Модульное тестирование

Модульное тестирование — это тестирование программы на уровне отдельно взятых модулей, функций или классов. Цель модульного тестирования заключается в выявлении

локализованных в модуле ошибок в реализации алгоритмов, а также в определении степени готовности системы к переходу на следующий уровень разработки и тестирования. Модульное тестирование проводится по принципу «белого ящика», т. е. основывается на знании внутренней структуры программы и часто включает те или иные методы анализа покрытия кода.

Модульное тестирование обычно подразумевает создание вокруг каждого модуля определенной среды, включающей заглушки для всех интерфейсов тестируемого модуля. Некоторые из них могут использоваться для подачи входных значений, другие — для анализа результатов, присутствие третьих может быть продиктовано требованиями, накладываемыми компилятором и сборщиком.

На уровне модульного тестирования проще всего обнаружить дефекты, связанные с алгоритмическими ошибками и ошибками кодирования алгоритмов, типа работы с условиями и счетчиками циклов, а также с использованием локальных переменных и ресурсов. Ошибки, связанные с неверной трактовкой данных, некорректной реализацией интерфейсов, совместимостью, производительностью и т. п., обычно пропускаются на уровне модульного тестирования и выявляются на более поздних стадиях тестирования.

Именно эффективность обнаружения тех или иных типов дефектов должна определять стратегию модульного тестирования, т. е. расстановку акцентов при определении набора входных значений. У организации, занимающейся разработкой программного

обеспечения, как правило, имеется историческая база данных (Repository) разработок, хранящая конкретные сведения о разработке предыдущих проектов: о версиях и сборках кода (build), зафиксированных в процессе разработки продукта, о принятых решениях, допущенных просчетах, ошибках, успехах и т. п. Проведя анализ характеристик прежних проектов, подобных заказанному разработчику, можно предохранить новую разработку от старых ошибок, например, определив типы дефектов, поиск которых наиболее эффективен на различных этапах тестирования.

В данном случае анализируется этап модульного тестирования. Если анализ не дал нужной информации, например, в случае проектов, в которых соответствующие данные не собирались, то основным правилом становится поиск локальных дефектов, у которых код, ресурсы и информация, вовлеченные в дефект, характерны именно для данного модуля. В этом случае на модульном уровне ошибки, связанные, например, с неверным порядком или форматом параметров модуля, могут быть пропущены, поскольку они вовлекают информацию, затрагивающую другие модули (а именно, спецификацию интерфейса), в то время как ошибки в алгоритме обработки параметров

довольно легко обнаруживаются.

Являясь по способу исполнения структурным тестированием или тестированием «белого ящика», модульное тестирование характеризуется степенью, в которой тесты выполняют или покрывают логику программы (исходный текст). Тесты, связанные со структурным тестированием, строятся по следующим принципам:

• на основе анализа потока управления. В этом случае элементы, которые должны быть покрыты при прохождении тестов, определяются на основе структурных критериев

тестирования СО, CI, C2. К ним относятся вершины, дуги, пути управляющего графа программы (УГП), условия, комбинации условий и т. п.

• на основе анализа потока данных, когда элементы, которые должны быть покрыты, определяются на основе потока данных, т. е. информационного графа программы.

Тестирование на основе потока управления. Особенности использования структурных критериев тестирования СО, CI, С2 были рассмотрены в разд. 5.2. К ним следует добавить критерий покрытия условий, заключающийся в покрытии всех логических (булевых) условий в программе. Критерии покрытия решений (ветвей — С1) и условий не заменяют друг друга, поэтому на практике используется комбинированный критерий покрытия

условий/решений, совмещающий требования по покрытию и решений, и условий.

К популярным критериям относится критерий покрытия функций программы, согласно которому каждая функция программы должна быть вызвана хотя бы 1 раз, и критерий

покрытия вызовов, согласно которому каждый вызов каждой функции в программе должен быть осуществлен хотя бы 1 раз. Критерий покрытия вызовов известен также как критерий покрытия пар вызовов (call pair coverage).

Тестирование на основе потока данных. Этот вид тестирования направлен на выявление ссылок на неинициализированные переменные и избыточные присваивания (аномалий потока данных). Как основа для стратегии тестирования поток данных впервые был описан в [14]. Предложенная там стратегия требовала тестирования всех взаимосвязей, включающих в себя ссылку (использование) и определение переменной, на которую

указывает ссылка (т. е. требуется покрытие дут информационного графа программы). Недостаток стратегии в том, что она не включает критерий С1 и не гарантирует покрытия решений.

Стратегия требуемых пар [15] также тестирует упомянутые взаимосвязи. Использование переменной в предикате дублируется в соответствии с числом выходов решения, и каждая из таких

требуемых взаимосвязей должна быть протестирована. К популярным критериям принадлежит критерий СР, заключающийся в покрытии всех таких пар дуг v и w, что из дуги v достижима дуга w, поскольку именно на дуге может произойти потеря значения переменной, которая в дальнейшем уже не должна использоваться. Для покрытия еще одного популярного критерия Cdu достаточно тестировать пары (вершина, дуга), поскольку определение переменной происходит в вершине УГП, а ее использование — на дугах, исходящих из решений, или в вычислительных вершинах.

Методы проектирования тестовых путей для достижения заданной степени тестированности в структурном тестировании.

Процесс построения набора тестов при структурном тестировании принято делить на три фазы:

• конструирование УГП;

• выбор тестовых путей;

• генерация тестов, соответствующих тестовым путям.

Первая фаза соответствует статическому анализу программы, задача которого состоит в получении графа программы и зависящего от него и от критерия тестирования множества элементов, которые необходимо покрыть тестами.

На третьей фазе по известным путям тестирования осуществляется поиск подходящих тестов, реализующих прохождение этих путей.

Вторая фаза обеспечивает выбор тестовых путей. Выделяют три подхода к построению тестовых путей:

• статические методы;

• динамические методы;

• методы реализуемых путей.

Статические методы. Самое простое и легко реализуемое решение — построение каждого пути посредством постепенного его удлинения за счет добавления дуг, пока не будет достигнута выходная вершина управляющего графа программы. Эта идея может быть усилена в так называемых адаптивных методах, которые каждый раз добавляют только один тестовый путь (входной тест), используя предыдущие пути (тесты) как руководство для выбора последующих путей в соответствии с некоторой стратегией. Чаще всего адаптивные стратегии применяются по отношению к критерию С1. Основной недостаток статических методов заключается в том, что не учитывается возможная нереализуемость построенных путей тестирования.

Динамические методы. Такие методы предполагают построение полной системы тестов, удовлетворяющих заданному критерию, путем одновременного решения задачи построения покрывающего множества путей и тестовых данных. При этом можно

автоматически учитывать реализуемость или нереализуемость ранее рассмотренных путей или их частей. Основной идеей динамических методов является подсоединение к начальным реализуемым отрезкам путей дальнейших их частей так, чтобы:

1) не терять при этом реализуемости вновь полученных путей;

2) покрыть требуемые элементы структуры программы.

Методы реализуемых путей. Данная методика [16] заключается в выделении из множества путей подмножества всех реализуемых путей. После этого покрывающее множество путей строится из полученного подмножества реализуемых путей.

Достоинство статических методов состоит в сравнительно небольшом количестве необходимых ресурсов как при использовании, так и при разработке. Однако их реализация может содержать непредсказуемый процент брака (нереализуемых путей).

Кроме того, в этих системах переход от покрывающего множества путей к полной системе тестов пользователь должен осуществить вручную, а эта работа достаточно трудоемкая.

Динамические методы требуют значительно больших ресурсов как при разработке, так и при эксплуатации, однако увеличение затрат происходит в основном за счет разработки и эксплуатации аппарата определения реализуемости пути (символический интерпретатор, решатель неравенств). Достоинство этих методов заключается в том, что их продукция имеет некоторый качественный уровень — реализуемость путей. Методы реализуемых путей дают самый лучший результат [33].