Bedeutung von Ausgangszuständen beim Testen von objektorientierter Software

CO-MAT-TECH 2004 14 - 15 October 2004 BEDEUTUNG VON AUSGANGSZUSTÄNDEN BEIM TESTEN VON OBJEKTORIENTIERTER SOFTWARE IMPORTANCE OF INITIAL STATES BY TESTING OF OBJECT-ORIENTED SOFTWARE Roman NAGY External doctorand at the Department of Information Technology and Automation, Slovak University of Technology, Faculty of Materials Science and Technology, Paulinska 16, 917 24 Trnava, Slovakia, roman.nagy@microtool.de 1 Einführung Eine der wichtigsten Aufgaben des Testens ist zu prüfen, ob das zu testende Softwaresystem die in ihrer Spezifikation definierten Anwenderanforderungen erfüllt. Einzelne Anforderungen sind durch implementierte Aktionen des Softwaresystems realisiert. Die Reihenfolge, in der diese Aktionen ausgeführt werden, kann immer unterschiedlich sein. Dabei kann jede Aktion den Zustand des zu testenden Softwaresystems ändern. Diese Tatsache spielt vor allem bei dem Testen der objektorientierten Software eine sehr wichtige Rolle. Der globale Zustand ergibt sich hier von Werten einzelner Attribute aller Klassen des Softwaresystems. Deshalb wird jede Aktion, die den Wert mindestens eines Attributes ändert, gleichzeitig auch den Zustand des ganzen Softwaresystems beeinflussen. Bezüglich der Variabilität der Reihenfolge der ausgeführten Aktionen ist es sehr wahrscheinlich, dass jede Aktion in mehreren unterschiedlichen Zuständen des Softwaresystems ausgeführt werden kann. Aus der Sicht des Softwaretestens ist dieser Fakt sehr wichtig. Ein einmaliges Testen jeder Anwenderanforderung, bzw. der Aktion die diese Anforderung realisiert, nur in einem Zustand der zu testenden Software ist nicht ausreichend. Jede Aktion muss in allen Ausgangzuständen getestet werden, in denen man sie auch bei einem realen Einsatz der zu testenden Software ausführen kann. Gleichzeitig gilt, dass jeder Ausgangzustand durch mehrere Wege erreichbar ist. Diese Wege sind durch die Reihenfolge der ausgeführten Aktionen bestimmt. Ich werde solche Wege als „Pfade“ bezeichnen. Deshalb muss jede Aktion in jedem relevanten Ausgangzustand getestet werden und gleichzeitig muss jeder Ausgangszustand durch alle möglichen Pfade erreicht werden. Nur dann wird die zu testende Software ausreichend bezüglich ihres Zustands getestet. Aufgrund dieser Tatsachen ist es möglich, die Anzahl der Testszenarios festzulegen, die für das Testen einer Anwenderanforderung notwendig sind. Die Menge S = {s1,…, sm} ist eine Menge von möglichen Ausgangzuständen, in denen man eine Anwenderanforderung ausüben kann. Die Menge Pi = {pi1,…, pin} ist eine Menge mit möglichen Pfaden, durch die ein Zustand si ∈ S erreichbar ist. Dann ist die Anzahl der notwendigen Testszenarien für das Testen einer Anwenderanforderung: m n=   pi [1.1] i =1 wobei: n ... Anzahl von notwendigen Testszenarien m ... Anzahl von möglichen Ausgangszuständen, in denen die Anwenderanforderung durchführbar ist pi ... Anzahl von Pfaden, durch die man einen Ausgangszustand si ∈ S erreichen kann. Für das Testen jeder Anwenderanforderung muss eine Menge von Testszenarien TS = {ts1,…, tsn} verwendet werden. Jedes Testszenario tsj ∈ TS stellt dabei eine Kombination eines Elementes aus der Menge S und eines Elementes aus der Menge Pi dar. In diesem Beitrag wird eine Lösung für das Erreichen von Ausgangszuständen während des Testens präsentiert. Diese Lösung geht bei dem Identifizieren der Ausgangszustände und den Pfaden zu ihnen von der Spezifikation der zu testenden Software aus, die mit Hilfe der UML [10] hergestellt wurde. Für diesen Zweck wird eine Kombination von Sequenzdiagrammen und Zustandsdiagrammen genutzt. Dabei gehe ich davon aus, dass die Sequenzdiagramme die beste Grundlage für das Generieren von Testszenarien aus einer UML – Spezifikation darstellen. Diese Überzeugung basiert sowohl auf der Empfehlung der Autoren der UML [7, 8], als auch auf existierenden Projekten in diesem Bereich [2, 5]. 2 Entwurf der Lösung Die Menge SD = {sd1,…, sdn} ist eine Menge von Sequenzdiagrammen, durch die das Verhalten der zu testenden Software modelliert ist. Jedes Sequenzdiagramm sdi ∈ SD beschreibt dabei das Verhalten beim Durchführen genau einer Anwenderanforderung. In jedem Diagram sdi ∈ SD ist eine Menge O = {o1,…, on} mit Objekten dargestellt, die an dem Ablauf dieses Verhaltens beteiligt sind. Aus der Sicht des Generierens von Testszenarien aufgrund eines Sequenzdiagramms sdi ∈ SD ist der globale Zustand des zu testenden Softwaresystems von Zuständen aller Objekte aus der Menge O abhängig. Der Zustand von Objekten, die in dem Diagram sdi ∈ SD nicht dargestellt sind und dadurch keinen Einfluss auf den Ablauf des modellierten Verhaltens haben ist hierbei irrelevant. Aus diesem Grund werde ich unter dem Ausgangszustand des zu testenden Softwaresystems, in dem sich die im Sequenzdiagram sdi modellierte Aktion testen lässt, eine Kombination von Zuständen aller in diesem Diagram dargestellter Objekte verstehen. Deshalb ist es wichtig für jedes Objekt oi ∈ O eine Menge mit möglichen Zuständen zu finden, in denen dieses Objekt seine Rolle in dem Sequenzdiagram sdi einnehmen kann. Diese Menge nenne ich eine Menge von möglichen Einleitungszuständen des Objektes oi bezüglich seines Auftretens im Sequenzdiagramm sdi und wird als Vi = {vi1,…, vin} bezeichnet. Die Menge Vi enthält mindestens ein Element. In der Praxis kann aber diese Menge mehrere Elemente enthalten. Damit man bei Verwendung der in diesem Beitrag präsentierten Lösung alle möglichen Einleitungszustände eines Objektes bezüglich seines Auftretens im einem Sequenzdiagramm und alle Pfade zu jedem dieser Zustände identifizieren kann, muss das zu testende Softwaresystem folgende Bedingungen der Testbarkeit erfüllen: 1. Die zu testende Funktionalität ist in der UML-Spezifikation durch eine Menge von Sequenzdiagrammen modelliert. In jedem Sequenzdiagramm sdi ist eine Menge von Objekten O = {o1,…, on} dargestellt, die an der Durchführung der modellierten Funktionalität beteiligt sind. Zu jedem Objekt oi ∈ O ist eine geordnete Menge von Eingangsbotschaften U = {u1,…, un} definiert, die das Objekt oi bei dieser Durchführung empfängt. Als Reaktion auf den Empfang einer Eingangsbotschaft uk ∈ U sendet das Objekt oi eine geordnete Menge von Ausgangsbotschaften Yk = {yk1,…, ykn}. Empfänger einer Ausgangsbotschaft yki kann entweder das Objekt oi, oder ein anderes Objekt sein. Die Menge Yk kann auch leer sein. 2. Jedem Objekt oi ∈ O, das im Sequenzdiagramm sdi dargestellt ist, muss eine Klasse zugeordnet sein. Jede Klasse muss durch genau ein Zustandsdiagramm beschrieben sein. In dem Zustandsdiagramm ist eine Menge S = {s1,…, sm} mit Zuständen enthalten, in denen sich das Objekt oi befinden kann. Außerdem existiert eine Menge T mit den gültigen Übergängen. Jeder Übergang tm ∈ T ist dabei durch die Variable tm(si, sj, uk, Yk) definiert, wobei die Eingangsbotschaft uk die Rolle des den Übergang tm auslösenden Ereignisses einnimmt. Die Menge Yk = {yk1,…, ykn} enthält eine Reihe von Ausgangsbotschaften. Ein Übergang tm zwischen zwei Zuständen si und sj stellt eine Reaktion des Objektes oi auf ein bestimmtes Ereignis dar. Das Auftreten eines Ereignisses wird dem Objekt oi durch die Eingangsbotschaft uk signalisiert. Neben dem Zustandsübergang tm kann ein Ereignis auch eine Folge von Aktionen auslösen. Diese Folge von Aktionen wird durch die Menge Yk der Ausgangsbotschaften repräsentiert. Jede Ausgangsbotschaft yki aus der Menge Yk wird entweder an das Objekt oi oder an ein anderes Objekt gesendet. Zustandsübergänge mit si = sj sind zulässig. Wenn die oben genannten Bedingungen erfüllt sind, kann man den Einleitungszustand des Objektes oi ∈ O und zusätzlich einen Pfad zu diesem Zustand identifizieren. Für diesen Zweck wird das Verhalten des Objektes im Sequenz- und im Zustandsdiagramm verglichen. Das geschieht durch Vergleich von Sequenzen der Eingangs- und Ausgangsbotschaften des Objektes oi im Sequenzdiagramm sdi auf einer Seite und im Zustandsdiagramm der Klasse des Objektes oi auf der anderen Seite. Dabei muss gelten, dass man einen Zustand si genau dann als Einleitungszustand des Objektes oi bezeichnen kann, wenn das Objekt oi im Zustand si auf die Botschaft uk ∈ U reagieren kann. Die Botschaft uk ist dabei eine Eingangsbotschaft des Objektes oi im Sequenzdiagramm sdi. Außerdem muss als Reaktion auf den Empfang der Botschaft uk zusammen mit einem Zustandsübergang auch eine Reihe von Aktionen generiert werden. Diese Aktionen repräsentieren die Menge Yk = {yk1,…, ykn} von Ausgangsbotschaften, die das Objekt oi nach dem Empfang von uk im Sequenzdiagramm sdi entsendet. So entsteht eine Menge Vi = {vi1,…, vin}. Die Menge Vi stellt eine Menge von möglichen Einleitungszuständen des Objektes oi bezüglich seines Auftretens im Sequenzdiagramm sdi dar. In dem Bild 1a ist das Sequenzdiagram sd1 abgebildet. In diesem Diagram ist eine Menge von Objekten O = {o1, o2, o3, o4} dargestellt. Für das Identifizieren des Einleitungszustandes des Objektes o1 bezüglich seines Auftretens im Sequenzdiagramm sd1 muss man das Zustandsdiagram dieses Objektes benutzten. In dem Bild 1b ist ein Ausschnitt aus diesem Zustandsdiagram abgebildet. In dem Sequenzdiagram sd1 empfängt das Objekt o1 eine Eingangsbotschaft u1. Als Reaktion auf den Empfang werden zwei Botschaften generiert. Die Botschaft u2 wird an das Objekt o2 und die Botschaft u3 an das Objekt o3 entsendet. Aus der Sicht des Objektes o1 stellen die Botschaften o2.u2 und o3.u3 eine Menge von Ausgangsbotschaften dar.