Generación de Casos de Prueba en Programación Orientada a Objetos = Test Case Generation in Object-Oriented Programming

Las pruebas de software (Testing) son en la actualidad la técnica más utilizada para la validación y la evaluación de la calidad de un programa. El testing está integrado en todas las metodologías prácticas de desarrollo de software y juega un papel crucial en el éxito de cualquier proyecto de software. Desde las unidades de código más pequeñas a los componentes más complejos, su integración en un sistema de software y su despliegue a producción, todas las piezas de un producto de software deben ser probadas a fondo antes de que el producto de software pueda ser liberado a un entorno de producción. La mayor limitación del testing de software es que continúa siendo un conjunto de tareas manuales, representando una buena parte del coste total de desarrollo. En este escenario, la automatización resulta fundamental para aliviar estos altos costes. La generación automática de casos de pruebas (TCG, del inglés test case generation) es el proceso de generar automáticamente casos de prueba que logren un alto recubrimiento del programa. Entre la gran variedad de enfoques hacia la TCG, esta tesis se centra en un enfoque estructural de caja blanca, y más concretamente en una de las técnicas más utilizadas actualmente, la ejecución simbólica. En ejecución simbólica, el programa bajo pruebas es ejecutado con expresiones simbólicas como argumentos de entrada en lugar de valores concretos. Esta tesis se basa en un marco general para la generación automática de casos de prueba dirigido a programas imperativos orientados a objetos (Java, por ejemplo) y basado en programación lógica con restricciones (CLP, del inglés constraint logic programming). En este marco general, el programa imperativo bajo pruebas es primeramente traducido a un programa CLP equivalente, y luego dicho programa CLP es ejecutado simbólicamente utilizando los mecanismos de evaluación estándar de CLP, extendidos con operaciones especiales para el tratamiento de estructuras de datos dinámicas. Mejorar la escalabilidad y la eficiencia de la ejecución simbólica constituye un reto muy importante. Es bien sabido que la ejecución simbólica resulta impracticable debido al gran número de caminos de ejecución que deben ser explorados y a tamaño de las restricciones que se deben manipular. Además, la generación de casos de prueba mediante ejecución simbólica tiende a producir un número innecesariamente grande de casos de prueba cuando es aplicada a programas de tamaño medio o grande. Las contribuciones de esta tesis pueden ser resumidas como sigue. (1) Se desarrolla un enfoque composicional basado en CLP para la generación de casos de prueba, el cual busca aliviar el problema de la explosión de caminos interprocedimiento analizando de forma separada cada componente (p.ej. método) del programa bajo pruebas, almacenando los resultados y reutilizándolos incrementalmente hasta obtener resultados para el programa completo. También se ha desarrollado un enfoque composicional basado en especialización de programas (evaluación parcial) para la herramienta de ejecución simbólica Symbolic PathFinder (SPF). (2) Se propone una metodología para usar información del consumo de recursos del programa bajo pruebas para guiar la ejecución simbólica hacia aquellas partes del programa que satisfacen una determinada política de recursos, evitando la exploración de aquellas partes del programa que violan dicha política. (3) Se propone una metodología genérica para guiar la ejecución simbólica hacia las partes más interesantes del programa, la cual utiliza abstracciones como generadores de trazas para guiar la ejecución de acuerdo a criterios de selección estructurales. (4) Se propone un nuevo resolutor de restricciones, el cual maneja eficientemente restricciones sobre el uso de la memoria dinámica global (heap) durante ejecución simbólica, el cual mejora considerablemente el rendimiento de la técnica estándar utilizada para este propósito, la \lazy initialization". (5) Todas las técnicas propuestas han sido implementadas en el sistema PET (el enfoque composicional ha sido también implementado en la herramienta SPF). Mediante evaluación experimental se ha confirmado que todas ellas mejoran considerablemente la escalabilidad y eficiencia de la ejecución simbólica y la generación de casos de prueba. ABSTRACT Testing is nowadays the most used technique to validate software and assess its quality. It is integrated into all practical software development methodologies and plays a crucial role towards the success of any software project. From the smallest units of code to the most complex components and their integration into a software system and later deployment; all pieces of a software product must be tested thoroughly before a software product can be released. The main limitation of software testing is that it remains a mostly manual task, representing a large fraction of the total development cost. In this scenario, test automation is paramount to alleviate such high costs. Test case generation (TCG) is the process of automatically generating test inputs that achieve high coverage of the system under test. Among a wide variety of approaches to TCG, this thesis focuses on structural (white-box) TCG, where one of the most successful enabling techniques is symbolic execution. In symbolic execution, the program under test is executed with its input arguments being symbolic expressions rather than concrete values. This thesis relies on a previously developed constraint-based TCG framework for imperative object-oriented programs (e.g., Java), in which the imperative program under test is first translated into an equivalent constraint logic program, and then such translated program is symbolically executed by relying on standard evaluation mechanisms of Constraint Logic Programming (CLP), extended with special treatment for dynamically allocated data structures. Improving the scalability and efficiency of symbolic execution constitutes a major challenge. It is well known that symbolic execution quickly becomes impractical due to the large number of paths that must be explored and the size of the constraints that must be handled. Moreover, symbolic execution-based TCG tends to produce an unnecessarily large number of test cases when applied to medium or large programs. The contributions of this dissertation can be summarized as follows. (1) A compositional approach to CLP-based TCG is developed which overcomes the inter-procedural path explosion by separately analyzing each component (method) in a program under test, stowing the results as method summaries and incrementally reusing them to obtain whole-program results. A similar compositional strategy that relies on program specialization is also developed for the state-of-the-art symbolic execution tool Symbolic PathFinder (SPF). (2) Resource-driven TCG is proposed as a methodology to use resource consumption information to drive symbolic execution towards those parts of the program under test that comply with a user-provided resource policy, avoiding the exploration of those parts of the program that violate such policy. (3) A generic methodology to guide symbolic execution towards the most interesting parts of a program is proposed, which uses abstractions as oracles to steer symbolic execution through those parts of the program under test that interest the programmer/tester most. (4) A new heap-constraint solver is proposed, which efficiently handles heap-related constraints and aliasing of references during symbolic execution and greatly outperforms the state-of-the-art standard technique known as lazy initialization. (5) All techniques above have been implemented in the PET system (and some of them in the SPF tool). Experimental evaluation has confirmed that they considerably help towards a more scalable and efficient symbolic execution and TCG.

Axiomatización de clases y conjunto en la matemática en la programación orientada a objetos

El objetivo de este documento es presentar dos aproximaciones generales a la axiomatización de clases y conjuntos. De una parte, la aproximación matemáticas, mostrando el origen, evolución y desarrollo de la teoría matemática de clases y conjuntos, sin formular completamente el desarrollo axiomático, sólo mostrando los conceptos básicos y las crisis generadas por ellos y la solución más usualmente aceptada. Por otra parte, la aproximación dada por el paradigma orientado a objetos, siguiendo especialmente la línea marcada por el lenguaje smalltalk-80

Java y la programación orientada a objetos

Java es un lengua de programación orientado a objetos desarrollados por Sun Microsystems a principios de la década de los años 90. Java es inspirado en gran parte de C++ y a un nivel menor de Objective C y Smaltalk. Según la Sun Microsystems, Java fue creado inicial mente porque C++ no era adecuado para ciertas tareas. El éxito del lenguaje empieza en 1995, cuando Netscape anuncio que su visualizador, Navigator, trabajaría con programas Java insertados en las páginas Web. La idea era ofrecer a los desarrolladores de páginas HTML, una forma de crear documentos interactivos y animados.

JEduc : reflexão sobre a linguagem java na educação

Neste estudo são discutidos alguns aspectos relacionados à escolha da primeira linguagem de programação em currículos de ciência da computação, com interesse especial em Pascal e Java. A primeira linguagem é amplamente adotada para ensinar programação aos novatos, enquanto a segunda está ganhando popularidade como uma linguagem moderna e abrangente, que pode ser usada em muitas disicplinas ao longo de um curso degraduação em computação como ferramenta para ensinar desde recursos básicos de programação até tópicos mais avançados. Embora vários problemas quanto ao ensino de Java, com a primeira linguagem de programação, possam ser apontadas, consideramosque Java é uma boa escolha, visto que (a) oferece apoio a importantes questões conceituais e tecnológicos e, (b) é possível contornar algumas complexidades da linguagem e da plataforma Java para torná-las mais adequadas à alunos iniciantes. Além disso, considerando a grande popularidade de Pascal nos currículos de cursos de computação, uma eventual adoção de Java conduz à outro problema: a falta de professores aptos a lecionar programação orientada a objetos. Sugerimos que este problema de migração de Pascal para Java seja enfrentado através de smplificação do ambiente de desenvolvimento de programas, uso de um pacote com classes que facilitam a entrada e saída, e o desenvolvimento de um catálogo comparativo de programas implementados em ambas as linguagens. Neste estudo também é apresentado o JEduc, um IDE muito simples com o objetivo de dar suporte ao ensino da linguagem de programação orientada a objetos Java aos novatos. Oferece componentes desenvolvidos em Java que integram edição, compilação e execução de programas Java. Além das funcionalidades comuns a um IDE, JEduc foi desenvolvido para gir como uma ferramente pedagógica: simplifica a maioria das mensagens do compilador e erros da JRE, permite a inserção de esqueletos de comandos, e incorpora pacotes especiais para esconder alguns detalhes sintáticos e semânticos indesejáveis.

Um método para abordar todo o ciclo de desenvolvimento de aplicações tempo real

Neste trabalho apresenta-se um método de desenvolvimento integrado baseado no paradigma de orientação a objetos, que visa abordar todo o ciclo de desenvolvimento de uma aplicação tempo real. Na fase de especificação o método proposto baseia-se no uso de restrições temporais padronizadas pelo perfil da UML-TR, sendo que uma alternativa de mapeamento destas restrições para o nível de programação é apresentada. Este mapeamento serve para guiar a fase de projeto, onde utilizou-se como alvo a interface de programação orientada a objetos denominada TAFT-API, a qual foi projetada para atuar junto ao ambiente de execução desenvolvido no âmbito desta tese. Esta API é baseada na especificação padronizada para o Java-TR. Este trabalho também discute o ambiente de execução para aplicações tempo real desenvolvido. Este ambiente faz uso da política de escalonamento tolerante a falhas denominada TAFT (Time-Aware Fault- Tolerant). O presente trabalho apresenta uma estratégia eficiente para a implementação dos conceitos presentes no escalonador TAFT, que garante o atendimento a todos os deadlines mesmo em situações de sobrecarga transiente. A estratégia elaborada combina algoritmos baseados no Earliest Deadline, sendo que um escalonador de dois níveis é utilizado para suportar o escalonamento combinado das entidades envolvidas. Adicionalmente, também se apresenta uma alternativa de validação dos requisitos temporais especificados. Esta alternativa sugere o uso de uma ferramenta que permite uma análise qualitativa dos dados a partir de informações obtidas através de monitoração da aplicação. Um estudo de caso baseado em uma aplicação real é usado para demonstrar o uso da metodologia proposta.

Estudo de metodologias de desenvolvimento de sistemas orientadas por objeto

Apresenta as bases conceituais e as técnicas propostas por alguns métodos de análise e projeto orientados por objeto. Avalia a aplicabilidade e a eficácia destes métodos, no desenvolvimento de sistemas de informações, através de um estudo de caso. Inicialmente, são avaliados os métodos propostos por Peter Coad-Edward Yordon é Grady Booch. Em seguidaI são desenvolvidos métodos combinados, integrando conceitos básicos da orientação por objetos, com métodos estruturados convencionais. Finalmente, é apresentado um estudo de caso, baseado no projeto de um sistema de informações gerenciais, desenvolvido junto a uma instituição financeira

Abstração de dados [Audiodescrição]

Versão com menu acessível para leitores de tela e vídeo com audiodescrição.

Frameworks

O professor apresenta o que é um framework através de dois exemplos de frameworks .NET e Java Runtime Environment (Java Virtual Machine - JVM). Também ilustra como é a estrutura dos dois frameworks .NET e JRE.

Apresentação das linguagens

O professor faz apresentação das linguagens de programação C++ e Java. Ilustra o que são linguagens de programação e faz uma comparação entre as duas linguagens, mostrando o que cada uma disponibiliza para o desenvolvimento dos projetos.

Introdução ao C++

O professor apresenta as funcionalidades e estrutura da linguagem de programação C++. Ilustra o que é a linguagem C++, apresenta como é a estrutura de um código da linguagem e quais são os recursos que a linguagem disponibiliza.

Proteção e integridade dos dados

O professor apresenta a proteção e integridade dos dados dentro dos códigos de programação, ilustrando como esta é estruturada dentro do código e o motivo de proteger os dados contidos nos códigos.

Gerenciamento dinâmico de memória em C++

Nesta aula o professor apresenta alocação de memória na linguagem de programação C++ e ilustra como podem ser acessadas e realizadas as funções de orientação a objeto.

Ponteiro This

O professor apresenta o que é ponteiro This na linguagem de programação C++. Ilustra como utilizar ponteiros dentro dos códigos C++ e quais são as funcionalidades do ponteiro na linguagem de programação.

Vetores e Matrizes

O professor apresenta o que são vetores e matrizes na linguagem de programação Java e ilustra como utilizar vetores e matrizes na linguagem Java.

Herança e sobrecarga

O professor apresenta o conceito de herança e sobrecarga em orientação a objetos e ilustra o que são herança e sobrecarga, mostra as funcionalidades da cada uma delas.