Unit Tests. Programmiermethodik. Eva Zangerle Universität Innsbruck

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1 Unit Tests Programmiermethodik Eva Zangerle Universität Innsbruck

2 Überblick Einführung Java Ein erster Überblick Objektorientierung Vererbung und Polymorphismus Ausnahmebehandlung Pakete und Javadoc Spezielle Themen Generische Programmierung Java Collection-Framework Streams Unit-Tests Entwurfsmuster - Eine Einführung Testen allgemein Unit-Tests mit JUnit GUI-Programmierung Java Virtual Machine Ausblick Programmiermethodik - Unit-Tests 2

3 Testen allgemein

4 Allgemeines Testen ist der Vorgang, ein Programm oder einen Teil davon mit der Absicht auszuführen, möglicherweise enthaltene Fehler zu finden. Testen dient der Sicherstellung von Softwarequalität. Dazu werden spezifizierte Anforderungen mit gelieferten Ergebnissen verglichen. Programmiermethodik - Unit-Tests 4

5 Abgrenzung zur Verifikation Verifikation = formaler Korrektheitsbeweis Es wird versucht, mit formalen Methoden den Nachweis zu führen, dass ein Programm nur richtige Ergebnisse produzieren kann. Liefert eine endgültige Aussage zur Korrektheit. Schon für sehr kleine Programme kann dieser Ansatz sehr aufwändig sein! Testen = systematisches Ausprobieren Es wird eine bestimmte Anzahl von Tests konstruiert, mit denen das Programm probeweise ausgeführt wird. Mit Testen kann aber nur die Anwesenheit von Fehlern nachgewiesen werden, nicht aber deren Abwesenheit! Eigentlich benötigt man eine sehr große Anzahl von Testfällen um ein Programm ausführlich zu testen. Das verursacht aber meist sehr hohe Kosten. Endgültiger Korrektheitsbeweis ist damit auch nicht möglich. Programmiermethodik - Unit-Tests 5

6 Testen Um die Anzahl der Tests möglichst klein zu halten, wählt man jene Tests aus, die das Programm in kritische Situationen bringen. In diesen Situationen sind Fehler am ehesten zu erwarten. Zwei Vorgehensweisen beim Testen Black-Box-Test Nur die Anforderungen des Programms werden berücksichtigt. Die Schnittstelle gibt die Testfälle vor. Der Source-Code spielt keine Rolle, das Programm wird als Black-Box betrachtet. Änderungen am Quelltext (nicht Schnittstelle) erfordern keine neue Implementierung der Tests. White-Box Test orientiert sich am Quelltext des Programms. Mit den Testfällen möchte man alle Codeabschnitte erfassen und die einzelnen Zweige, Schleifen etc. explizit austesten. Änderungen am Quelltext erfordern teilweise neue Tests bzw. alte Tests werden überflüssig. Programmiermethodik - Unit-Tests 6

7 Tests (Überblick) Entwickler Unit-Test (Methode, Klasse) Komponententest (Klasse, Package) Integrationstest (Teilsystem) Tester Funktionstest (Teilsystem, Gesamtsystem) Applikationstest (Gesamtsystem, Applikation) Kunde Abnahmetest (Applikation) Programmiermethodik - Unit-Tests 7

8 Unit-Tests mit Junit

9 Unit-Test Beim Unit-Test wird eine kleine Einheit eines Programms betrachtet und auf mögliche Fehler untersucht. Die Einheit wird isoliert vom Rest des Gesamtsystems betrachtet. Man testet nur den speziellen Softwarebaustein. Testfälle werden direkt als Java-Programme erstellt (Entwickler können ihre Stärken ausnutzen). Es gibt Programmiermethoden, bei denen dieses Testen ein elementarer Teil des Programmierens ist. Extreme Programming Test-Driven Development Programmiermethodik - Unit-Tests 9

10 JUnit JUnit bietet ein einheitliches Framework zur Organisation und systematischen Durchführung von Unit-Tests. Die Bibliothek ist nicht Teil des JDK sondern kann unter heruntergeladen werden. Dort findet man auch eine Dokumentation. Programmiermethodik - Unit-Tests 10

11 Verwendung Das entsprechende jar-archiv (junit-version.jar) muss in den CLASSPATH eingebunden werden. JUnit wird für Unit-Tests verwendet, die die Korrektheit von isolierten Klassen prüfen. Entweder der Test gelingt (grün) oder er misslingt (rot). Das Misslingen kann als Ursache einen Fehler (Error) oder ein falsches Ergebnis (Failure) haben, die beide durch eine Ausnahme signalisiert werden. Der Unterschied zwischen den beiden Begriffen liegt darin, dass Failures erwartet werden, während Errors eher unerwartet auftreten. Programmiermethodik - Unit-Tests 11

12 Vorgehen (1) Zuerst werden die Ergebnisse in Form von Testfällen implementiert. Danach wird der Code entwickelt. Nach den Testfällen werden zunächst leere Methoden oder Methoden mit einer einzigen return-anweisung definiert. Übersetzung funktioniert, Tests schlagen noch alle fehl. Danach werden die Methodenrümpfe schrittweise vervollständigt, bis am Ende alle Tests fehlerfrei durchlaufen werden. Vorteile bei diesem Vorgehen Tests werden zuerst erstellt. Ausgeglichene Sicht auf die geforderten Ergebnisse. Tests können nicht verdrängt werden. Tests geben notwendige Funktionalität vor. Programmiermethodik - Unit-Tests 12

13 Vorgehen (2) In JUnit sind die Tests Java-Objekte. Vor JUnit 4 musste man seine Testfälle von einer bestimmten JUnit- Klasse erben lassen. Ab Version 4 sollte man das aber nicht mehr machen! In dieser Vorlesung wird nur die aktuellste stabile Version (4.10) von JUnit besprochen. Testmethoden müssen mit versehen werden. Daneben gibt es noch weitere Annotationen. Programmiermethodik - Unit-Tests 13

14 Testmethoden Eine Testmethode pro Test (ein Assert pro Test) Signatur der Testmethoden ist vorgegeben, Methodenname ist public void name() Berechnet tatsächliches Ergebnis (have), vergleicht es mit korrektem Ergebnis (want). Beide gleich -> Test erfolgreich Verschieden -> Test gescheitert Schematischer Aufbau einer public void test() { int want = ; int have = ; assertequals(want, have); } Programmiermethodik - Unit-Tests 14

15 Vergleiche JUnit bietet verschiedene Methoden zum Vergleich von den Werten want und have (Klasse Assert): assertfalse(boolean condition) asserttrue(boolean condition) assertequals(long w, long h) assertequals(double w, double h) assertequals(double w, double h, double d) assertequals(object w, Object h) Viele weitere, siehe API-Dokumentation! Alle Vergleichsmethoden sind überladen mit zusätzlichem ersten Parameter message, zum Beispiel: assertfalse(string message, boolean condition) assertequals(object w, Object h) erfordert Definition von equals! Programmiermethodik - Unit-Tests 15

16 Testklasse Es gibt eine Testklasse für jede zu testende Klasse. Testklasse importiert benötigte JUnit-Klassen und Methoden (statische Imports!). Testklasse definiert Testmethoden und Verwaltungsmethoden. Zweck der Methoden wird festgelegt mit einer Testmethode Wird vor jedem einzelnen Test Wird nach jedem einzelnen Test Wird einmal vor allen Tests Wird einmal nach allen Tests aufgerufen. Programmiermethodik - Unit-Tests 16

17 Einfaches Beispiel Zu testende Klasse GCD mit folgender Methode: public static int gcd(int a, int b) Testfall für gcd(1, 1) = public void test1() { int want = 1; int have = GCD.gcd(1, 1); assertequals(want, have); } Programmiermethodik - Unit-Tests 17

18 Komplexeres Beispiel Wenn man zum Beispiel auf ein gemeinsames Objekt mehrere verschiedene Tests ausführen möchte, dann kann man mit einer sogenannten Test-Fixture Code-Duplizierung vermeiden. private Collection<Object> public void setup() { this.collection = new ArrayList<Object>(); public void testemptycollection() { asserttrue(this.collection.isempty()); public void testoneitemcollection() { this.collection.add("itema"); assertequals(1, this.collection.size()); } Wird immer vor einem Test ausgeführt Programmiermethodik - Unit-Tests 18

19 Beispiel Siehe Eclipse Programmiermethodik - Unit-Tests 19

20 Erwarteter Fehler Reaktion auf unzulässige Eingaben (z.b. Exception) Vorgabe der erwarteten Exception Test scheitert, wenn die Exception nicht geworfen wird! Testfall für gcd(1, = ArithmeticException.class) public void test10() { int dummy = 0; int have = GCD.gcd(1, 0); assertequals(dummy, have); } Programmiermethodik - Unit-Tests 20

21 Testabwicklung Im Java-Programm selbst Aufruf von org.junit.runner.junitcore.runclasses(testclass1.class,...); oder org.junit.runner.junitcore.main("testclass1"); Unterschied: runclasses liefert ein Ergebnis, das weiterverarbeitet werden kann. Start der Testklasse auf der Konsole Testklasse(n) und JUnit im Classpath java org.junit.runner.junitcore TestClass1 [... Weitere Klassen..] Damit die Testklasse mit älteren Tests zusammenarbeiten kann: public static junit.framework.test suite() { return new JUnit4TestAdapter(Example.class); } Programmiermethodik - Unit-Tests 21

22 Testabwicklung in Eclipse Unter Run->Run As-> JUnit Test kann der Test gestartet werden. Neben dem Package-Explorer gibt es dann ein zusätzliches Subfenster, in dem die Testergebnisse angezeigt werden. Hilfreiche Links Programmiermethodik - Unit-Tests 22

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