫ ТЕСТИРОВАНИЯ .
Каждому программисту известно, сколько времени и сил уходит на отладку и тестирование программ. На этот этап приходится около 50% общей стоимости разработки программного обеспечения.
Но не каждый из разработчиков программных средств может верно определить цель тестирования. Нередко можно услышать, что тестирование - это процесс выполнения программы с целью обнаружения в ней ошибок. Но эта цель недостижима : ни какое самое тщательное тестирование не дает гарантии, что программа не содержит ошибок.
Другое определение тестирования ( у Г. Майерса ) тестирование - это процесс выполнения программы с целью обнаружения в ней ошибок. Такое определение цели стимулирует поиск ошибок в программах. Отсюда также ясно, что “удачным” тестом является такой, на котором выполнение программы завершилось с ошибкой. Напротив, “неудачным можно назвать тест, не позволивший выявить ошибку в программе.
Определение Г. Майерса указывает на объективную трудность тестирования : это деструктивный ( т.е. обратный созидательному ) процесс. Поскольку программирование - процесс конструктивный, ясно, что большинству разработчиков программных средств сложно “переключиться” при тестировании созданной ими продукции.
У Майерса сформулированы также основные принципы организации тестирования :
Существует два основных вида тестирования : функциональное и структурное. При функциональном тестировании программа рассматривается как “черный ящик” (то есть ее текст не используется). Происходит проверка соответствия поведения программы ее внешней спецификации. Возможно ли при этом полное тестирование программы ? Очевидно , что критерием полноты тестирования в этом случае являлся бы перебор всех возможных значений входных данных, что невыполнимо .
Поскольку исчерпывающее функциональное тестирование невозможно, речь может идти о разработки методов, позволяющих подбирать тесты не “вслепую”, а с большой вероятностью обнаружения ошибок в программе.
При структурном тестировании программа рассматривается как “белый ящик” (т.е. ее текст открыт для пользования ). Происходит проверка логики программы. Полным тестированием в этом случае будет такое, которое приведет к перебору всех возможных путей на графе передач управления программы (ее управляющем графе). Даже для средних по сложности программ числом таких путей может достигать десятков тысяч. Если ограничиться перебором только линейных не зависимых путей, то и в этом случае исчерпывающее структурное тестирование практически невозможно, т. к. неясно, как подбирать тесты , чтобы обеспечить “покрытие” всех таких путей. Поэтому при структурном тестировании необходимо использовать другие критерии его полноты, позволяющие достаточно просто контролировать их выполнение, но не дающие гарантии полной проверки логики программы.
Но даже если предположить, что удалось достичь полного структурного тестирования некоторой программы, в ней тем не менее могут содержаться ошибки, т.к.
Таким образом, ни структурное, ни функциональное тестирование не может быть исчерпывающим. Рассмотрим подробнее основные этапы тестирования программных комплексов.
В тестирование многомодульных программных комплексов можно выделить четыре этапа :
На первых двух этапах используются прежде всего методы структурного тестирования, т.к.
на последующих этапах тестирования эти методы использовать сложнее из-за больших размеров проверяемого программного обеспечения ;
последующие этапы тестирования ориентированы на обнаружение ошибок различного типа, которые не обязательно связаны с логикой программы.
При тестировании как отдельных модулей, так и их комплексов должны быть решены две задачи :
СТРУКТУРНОЕ ТЕСТИРОВАНИЕ .
Поскольку исчерпывающее структурное тестирование невозможно, необходимо выбрать такие критерии его полноты, которые допускали бы их простую проверку и облегчали бы целенаправленный подбор тестов.
Наиболее слабым из критериев полноты структурного тестирования является требование хотя бы однократного выполнения (покрытия) каждого оператора программы.
Более сильным критерием является так называемый критерий С1 : каждая ветвь алгоритма (каждый переход) должна быть пройдена (выполнена) хотя бы один раз. Для большинства языков программирования покрытие переходов обеспечивает и покрытие операторов, но , например, для программ на языке ПЛ/1 дополнительно к покрытию всех ветвей требуется всех дополнительных точек входа в процедуру (задаваемых операторами ENTRY) и всех ON - единиц.
Использование критерия покрытия условий может вызвать подбор тестов, обеспечивающих переход в программе, который пропускается при использовании критерия С1 (например, в программе на языке Паскаль, использующей конструкцию цикла WHILE х AND y DO... , применение критерия покрытия условий требует проверки обоих вариантов выхода из цикла : NOT x и NOT y ).
С другой стороны покрытие условий может не обеспечивать покрытия всех переходов. Например, конструкция IF A AND B THEN... требует по критерию покрытия условий двух тестов (например, A=true, B=false и A=false, B=true ), при которых может не выполняться оператор, расположенный в then - ветви оператора if.
Практически единственным средством, предоставляемым современными системами программирования, является возможность определения частоты выполнения различных операторов программы (ее профилизации). Но с помощью этого инструмента поддержки тестирования можно проверить выполнение только слабейшего из критериев полноты - покрытие всех операторов.
Правда, с помощью этого же инструмента можно проверить и выполнение критерия С1. Но для этого предварительно текст программы должен быть преобразован таким образом, чтобы все конструкции условного выбора (IF и CASE
или SWITCH ) содержали ветви ELSE или DEFAULT, хотя бы и пустые. В этом случае все ветви алгоритма , не выполнявшиеся на данном тесте будут “видимы” из таблицы частоты выполнения операторов преобразованной программы.
Актуальной остается задача создания инструментальных средств, позволяющих :
Совместное тестирование модулей.
Известны два подхода к совместному тестированию модулей : пошаговое и монолитное тестирование.
При монолитном тестировании сначала по отдельности тестируются все модули программного комплекса, а затем все они объединяются в рабочую программу для комплексного тестирования.
При пошаговом тестировании каждый модуль для своего тестирования подключается к набору уже проверенных модулей.
В первом случае для автономного тестирования каждого модуля требуется модуль - драйвер ( то есть вспомогательный модуль, имитирующий вызов тестируемого модуля) и один или несколько модулей - заглушек ( то есть вспомогательных модулей, имитирующих работу модулей, вызываемых из тестируемого). При пошаговом тестировании модули проверяются не изолированно друг от друга, поэтому требуются либо только драйверы, либо только заглушки.
А
B C D
E F
ðèñ. 1
10
При сравнении пошагового и монолитного тестирования можно отметить следующие преимущества первого подхода :
Есть преимущества и у монолитного тестирования :
В целом более целесообразным является выбор пошагового тестирования. При его использовании возможны две стратегии подключения модулей : нисходящая и восходящая.
Нисходящее тестирование начинается с главного (или верхнего) модуля программы, а выбор следующего подключаемого модуля происходит из числа модулей, вызываемых из уже протестированных. Одна из основных проблем , возникающих при нисходящем тестировании, - создание заглушек. Это тривиальная задача, т. к. как правило недостаточно, чтобы в заглушке выполнялся вывод соответствующего информационного сообщения и возврат всегда одних и тех же значений выходных данных.
Другая проблема , которую необходимо решать при нисходящем тестировании, - форма представления тестов в программе, так как, как правило, главный модуль получает входные данные не непосредственно, а через специальные модули ввода, которые при тестировании в начале заменяются заглушками. Для передачи в главный модуль разных тестов нужно или иметь несколько разных заглушек, или записать эти тесты в файл во внешней памяти и с помощью заглушки считывать их.
Поскольку после тестирования главного модуля процесс проверки может продолжаться по-разному, следует придерживаться следующих правил :
11
Основные достоинства нисходящего тестирования :
уже на ранней стадии тестирования есть возможность получить работающий вариант разрабатываемой программы ;
быстро могут быть выявлены ошибки, связанные с организацией взаимодействие с пользователем.
Недостатки нисходящей стратегии продемонстрируются с помощью рис.2.
Допустим , что на следующем шаге тестирования заглушка модуля H заменяется его реальным текстом. Тогда
Другие проблемы, которые могут возникать при нисходящем тестировании :
При восходящем тестировании поверка программы начинается с терминальных модулей (т.е. тех, которые не вызывают не каких других модулей программы). Эта стратегия во многом противоположна нисходящему тестированию (в частности, преимущества становятся недостатками и наоборот).
Нет проблемы выбора следующего подключаемого модуля - учитывается лишь то , чтобы он вызывал только уже протестированные модули. В отличие от заглушек драйверы не должны иметь несколько версий, поэтому их разработка в большинстве случаев проще (кроме того, использование средств автоматизации и отладки облегчает создание как раз драйверов, а не заглушек).
Другие достоинства восходящего тестирования :
Основными недостатком восходящего тестирования является то , что проверка всей структуры разрабатываемого программного комплекса возможна только на завершающей стадии тестирования.
Хотя однозначного вывода о преимущества той или иной стратегии пошагового тестирования сделать нельзя (нужно учитывать конкретные характеристики тестируемой программы), в большинстве случаев более предпочтительным является восходящее тестирование.
На третьем этапе тестирования программных комплексов (тестировании функций) используются прежде всего методы функционального тестирования.
Функциональное тестирование.
Обзор методов проектирования тестов при функциональном тестировании начнем с метода эквивалентного разбиения.
Т.к. нашей целью является построения множества тестов, характеризующегося наивысшей вероятностью обнаружения большинства ошибок в тестируемой программе, то тест из этого множества должен :
Другими словами :
В общем случае использование термина “класс эквивалентности” является здесь не вполне точным, т.к. выделенные подобласти могут пересекаться.
Проектирование тестов по методу эквивалентного разбиения проводится в два этапа :
На первом этапе происходит выбор из спецификации каждого входного условия и разбиение его на две или более группы, соответствующие так называемым “правильным” (ПКЭ) и “неправильным” классом эквивалентности (НКЭ), т.е. областям допустимых для программы и недопустимых значений входных данных. Этот процесс зависит от вида входного условия. Если входное условие описывает область (например, х <=0.5) или количеством (например, размер массива А равен 50) допустимых значений входных данных, то определяются один ПКЭ (х <=0.5 или размер А равен 50) и два НКЭ (х< -0.5 ; х>0.5 или размер А меньше 50 ; размер А больше 50).
Если входное условие описывает дискретное множество допустимых значений входных данных (например, В может равно -1, 0 или 1) , то определяются ПКЭ для каждого значения из множества (в данном примере 3) и один НКЭ (В<>-1 & В<>0 & В<>1).
Если входное условие описывает ситуацию “ложно быть ” (например, N>0), то определяются один ПКЭ (N>0) и один НКЭ (N<=0).
На втором этапе метода эквивалентного разбиения выделенные классы эквивалентности используются для построения тестов :
Нарушение третьего условия приводит к тому, что некоторые тесты с недопустимыми значениями входных данных проверяют только одну ошибку и скрывают реакцию программы на другие ошибки.
Метод эквивалентного разбиения значительно лучше случайного подбора тестов, но имеет свои недостатки. Основной из них - пропуск определенных типов высокоэффективных тестов (т.е. тестов, характеризующихся большой вероятностью обнаружения ошибок). От этого недостатка во многом свободен метод анализа граничных условий.
Под граничными условиями понимают ситуации, возникающие непосредственно на границе определенного в спецификации входного или выходного условия, выше или ниже ее . Метод анализа граничных условий отличается от метода эквивалентного разбиения следующим :
Общие правила метода анализа граничных условий :
Важность проверки границ выходных условий объясняется тем, что не всегда граничным значениям входных данных соответствуют граничные значения результатов работы программ.
Для иллюстрации необходимости анализа граничных условий приведем тривиальный пример. Пусть имеется программа, осуществляющая ввод трех чисел интерпретирующая их как длины сторон треугольника и выводящая сообщение о типе треугольника (“разносторонний”, “равнобедренный” или “равносторонний ”). Допустим также, что в программе содержится ошибка : при проверке условия построения треугольника (сумма длин любых двух сторон должна быть больше третьей) используется операция отношения >= вместо >. При проектировании тестов по методу эквивалентного разбиения будут построены тесты для случаев возможности построения треугольника (например, 3, 4, 5) и невозможности его построения (например, 1, 2, 4), т.е. ошибка в программе не будет обнаружена (на входные данные 1, 2, 3 будет выведено сообщение “разносторонний треугольник”). Но подобный тест будет получен при использовании метода анализа граничных условий.
Анализ граничных условий - один из наиболее полезных методов проектирования тестов. Но он часто оказывается неэффективным из-за того , что граничные условия иногда едва уловимы, а их выявление весьма трудно.
Общим недостатком двух рассмотренных выше методов функционального тестирования является то, что при их применение исследуются возможные комбинации входных условий. Следует, правда, заметить, что из-за весьма большого числа таких комбинаций, их анализ вызывает существенные затруднения. Но существует метод (метод функциональных диаграмм), позволяющий в этом случае систематическим образом выбрать высоко эффективные тесты. Полезным побочным эффектом этого метода является обнаружение неполноты и противоречивости во внешних спецификациях.
Функциональная диаграмма - это текст на некотором формальном языке, на который транслируется спецификация, составленная на естественном или полуформальном языках. Далее будет называться причиной отдельное входное условие и следствием - выходное условие или преобразование системы (т.е. остаточное действие программы, вызванное определенным входным условием или их комбинацией). Например, для программы обновления файла изменение в нем является преобразованием системы, а подтверждающее это изменение сообщение - выходным условием.
Метод функциональных диаграмм состоит из шести основных этапов. На первом из них (необязательном) внешняя спецификация большого размера разбивается на отдельные участки (например, спецификация компилятора языка программирования разбивается на участки, определяющие синтаксический контроль отдельных операторов языка).
На втором этапе в спецификации выделяются причины и следствия, а на третьем - анализируется семантическое содержание спецификации и она преобразуется в булевский граф, связывающий причины и следствия и называющийся функциональной диаграммой. На рис.3 приведены базовые символы для записи функциональных диаграмм (каждый узел функциональной диаграммы может находиться в состоянии 1 - “существует” - или 0 - “не существует”).
а) Тождество : (а1>b1) & (а0>b0)
а b
б) Отрицание : (а1>b0) & (a0>b1)
~
a b
в) Дизъюнкция : (a1b1>c1) & (a0&b>0 >c0)
a
c
b
г) Конъюнкция : (a1&b1>c1) & (a0b0>c0)
a
& c
b
рис.3
На четвертом этапе функциональная диаграмма снабжается комментариями, которые задают ограничения на комбинации причин и следствий. На рис.4 приведены знаки комментариев, задающих эти ограничения.
а) Исключение одной из причин :
a
E ((a1b1)^~(a1&b1)) (a0&b0)
b
б) Включение хотя бы одной причины :
a
I (a1b1)&~(a0&b0)
b
в) Существует одна и только одна причина :
a
O (a1b1)&~(a1&b1)&~(a0&b0)
b
г) Одна причина влечет за собой другую :
a
R ~(a1&b0)
b
д) Одно следствие скрывает в себе другое :
a
M (a1&b0)&(a1&b1)
b
рис.4
Пятый этап - функциональная диаграмма преобразуется в таблицу решений :
выбирается следствие, которое устанавливается в 1 ;
находятся все комбинации причин (с учетом ограничений),
которые устанавливают выбранное следствие в 1