AK Objekttechnologie Norddeutschland. Dr. Mario Winter, FernUniversität Hagen. Testen und UML

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1 Dr. Mario Winter FernUniversität Hagen Informatik an der FernUni Studienmöglichkeiten Integrierter Diplomstudiengang Informatik Modellstudiengang Bachelor of Science in Informatik Zusatzstudiengang Praktische Informatik Vorbereitende Studien für Erweiterungsprüfung zum Lehramt (Sekundarstufe I/II) im Fach Informatik Informatik-Fächer im Diplomstudiengang Mathematik Alle Kurse der Informatik zur Weiterbildung geeignet Im Rahmen des aktuellen Lehrangebots belegbar Strukturierte Weiterbildung Weiterbildungspakete aus thematisch zusammenhängenden Kursen für bestimmte Adressatengruppen In zwei bis vier Semestern studierbar Seite 2 1

2 Überblick Warum projektbegleitend Testen? Was ist die UML? UML: Modell, Sichten, Diagramme Funktionssicht Struktursicht Verhaltenssicht UML-Diagramme aus dem Blickwinkel des Testers... Anwendungsfalldiagramm und Aktivitätsdiagramm Klassendiagramm und Objektdiagramm Sequenzdiagramm und Kollaborationsdiagramm Zustandsdiagramm Komponentendiagramm und Verteilungsdiagramm Die Object Constraint Language OCL Zusammenfassung Seite 3 Warum Testen? Prozentualer Anteil Bedarfanalyse Analyse/Design Realisierung Systemeinführung Projektphasen (Zeit) Betreuung Testaufwand Wahrscheinlichkeit Fehlerentdeckung Risiko Seite 4 2

3 Projektbegleitend Testen! Teilung des Projekts Fachliche Konzipierung Anforderungsermittlung Entwicklungsprojekt Fachkonzept Software Testprojekt Testplanung Testentwurf Testspezifikation Testaufbau Testdurchführung Testauswertung Seite 5 Testprojekt / Testprozess Wer Rolle Was Testaktivität Wann Teststufe Testphase Wie Testtechnik Warum Testaufgabe Womit Testobjekt Testdokument Seite 6 3

4 Teststufen und Testphasen Teststufen Entwicklertest des Entwurfs Entwicklertest der Klassen Integrationstest der Klassen Funktionstest der Komponenten Integrationstest der Komponenten Funktionstest des Systems Integrationstest des Systems Abnahmetest Testphasen Testplanung Testentwurf Testinfrastrukturaufbau Testfallermittlung Testdatenermittlung Testprozedurerstellung Testausführung Testauswertung Seite 7 Testtechniken Statisch Reviews, Inspektionen Walk Throughs Dynamisch Funktional Grenzwerte, Äquivalenzklassen,... Schnittstellenbasiert (Verträge) Szenarienbasiert Zustandsbasiert Über Instanzvariablen Über explizite Zustandsautomaten Strukturell Kontrollfluss Daten/Objektfluss Botschaftsfluss Seite 8 4

5 Projektbegleitender Test: Vorgehen Abnahme Test Anforderungsspezifikatioermittlung Anforderungsermittlung Testfälle Testfälle Systemintegration Abnahmetest Systemintegration Systemtest Testfälle Anforderungsfehler System Anforderungsspezifikation Anforderungsfehler Entwurf Test der Entwurfssspezifikation Entwurf Testfälle Integration Integrationstest Testfälle Entwurfsspezifikation Entwurfsfehler Testfälle Implementation Testfälle Entwurfssfehler Komponenten Implementation Entwicklertest Kodierungsfehler Code Anforderungsermittlung / Entwurf / Implementierung / Integration / Abnahme Seite 9 Projektbegleitender Test: Gewinn Prozentualer Anteil Bedarfanalyse Analyse/Design Realisierung Systemeinführung Projektphasen (Zeit) Betreuung Testaufwand Wahrscheinlichkeit Fehlerentdeckung Risiko Seite 10 5

6 Was ist die UML? public feedback OMG Revision, Sep 1999 OMG Acceptance, Nov 1997 First submission to OMG, Jan 97 UML partners UML 1.0 UML 1.1 UML 1.4 Web - June 96 UML 0.9 Modellierungssprache! OOPSLA 95 Unified Method 0.8 Andere Booch Rumbaugh, OMT Jacobson, OOSE Seite 11 UML - Modellierungselemente Strukturelle Elemente Klasse, Interface, Kollaboration, Anwendungsfall, Aktive Klasse, Komponente, Knoten Beziehungen Abhängigkeit Assoziation (Aggregation, Komposition) Generalisierung Realisierung Verhaltensorientierte Elemente Interaktion, Nachricht, Aktivierung, Aktivität, Zustandsmaschine Gruppierende Elemente Paket, Teilsystem Andere Elemente Notiz Seite 12 6

7 UML - Erweiterungsmechanismen Stereotype Tagged values Constraints Seite 13 UML: Modell, Sichten und Diagramme Funktionssicht Aktivitäts Diagramm Use Case Use Case Anwendungsfall Diagramm State State Klassen Diagramm Log. Struktursicht State State Objekt Diagramm Use Case Use Case Sequenz Diagramm Modell State State Komponenten Diagramm Verhaltenssicht Scenario Scenario Kollaborations Diagramm Scenario Scenario Zustands Diagramm Component Component Deployment Diagramm Phys. Struktursicht Seite 14 7

8 Æ Á ¹ ¼- ëçñ º ±â»ç ëàú äã»çñ Ù. È-ÀÏ ü ÀÚ Â Àоî  ¹ ¼-ÀÇ Á º ÇØ ç ¹ ¼- ü ¼³Á À» äã»çñ Ù. È- é ü  ÀоîµéÀΠüµé ëçø ÀÌ º Î Á ÄÀ» ½ÃÄÑ È- é º ÁØ Ù. user 1: Doc view request ( ) mainwnd filemgr : FileMgr 9: sortbyname ( ) 2: fetchdoc( ) document : gfile repository Document 3: create ( ) 4: create ( ) 5: readdoc ( ) 6: filldocument ( ) 7: readfile ( ) 8: fillfile ( ) 1: Doc view request ( ) user :»ç ëàú 9: sortbyname ( ) mainwnd : MainWnd L 2: fetchdoc( ) 4: create ( ) 8: fillfile ( ) filemgr : FileMgr 7: readfile ( ) 5: readdoc ( ) repository : Repository 3: create ( ) 6: filldocument ( ) rep Repository name : char * = 0 readdoc( ) readfile( ) FileMgr fetchdoc( ) sortbyname( ) (from Persistence) gfile : GrpFile document : Document FileList add( ) delete( ) read( ) File DocumentList add( ) delete( ) flist 1 GrpFile read( ) open( ) create( ) fillfile( ) Openning Document name : int docid : int numfield : int get( ) open( ) close( ) read( ) sortfilelist( ) create( ) filldocument( ) Reading add file [ numberoffile==max ] / flag OFF close file read() fill the code.. Closing close file add file Writing Wi ndow95 ¹ ¼- ü Å óàì¾ðæ.exe Wi ndows NT Wi ndows NT ¹ ¼- ü Áø.EXE Wi ndows95 IBM Mainframe µ ÀÌÅ º À̽º¼- ¹ö Solaris ÀÀ ë¼-¹ö.exe Wi ndows95 ¹ ¼- ü ¾ÖÇà Alpha UNIX AK Objekttechnologie Norddeutschland Visuelle Modellierung mit UML Diagrammen Anwendungsfalldiagramm Aktivitätsdiagramm Klassendiagramm Repository DocumentList Actor A Use Case 1 Actor B FileManager Document Use Case 2 GraphicFile File FileList Use Case 3 Komponentendiagramm Sequenzdiagramm Zustandsdiagramm Deploymentdiagramm Kollaborationsdiagramm Seite 15 Anwendungsfalldiagramm Von außen beobachtbare Systemfunktionalität Seite 16 8

9 Anwendungsfalldiagramm Von außen beobachtbare Systemfunktionalität Anforderungsermittlung Zweck Spezifiziert den Kontext eines Systems Erfasst die funktionalen Anforderungen an das System Validierung der Systemarchitektur Treibt die Implementation und dient zur Testfallgenerierung Erstellt von Analytikern und Domänenexperten Testaspekte Grundlage des System- und Abnahmetests Sollte nicht-funktionale Anforderungen für Performanz- und Lasttests umfassen Strukturierung der Testware Seite 17 Aktivitätsdiagramm Dynamisches Verhalten (Aktionsorientiert) Seite 18 9

10 Aktivitätsdiagramm Enthält das dynamische Verhalten (Aktionsorientiert) Zweck Modellierung von Geschäftsprozessen (business workflows) Modellierung des Ablaufs von Anwendungsfällen Modellierung des Ablaufs von Operationen Erstellt von Analytikern und Entwicklern Testaspekte System- und Abnahmetest Grundlage für konkrete Testszenarien Seite 19 Ermittlung von Testfällen aus Aktivitätsdiagrammen Testszenarien so auswählen, dass die geforderte Überdeckung des Aktivitätsdiagramms erzielt wird Anzahl der zu testenden Szenarien bezüglich der Überdeckung aller Knoten (Aktionen) und Kanten (Übergänge) im Aktivitätsdiagramm minimieren Überdeckungsmetriken zur Generierung weiterer Testszenarien verwenden. Seite 20 10

11 Klassendiagramm Vokabular des Systems Domänendinge Sachverhalte Beziehungen Seite 21 Klassendiagramm Enthält das Vokabular des Systems Aufgebaut und verfeinert während der Entwicklung Zweck Bezeichnet und modelliert wichtige Domänendinge Spezifiziert Zusammenhänge Spezifiziert das logische Datenbankschema Erstellt von Analytikern, Architekten und Entwicklern Testaspekte Entwicklertest und Integrationstest Strukturelle Tests bzgl. erlaubter Objektkonstellationen Ermittlung einer Integrations-Strategie Seite 22 11

12 Ermittlung von Testfällen aus Assoziationen Testfallmatrix, in der für eine Assoziation/Aggregation/Komposition die zu testenden Anzahlen verbundenen Instanzen angegeben werden Konto 1 Buchungen * Buchung Buchung Konto Min. 1=0 Min.=Max.= typisch = 1 Max. + 1 = 2 Min (0) N/A OK N/A Typisch (z.b. 2000) Fail OK Fail Max. (z.b. 2^16) - OK - Max +1 - Fail - Seite 23 Ermittlung einer Integrationsstrategie 1. Fokussierung auf die zu integrierenden Komponenten Klassendiagramm, Interaktions- sowie Komponentendiagramme betrachten Menge zu integrierender Komponenten eingrenzen Nutzungs- und ggf. Generalisierungsbeziehungen ermitteln Ergebnis: Komponentengraph 2. Benutzungshierarchie bottom-up, Generalisierungshierarchie top-down Komponente B Generalisierungs beziehung A D Nutzungsbeziehung B` C Geerbte Nutzungsbeziehung Seite 24 12

13 Objektdiagramm Instanzen und Verbindungen Seite 25 Objektdiagramm Enthält Instanzen und Verbindungen (links) Erstellt bei Anforderungsermittlung und Entwurf Zweck Illustriert Daten-/Objektstrukturen Speziefiziert Augenblickskonstellationen (snapshots) Erstellt von Analytikern, Architekten und Entwicklern Testaspekte Entwicklertest und Integrationstest Strukturelle Tests bzgl. besonderer Objektkonstellationen Seite 26 13

14 Interaktionsdiagramme Sequenzdiagramm Ablauforientierte Modellierung dynamischen Verhaltens Zweck Modellierung von Operationsabläufen (Kontrollfluss) Illustration typischer Szenarien Kollaborationsdiagramm Nachrichtenorientierte Modellierung dynamischen Verhaltens Zweck Modellierung von Operationsabläufen (Kontrollfluss) Illustration der Koordinierung in Objektstrukturen Erstellt von Analytikern, Entwicklern und Testern Testaspekte Entwicklertest und Integrationstest Ablauforientierter Test Seite 27 Sequenzdiagramm Dynamisches Verhalten (Ablauforientiert) Seite 28 14

15 Kollaborationsdiagramm Dynamisches Verhalten (Nachrichtenorientiert) Seite 29 Ermittlung von Testfällen aus Sequenzdiagrammen St ar t 1. Fokussierung auf zusammengehörende Interaktionsdiagramme 2. Ermittlung von Testfällen aus Kontrollflussinformation 3. Testdatenermittlung aus Bedingungen Best el l ung: : er zeugen( ) Post en: : erzeugen() Post en: : zuprodukt () Post en: : prei s() Produkt::gibVerkaufspreis() Pr odukt : : pr üf elager menge( ) MengeOK not MengeOK Pr odukt : : best el l en( ) Nachbest el l post en: : erzeugen() e rzeugen() : Be ste llung *[ NOT a lle PostenErzeugt ] : Prod ukt nei n Al l e Po s t e n Er z e u g t? e rzeugen() : Pos te n *[ NOT a lle PostenErzeugt ] zuprodukt() Ende ja pre is() gib Ve rkaufspre is() MengeOK := prüfelagermenge() [ NOT Me ngeok ] be ste lle n() e rzeugen() : Nac hbe s te ll Pos ten Seite 30 15

16 Zustandsdiagramm (Statechart) Dynamisches Verhalten (Ereignisorientiert) Seite 31 Zustandsdiagramm (Statechart) Enthält das dynamische Verhalten (Ereignisorientiert) Zweck Modellierung des Objektverhaltens (object lifecycle) Modellierung reaktiver Objekte (Benutzungsschnittstellen, Geräte, etc.) Erstellt von Analytikern, Entwicklern und Testern Testaspekte Entwicklertest und Funktionstest (Systemtest) Test bzgl. des konformen Verhaltens Robustheitstest Seite 32 16

17 Ermittlung von Testfällen aus Zustandsdiagrammen 1. Fokussierung auf das Zustandsdiagramm 2. Ableiten des Übergangsbaumes für den Zustands-Konformanztest 3. Erweitern des Übergangsbaumes für den Zustands-Robustheitstest 4. Generieren der Botschaftssequenzen und Ergänzen der Botschaftsparameter initial inital Stapel push[ size = MAX-1] push empty filled full pop[ size = 1 ] ~Stapel push[ size < MAX-1] pop[ size > 1 ] top pop push top Stapel pop empty fehler push top fehler filled pop push push empty filled full ~Stapel final pop top filled filled ~Stapel fehler final filled top filled pop push full ~Stapel fehler Seite 33 Komponentendiagramm Physikalische Struktur der Implementation Seite 34 17

18 Komponentendiagramm Enthält die physikalische Struktur der Implementation Teil der Architekturspezifikation Zweck Organisation des Quellcodes Erzeugung eines ausführbaren Releases (build) Spezifikation der physikalischen Dataenbank Erstellt von Entwicklern Testaspekte Installationstest, Systemtest, Abnahmetest Organisation der Testware Ermittlung einer Integrationsstrategie Seite 35 Deploymentdiagramm Hardwaretopologie Seite 36 18

19 Deploymentdiagramm Enthält die Topologie der Hardware Teil der Architekturspezifikation Zweck Spezifiziert die Verteilung der Komponenten Identifikation von Flaschenhälsen (performance bottlenecks) Estelllt von Architekten, Netzwerkspezialisten, and Systemingenieuren Testaspekte Installationstest, Systemtest Sicherheits-, Performanz- und Lasttest Seite 37 Object Constraint Language OCL Deklarative Spezifikationssprache Modellbasierte Spezifikationen Atomare Datentypen Logische Ausdrücke Mengentheoretische Operationen Zweck Zusicherungen für Modellelemente Klassen- und Operationsspezifikationen Estellt von Analytikern und Entwicklern Testaspekte Präzise Spezifikation von Testfällen und Testdaten Funktionale Tests Seite 38 19

20 Testfallermittlung aus OCL-Operationsspezifikationen Klasseninvariante Spalte = Testfall Vorbedingung Nachbedingung Context ExtendedStack A B C D E F invariant@ self.size() >= 0 AND TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE invariant@ self.size() <= self.maxsize TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE ExtendedStack() pre@ true TRUE ExtendedStack()post@ self.size() = 0 AND TRUE ExtendedStack()post@ self.maxsize = maxsize TRUE push() pre@ self.size() < self.maxsize TRUE TRUE push() post@ self.size()=self.size()@pre+1 - TRUE top() pre@ self.size() > 0 FALSE TRUE TRUE top() post@ return!= null - - TRUE pop() pre@ self.size() > 0 FALSE TRUE TRUE TRUE Don t Care self.size() = self.size()@pre TRUE all() pre@ true TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE all() post@ self.size() > 0 AND FALSE TRUE all() post@ return.size() = self.size() OR dc TRUE all() post@ not self.size() > 0 AND TRUE FALSE all() post@ return = null TRUE dc Seite 39 Lingua Franca für Entwickler und Tester Hilfe in allen Teststufen ++ Entwicklertest + Funktionstest + Integrationstest + System- und Abnahmetest - Sicherheits-, Performanz und Lasttest Unterstützt herkömmliche Testtechniken Funktionstest Ablauftest Strukturtest OCL ermöglicht präzise Spezifikationen Seite 40 20

21 Literatur und weitere Information Bücher zum objektorientierten Test Robert Binder: Testing Object-Oriented Systems. Addison Wesley, Upper Saddle River, 1999 John McGregor, David Sykes: A Practical Guide to Testing Object-Oriented Software. Addison Wesley, Upper Saddle River, 2001 Noack, J.: Techniken der objektorientierten Softwareentwicklung, Springer, Berlin, 2001 Harry Sneed und Mario Winter: Testen objektorientierter Software Das Praxishandbuch. Hanser, München, 2001 Seminare Plenum Institut: GI-DIA: Organisationen GI-FG TAV AK Test objektorientierter Programme (TOOP) Annotierte Referenzen zu OOT Fragebogen OO-Testwerkzeuge (OO-CAST) OO-Testbarkeit OO-Reviews Seite 41 21