Δοκιμή και Αποσφαλμάτωση Testing and Debugging

Transcript

1 Δοκιμή και Αποσφαλμάτωση Testing and Debugging XVI-1

2 Ο μεταγλωττιστής εντοπίζει τα συντακτικά λάθη ενός προγράμματος. Δεν είναι όμως σε θέση να εντοπίσει λάθη στη λογική του προγράμματος. δεδομένα πρόγραμμα αποτέλεσμα Όταν το αποτέλεσμα δεν είναι το αναμενόμενο, βάσει των συγκεκριμένων δεδομένων, το πρόγραμμα έχει λογικά λάθη. XVI-2

3 Αποσφαλμάτωση Είναι η εντόπιση και διόρθωση λογικών λαθών Προς το σκοπό αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθούν τυχόν εργαλεία (debugging tools) τα οποία παρέχονται από το περιβάλλον προγραμματισμού XVI-3

4 Δοκιμή Είναι ο έλεγχος του κατά πόσον το πρόγραμμα λειτουργεί σύμφωνα με τις προδιαγραφές του Η δοκιμή εμπλέκει αποσφαλμάτωση XVI-4

5 Στάδια Δοκιμής Σχεδιασμός Περιπτώσεων δεδομένα αναμενόμενο αποτέλεσμα Εκτέλεση Περιπτώσεων αναμενόμενο αποτέλεσμα? πραγματικό αποτέλεσμα XVI-5

6 Για να θεωρείται η δοκιμή ενός προγράμματος πλήρης, οι περιπτώσεις δοκιμής πρέπει να καλύπτουν ολόκληρο το φάσμα των πραγματικών περιπτώσεων. Ακόμη και για απλά προγράμματα η δοκιμή είναι περίπλοκη διαδικασία, η οποία χρειάζεται να γίνει με οργανωμένο και μεθοδικό τρόπο. Μόνο έτσι θα είναι πλήρης και αποδοτική στην ανακάλυψη των λογικών λαθών. Ο προγραμματιστής, μέσω της εμπειρίας του, αποκτά τις δικές του τεχνικές δοκιμής και αποσφαλμάτωσης. XVI-6

7 Αρθρωτά προγράμματα, αποτελούμενα από ένα αριθμό απλούστερων μονάδων, διευκολύνουν τις διαδικασίες της δοκιμής και αποσφαλμάτωσης. XVI-7

8 Στρατηγικές για Δοκιμή Ολοκλήρωσε τον κώδικα για ολόκληρο το πρόγραμμα και μετά δοκίμασε Πολύ κακή στρατηγική, αλλά η μόνη δυνατή σε σχέση με μονολιθικά προγράμματα (προγράμματα χωρίς καθόλου άρθρωση) XVI-8

9 δεδομένα λάθος αποτέλεσμα? XVI-9

10 δεδομένα λάθος αποτέλεσμα? XVI-10

11 Ένα αρθρωτό πρόγραμμα διευκολύνει την εφαρμογή αυτής της στρατηγικής Όμως η εντόπιση της συνάρτησης που είναι υπεύθυνη για το λάθος και η εξακρίβωση της αιτίας του λάθους, δεν είναι απαραίτητα κάτι το εύκολο Τα πράγματα είναι ακόμη πιο δύσκολα αν η αιτία του λάθους είναι σύνθετη (πολλαπλά σφάλματα, ενδεχομένως σε διάφορες συναρτήσεις) XVI-11

12 Δοκιμή Προσαυξήσεων Incremental Testing Οι στρατηγικές αυτές μπορούν να εφαρμοστούν μόνο σε αρθρωτά προγράμματα, αφού η λογική που τις διέπει είναι η σταδιακή, μονάδα προς μονάδα, δοκιμή του προγράμματος XVI-12

13 Στρατηγικές Δοκιμής Προσαυξήσεων ιεραρχική διάταξη των μονάδων (συναρτήσεων) του προγράμματος Α Β η συνάρτηση Α καλεί τη συνάρτηση Β XVI-13

14 Στρατηγικές Δοκιμής Προσαυξήσεων Από πάνω προς τα κάτω (top-down) Από κάτω προς τα πάνω (bottom-up) Μείγμα (mixed strategies) XVI-14

15 Στόχος Στρατηγικών Δοκιμής Προσαυξήσεων Δοκίμασε και αποσφαλμάτωσε ολοκληρωτικά κάθε μονάδα (συνάρτηση) του προγράμματος, ξεχωριστά Όταν δοκιμάζεται μία μονάδα, όλες οι υπόλοιπες μονάδες τις οποίες χρησιμοποιεί, και επομένως η δική της ορθή λειτουργία εξαρτάται από την ορθή λειτουργία αυτών: είτε έχουν ήδη ελεγχθεί (στρατηγική από κάτω προς τα πάνω ) είτε αντιπροσωπεύονται από stubs (στρατηγική από πάνω προς τα κάτω ). XVI-15

16 Μεθοδικός Τρόπος Δοκιμής και Εντόπισης των Αιτιών Λανθασμένων Αποτελεσμάτων Με το μεθοδικό αυτό τρόπο ελέγχου δεν παραγνωρίζεται καμία μονάδα του προγράμματος Σε κάθε στάδιο της διεργασίας ο έλεγχος επικεντρώνεται σε μόνο μία μονάδα Επομένως εάν σε κάποια περίπτωση δοκιμής το πραγματικό αποτέλεσμα δεν είναι το αναμενόμενο, η ένοχος μονάδα είναι η συγκεκριμένη XVI-16

17 δεδομένα Σ λάθος αποτέλεσμα XVI-17

18 Δοκιμή Συνάρτησης Σ Περιπτώσεις Π 1 : δ 1 α 1 Π 2 : δ 2 α Π n : δ n α n α 1 α 2 α n. Σ. α i α i α j α j..... Αποσφαλμάτωση της Σ γιατί; XVI-18

19 Παράδειγμα Σ 1 Σ 1 Σ 2 Σ 2 Σ 4 Σ 3 Σ 3 ιεραρχική διάταξη συναρτήσεων Σ 4 η Σ 1 καλεί τη Σ 2, η Σ 2 καλεί τη Σ 3, κτλ XVI-19

20 Δοκιμή από κάτω προς τα πάνω Πρώτα δοκιμάζεται η Σ 4 Μετά δοκιμάζεται η Σ 3 Μετά δοκιμάζεται η Σ 2 Τέλος δοκιμάζεται η Σ 1 Η Σ 4 δεν εξαρτάται από άλλη συνάρτηση Η Σ 3 εξαρτάται από τη Σ 4 Η Σ 2 εξαρτάται από τη Σ 3 και κατ επέκταση από τη Σ 4 Η Σ 1 εξαρτάται από τη Σ 2, Σ 3 και Σ 4 Για την εφαρμογή της στρατηγικής αυτής χρειάζεται η χρήση των λεγόμενων test harness κώδικας για τη δοκιμή άλλου κώδικα. Η συνάρτηση main, η δοκιμή της οποίας θα γίνει στο τέλος, μπορεί διαδοχικά να αποτελεί το test harness για τη δοκιμή της κάθε μίας εκ των υπολοίπων συναρτήσεων. XVI-20

21 Δοκιμή από πάνω προς τα κάτω Πρώτα δοκιμάζεται η Σ 1 Μετά δοκιμάζεται η Σ 2 Μετά δοκιμάζεται η Σ 3 Τέλος δοκιμάζεται η Σ 4 Για τη δοκιμή της Σ 1 χρησιμοποιούνται stubs για τις Σ 2, Σ 3 και Σ 4. Για τη δοκιμή της Σ 2 χρησιμοποιείται stub για τη Σ 3. Για τη δοκιμή της Σ 3 χρησιμοποιείται stub για τη Σ 4. XVI-21

22 Stub Μία άδεια συνάρτηση, η οποία δεν υπολογίζει τίποτα. Απλά δίνει το ορθό αποτέλεσμα στα συγκεκριμένα συμφραζόμενα. Αρχικά όλες οι συναρτήσεις είναι stubs και σταδιακά αντικαθιστώνται από τον πραγματικό κώδικα, π.χ. το stub για κάποια συνάρτηση-κατηγόρημα απλώς επιστρέφει τις κυριολεκτικές τιμές true ή false: public static boolean is_leap (int year) {return true;} XVI-22

23 Σχεδίαση και Δοκιμή Κώδικα Η στρατηγική από πάνω προς τα κάτω συνήθως αποτελεί τον πιο φυσικό τρόπο ως προς τη σχεδίαση του προγράμματος. Η στρατηγική από κάτω προς τα πάνω συνήθως αποτελεί τον πιο φυσικό τρόπο ως προς τη δοκιμή του προγράμματος. XVI-23

24 Ίχνος Προγράμματος Program Trace Δίνει τη σειρά ενεργοποίησης των διαφόρων συναρτήσεων που αποτελούν το πρόγραμμα για δεδομένη εκτέλεση του προγράμματος Επιπλέον το ίχνος μπορεί να δίνει τις εισόδους και εξόδους των εν λόγω κλήσεων των συναρτήσεων, καθώς επίσης τις τιμές σημαντικών μεταβλητών Το ίχνος παρέχει πολύ χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με την εκτέλεση του προγράμματος οι οποίες μπορεί να βοηθήσουν στην ανίχνευση λογικών λαθών, όπως βρόχους άπειρης διάρκειας XVI-24

25 Παράδειγμα public class Trace { public static int factorial (int x) { if (x == 0) return 1; else return x * factorial(x 1); } } public static void main (String [] args) { int n = Integer.parseInt(args[0]); System.out.printf( \nfactorial %d = %d\n, n, factorial(n)); } XVI-25

26 $ java Trace 4 Factorial 4 = 24 Εκτέλεση με ίχνος $ java Trace 4 Entry factorial < 4 Entry factorial < 3 Entry factorial < 2 Entry factorial < 1 Entry factorial < 0 Factorial 4 = 24 Το ίχνος παρέχεται απλά με την προσθήκη μίας κλήσης της εντολής printf στον ορισμό της factorial: public static int factorial (int x) { System.out.printf( \nentry factorial < %d, x); if (x == 0) return 1; else return x * factorial(x 1); } XVI-26

27 Ίχνος με πληροφορίες εισόδου και εξόδου 1: Entry factorial < 4 2: Entry factorial < 3 3: Entry factorial < 2 4: Entry factorial < 1 5: Entry factorial < 0 5: Exit factorial > 1 4: Exit factorial > 1 3: Exit factorial > 2 2: Exit factorial > 6 1: Exit factorial > 24 Factorial 4 = 24 XVI-27

28 /* Βοηθητικές Συναρτήσεις */ public static final int Indent = 3; public static int Level = 0; public static void putchar (char c){ System.out.print(c); } public static void spaces (int n) { int s; for (s = 1; s <= n; s++) putchar( ); } public static void Entry (String f_name) { Level++; putchar( \n ); spaces(indent * Level); System.out.printf( %d: Entry %s <, Level, f_name); } public static void Exit (String f_name) { putchar( \n ); spaces(indent * Level); System.out.printf( %d: Exit %s >, Level, f_name); Level ; } XVI-28

29 /* Επαναδιατύπωση factorial */ public static int factorial (int x) { int res; Entry( factorial ); System.out.printf( %d, x); if (x == 0) res = 1; else res = x * factorial (x 1); Exit( factorial ); System.out.printf( %d, res); return res; } XVI-29

30 /* Έστω ο ακόλουθος λανθασμένος ορισμός */ public static int factorial (int x) { int res; Entry( factorial ); System.out.printf( %d, x); if (x == 0) res = 1; else res = x * factorial (x + 1); Exit( factorial ); System.out.printf( %d, res); return res; } $ java Trace 4 Give number: 4 1: Entry factorial < 4 2: Entry factorial < 5 3: Entry factorial < 6 4: Entry factorial < 7 5: Entry factorial < 8 6: Entry factorial < 9 βρόχος άπειρης διάρκειας XVI-30

31 /* Παράδειγμα */ public class Trace { public static final int Indent = 3; public static int Level = 0; public static void putchar (char c) {... } public static void spaces (int s) {... } public static void Entry (String f_name) {.. } public static void Exit (String f_name) {.. } public static boolean good_enough (double x, double y){ double eps = ; int res = Math.abs(x y * y) <= eps; Entry( good_enough ); System.out.printf( %f, y); Exit( good_enough ); if (res) System.out.printf( TRUE ); else System.out.printf( FALSE ); return res; } } XVI-31

32 /* συνέχεια παραδείγματος */ public static double next_approx (double x, double y){ double res = (y + x / y) / 2.0; Entry( next_approx ); System.out.printf( %f, y); Exit( next_approx ); System.out.printf( %f,res); return res; } public static double sqrt (double x) { double y = x; Entry( sqrt ); System.out.printf( %f, x); while (! good_enough(x,y)) y = next_approx(x,y); Exit( sqrt ); System.out.printf( %f,y); return y; } public static void main (String[] args) { double x = Double.parseDouble(args[0]); System.out.printf( \n The square root of %f is %f \n, x, sqrt(x)); } XVI-32

33 Ίχνος Προγράμματος $ java Trace 2 1: Entry sqrt < : Entry good_enough < : Exit good_enough > FALSE 2: Entry next_approx < : Exit next_approx > : Entry good_enough < : Exit good_enough > FALSE 2: Entry next_approx < : Exit next_approx > : Entry good_enough < : Exit good_enough > FALSE 2: Entry next_approx < : Exit next_approx > : Entry good_enough < : Exit good_enough > TRUE 1: Exit sqrt > The square root of is XVI-33

34 /* (Απ)ενεργοποίηση ίχνους */ public static boolean TRACE; /* debugging mode */ public static int factorial (int x) { int res; if (TRACE) {Entry( factorial ); System.out.printf( %d, x);} if (x == 0) res = 1; else res = x * factorial (x + 1); if (TRACE) {Exit( factorial ); System.printf( %d, res);} return res; } public static void main (String [] args){ TRACE = Boolean.parseBoolean(args[0]);.... } XVI-34