Einführung und Einteilung. Software Engineering 1. Book. Pieter van den Hombergh. 5. Februar Vor allem: Testen!

Transkript

1 Einführung und Einteilung Pieter van den Hombergh Fontys Hogeschool voor Techniek en Logistiek Software Engineering 5. Februar 2014 HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 Software Engineering 1 Literatur Vor allem:! HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 Book Literatur Objektorientiertes und Testautomatisierung in der Praxis oder von Software und Embedded Systems Wir benutzen zu den Vorlesungen, im Praktikum und im Projekt: Autor Uwe Vigenschow, der Firma oose.de. Verlag, ISBN dpunkt.verlag GmbH, Heidelberg, ISBN Preis 39 Euro oder Verlag, ISBN dpunkt.verlag GmbH, Heidelberg, ISBN Preis 39,90 Webseite Selbststudium für die nächste Woche: Studieren der Kapitel 1-4, Seiten 3-25 Nächste Woche möglicherweise ein Quiz zu diesen Kapiteln. HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 1

2 Mariner 1 Im Jahr 1962 wurde die Trägerrakete der Mariner 1-Venussonde 290 Sekunden nach dem Start kontrolliert zerstört, da sie von der vorgesehenen Flugbahn abwich. Der Schaden belief sich auf ca. 18,5 Mio. $. Was war los? Der fehlerhafte Code für eine Schleife über die Werte 1, 2 und 3: DO 5 K = 1, 3 steht folgendermaßen im Programm: DO 5 K = 1. 3 Dieses sieht der Kompiler: DO5K = 1.3 und das ist die Deklaration der Variabele DO5K!! Kleine Ursache, große Folgen! HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 Code der Venussonde Mariner 1 IF ( TVAL.LT. 0.2E -2) GOTO 40 DO 40 M = 1, 3 W0 = (M -1)*0.5 X = H * E -2* W0 DO 20 N0 = 1, 8 EPS = 5.0*10.0**( N0-7) CALL BESJ (X, 0, B0, EPS, IER ) IF ( IER.EQ. 0) GOTO CONTINUE DO 5 K = 1. 3 T(K) = W0 Z = 1.0/( X **2)* B1 ** E -4* B0 **2 D(K) = 3.076E -2*2.0*(1.0/ X*B0*B E -4**( B0 **2 -X*B0*B1 ))/ Z E(K) = H **2* * W0/ SIN (W0 )*Z H = D(K)-E(K) 5 CONTINUE 10 CONTINUE Y = H/W CONTINUE HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 Das Ariane-Feuerwerk Herabfallende Trümmer, nach der Selbstzerstörung der Ariane-501 Rakete, am 4. Juli Die AR-501 explodierte durch einen Softwarefehler: die Geschwindigkeit passte nicht in die dazu reservierte Variabelengröße. Neue Techniken sind notwendig, um derartigen Unfälle vorzubeugen. Quelle Foto: ESA HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 2

3 Ariane code declare vertical_veloc_sensor : float ; horizontal_veloc_sensor : float ; vertical_veloc_bias : integer ; horizontal_veloc_bias : integer ; begin declare pragma suppress ( numeric_error, horizontal_veloc_bias ); begin sensor_get ( vertical_veloc_sensor ); sensor_get ( horizontal_veloc_sensor ); vertical_veloc_bias := integer ( vertical_veloc_sensor ); horizontal_veloc_bias := integer ( horizontal_veloc_sensor ); exception when numeric_error => calculate_vertical_veloc (); when others => use_irs1 (); end ; end irs2 ; HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 Was ist schief gegangen? Standardgemäßig werden Wertebereiche auf Gültigkeit geprüft. Das kann aber auch unterdrückt werden, was im nächsten Abschnitt passiert: declare pragma suppress(numeric_error,horizontal_veloc_bias); Die vom Geschwindigkeitssensor ermittelte horizontale Geschwindigkeit wird in die intern benutzte Einheit umgerechnet und an die Steuerungssoftware weitergeleitet. Diese Umrechnung geschieht in der nachstehenden Codezeile, wobei der Wert in den Datentyp Integer umgewandelt wird: horizontal_veloc_bias := integer(horizontal_veloc_sensor); HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 Was ist schief gegangen? - Fortsetzung Genau hier findet, ungefähr 30 Sekunden nach dem Start, ein Integerüberlauf statt, der nicht abgefangen wird, weil der dazugehörige Test zuvor im Code abgeschaltet wurde. Bei der Ariane 4 gab es dabei nie Probleme; die Ariane 5 erreichte aber im selben Moment eine fünffache Geschwindigkeit. Das Risikomanagement war überzeugt davon, dass nur Hardware- und keine Softwarefehler auftreten könnten. [Mehr Details dazu Objektorientiertes und Testautomatisierung in der Praxis von Uwe Vigenschow ( HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 3

4 Ist eine robustere Sprache die Lösung? Ein Komma anstelle eines Punkts führt in C++ zu einer Endlosschleife: while (x > 0,1)... In Java nicht, da die 1 nicht automatisch in ein True umgewandelt wird. Der Kompiler würde nörgeln. Also immer Java? Das ist auch keine Lösung. Die momentane Lösung: Frühzeitig Tests aufstellen (Sprachunabhängig) und regelmäßig ausführen. HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 Einführung Wieso testen? Produktstandpunkt Das Programm soll korrekt sein, tun was der Auftragsgeber möchte. Die Software soll zuverlässig sein, nicht crashen. Stabilität: Die Software sollte nicht außer Tritt kommen, wenn der Benutzer sie falsch bedient. Prozessstandpunkt der Software trägt zur Verbesserung des Softwareprozesses bei. Kommunikation mit Kollegen Austausch von Code, der mit einem Test versehen ist. HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 Was ist? Eine Definition: ist die Aktivität des Ausführens (eines Teils) eines Programms, mit dem Ziel, Fehler zu finden. Eine vollwertige Aktivität, die zum Entwicklungsprozess gehört. Was leistet und nicht leistet: Zeigen (beweisen), dass ein Programm keine Fehler enthält. Nur das Gegenteil ist möglich: belegen, dass ein Programm Fehler enthält. HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 4

5 Arten von Tests Ein unit test testet auf diese Weise 1 (oder eine kleine Menge) Klassen. Ein Integrationstest benutzt man, wenn man 2 oder mehrere kleine Teile zusammenfügt. Ein Regressionstest dem gegenüber soll (in einer automatisierter Weise) das ganze Programm testen. HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 Unit testen Black-box testing Softwaretest ohne Kenntnisse des exakten, internen Funktionierens des Moduls. Beispiel: von MyStack White-box testing Strukturelles basic path testing: Alle mögliche Kontrollpfade im Programm verfolgen und daraus den Test aufbauen. HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 Wie stelle ich einen Unittest auf? Einfaches Beispiel, ein Stack (Stapel, Keller): Methoden: push Aufdrücken. pop Abnehmen. peek Oberstes betrachten. isempty Zustand abfragen. HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 5

6 Java Vertrag class MyStack implements Stack; Methoden Stack interface: p u b l i c i n t e r f a c e Stack { v o i d push ( O bject ) ; // put e l e m e n t O b ject peek ( ) ; // r e t u r n top e l e m e n t O b ject pop ( ) ; // remove and r e t u r n top e l e m e n t boolean isempty ( ) ; // s t a c k empty } Dieser Vertrag ist nicht ausreichend Wasserdicht. Wo besteht Verbesserungsbedarf? HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 Wie stelle ich einen Unittest auf? 2 Schreibe: class StackTest Die Annotierte setup () stack = new MyStack( teardown( ) stack = public final void atestpush() Testmethoden wie nachstehend p u b l i c v o i d t e s t P u s h ( ) { S t r i n g t= H a l l o ; s t a c k. push ( t ) ; a s s e r t E q u a l s ( t, ( S t r i n g ) s t a c k. peek ( ) ) ; } Eine Methode ist eine Testmethode wenn sie Annotation hat. HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 Klassendiagramm TestCase <<interface>> Stack TestRunner StackTest MyStack HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 6

7 Stubs, Drivers und Mock Stubs Oft braucht man noch andere Klassen, um die zu testende Klasse funktionieren zu lassen. Die sind aber noch nicht fertig! Oder zu umständlich für den Test. (Datenbankverbindung o.ä.) Sonderklassen, die das Verhalten der zukünftigen Klassen simulieren. Sind auch als Mock-Objekte bekannt. HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 Bedeutung von Unittests Unittests sind wichtig, weil sie es erlauben kleine Teile der Software zu testen. Man sieht immer wieder, dass eventuelle Fehler sich in kleinen Teilen der Software befinden und man muss so nicht stundenlang suchen, um herauszufinden wo sich der Fehler genau aufhält. HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 Integrationstests Gute Unittests ausgeführt, aber doch Probleme, wenn 2 oder mehr Klassen auf einmal zusammenarbeiten sollen. Möglichen Ursachen könnten sein: Mehrere Personen schreiben zusammen die Software. Wie klar die Vereinbarungen auch sind, immer wieder kann es zu Missverständnissen kommen. Das kann aber auch auftreten, wenn mann alleine arbeitet! HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 7

8 Bedeutung von Integrationstests Wieso sind Integrationstests wichtig? So früh wie möglich testen schränkt die Suche nach Fehlern ein. Kein big-bang Unterfangen. Deshalb ist es gut, inkrementell vor zu gehen. Jedes mal, wenn man zwei zueinander passende Klassen fertig hat, führt man einen Integrationstest durch. HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 Was ist ein Regressionstest? Ein Test, der das ganze Programm testet. Vorzugsweise völlig automatisiert. Durch Ausführen eines Kommandos (dem Test-Start), weiß der Benutzer des Tests, ob das Programm richtig funktioniert (dem Tests gemäß) oder ob noch irgendwo Fehler verborgen sind. Ist eine Sammlung einzelner Tests. Besteht aus einer Menge von Szenarien Umfasst Simulationen von normalen und abnormalen Situationen. HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1, 2 Normale Fälle Alle Handlungen und alle Eingaben (vom Benutzer, externe Eingaben und Konfigurationsdateien), die eine normale Auswirkung des Programms zur Folge haben sollten. Ausnahmebedingungen. (Exceptions) Falsche Eingabe des Benutzers oder falsche Eingabe durch Konfigurations- oder Eingabedateien. Außerordentlicher Systemzustand, z.b. das Erzeugen einer Ausgabedatei funktioniert nicht weil... HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 8

9 3 Verknüpfung Usecases und vorgeschlagene Szenarien: Sind eine grundlegende Beschreibung wie die Software benutzt werden soll. Mehrere Benutzungsszenarien für einen Usecase. Also pro Usecase ein oder mehrere Szenarien im Regressionstest. Andersherum: Aus den Unit- und Integrationstests die man schreibt, Szenarien für den Regressionstest ableiten. (Werfe nie einen guten Test weg!) HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 Wie baut man einen guten Regressionstest auf? Scenario Expected / Actual 1: Completely correct inputfile Output1 Output1 2: Completely correct inputfile Output2 Output2 3: Missing XML closing tag Error msg 1 Error msg 1 4: Non matching open and closing Error msg 2 Error msg 2 tag 3: XML file with unknown tag Error msg 3 Output5 Tabelle : Scenario 5 in abnormal situation Diese Tabelle ist nur ein Beispiel uas einer Anwending mit XML Datein. HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 Regressionstests, weshalb wichtig? Jeder kann diese Tests ausführen ohne große Vorkenntnisse vom System: Es muss nur ein Kommando abgesetzt werden, um in einem Augenblick zu sehen, ob das Programm richtig oder gar nicht funktioniert. Wenn man einmal die Basisversion der Software zum Laufen gebracht hat, ist es einfach zu sehen, ob beispeilsweise eine bestimmte (funktionelle) Änderung oder ein Refactoring keine nachteilige Auswirkung hat, indem man einen Regressionstest ausführt. HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 9

10 Testing framework Was ist ein Framework? Eine Art von Gerüst: Es gibt Form und Richtung der Software an, die man schreibt. Softwareteile mit mehr oder weniger der gleichen Struktur. Jedes Framework umfasst wiederverwendbare Teile mit Basisfunktionalität. Spezifisch ausgerichtet für das Problem, das man lösen möchte. Einige Vorteile von Frameworks: Zeitgewinn Eine gleiche Struktur vereinfacht das Verstehen. HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 Beispiele von test- JUnit, Mother 1 of all unit. Quelloffen, wie die Meisten. Frameworks in anderen Sprachen CppUnit für C++. Nunit für die.net Welt (in C#). PyUnit für Python XMLUnit SQLunit PHPUnit Etc. 1 Actually smalltalk was earlier HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 Und was kostet es? Ein weiterer Nebeneffekt der Frameworks ist, dass die meisten Frameworks quelloffen und weit verbreitet sind. JUnit und die darauf setzenden Testtools sind Standards in der Java Welt. Aber, abhängig vom Produkttyp (in Zusammenhang mit den Risiken) können Tests sehr viel kosten. Im Normalfall zwischen 20 und 40% der gesamten Entwicklungskosten. In manchen kritischen Fällen sogar über 50%. Das sind hauptsächlich Gehaltskosten. HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 10

11 Tips Schreibe deine Tests, bevor du mit dem Programm selbst anfängst. Teste von Anfang an. Teste gründlich, und achte vor allem auf die Randfälle. Entwickle für jeden Usecase mindestens einen Test. Und wann bin ich Fertig? Eigentlich nie HOM/FHTeL Einführung und Einteilung 5. Februar /1 11