Geração Automática de Classes Testadoras

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1 Geração Automática de Classes Testadoras Abstract The goal of this paper is to present a tool intended for automatic generation of tester classes to Java classes. The focus is to show ways of testing classes, ensuring the importance of software testing to obtain reliable programs and also to address some test techniques as soon as the class is built in order to avoid possible errors propagate. Keywords Java programming language, reflection, introductory teaching of testing and debugging in Java programs. Resumo O objetivo desse artigo é a apresentação de uma ferramenta para geração automática de classes testadoras para classes Java. O foco é apresentar formas de testar classes, ressaltando a necessidade do teste de software para obtenção de programas confiáveis bem como incentivando o uso de técnicas de teste tão logo a classe seja construída para que possíveis erros não se propaguem. Palavras Chave Linguagem de programação Java, reflexão, ensino introdutório de teste e depuração de programas Java. I. INTRODUÇÃO Recentemente tem-se observado um aumento significativo na utilização de linguagens orientadas a objetos em disciplinas de introdução à programação. Dentre essas linguagens, Java tem sido uma escolha freqüente pois atende a uma variedade de domínios de aplicação visto que possui uma excelente expressividade, apoiada em suas diversas bibliotecas. Assim, a linguagem pode ser adotada não apenas para expressar algoritmos em cursos introdutórios, mas também para atender as necessidades de programação ao longo de um curso de graduação, a exemplo de programação concorrente, distribuída, gráfica e programação para Internet. Outrossim, é importante direcionar os estudos, durante a graduação, visando satisfazer não apenas as tendências tecnológicas presentes, mas também objetivando propiciar uma sólida base conceitual que permita ao estudante enfrentar as mudanças futuras[1]. Um conceito muito importante e que nem sempre é abordado em disciplinas introdutórias, com a devida ênfase, é o teste de software. Testar uma aplicação orientada a objetos é uma atividade complexa, se comparada ao teste procedimental, uma vez que engloba diversos conceitos ao mesmo tempo, tais como ligação dinâmica, encapsulamento, herança e polimorfismo. O contexto desse trabalho é introduzir o teste de classe de forma simples, aberta, clara e precisa. Para tanto, resolveu-se utilizar o conceito de programa testador ( driver program ), o qual compreende uma classe que testa a interface pública de uma outra classe especificada, incluindo suas dependências em relação a outras classes. Para um aluno de um curso introdutório, entender o significado de uma classe de teste, bem como construí-la, não é uma tarefa simples, pois além de ter que determinar quais os casos de teste, existe a preocupação com os relacionamentos de classes e questões de acessibilidade. Pretende-se com este trabalho estimular o teste de software desde as disciplinas introdutórias até as disciplinas mais específicas, buscando convencer o aluno iniciante em programação de que o teste é fundamental para a qualidade de qualquer sistema computacional e portanto deve ser conduzido junto com o processo de implementação. Na seção II discute-se os erros que podem ocorrer em programas e introduz-se o conceito de ferramentas de teste. Na seção III aborda-se casos de teste, onde relata-se os conceitos envolvidos na criação da classe testadora para classes Java sugerindo casos de teste. Na seção IV é discutido o teste funcional e o teste de estados com relação à linguagem Java; na V descreve-se as facilidades desenvolvidas para a ferramenta de geração de classes testadoras e suas particularidades. Finalmente a seção VI apresenta as conclusões e algumas perspectivas de trabalhos futuros.

2 II. ERROS EM PROGRAMAS E DEPURAÇÃO O teste de software consiste em um processo para executar um programa ou sistema com a finalidade de encontrar erros [3]. Os erros em um programa podem ser classificados em: (i) (ii) (iii) erros sintáticos: compreendem erros vinculados com a não conformidade de uma instrução com as regras sintáticas. Esses erros são automaticamente detectados pelo compilador; erros semânticos (ou erros lógicos): o programa está sintaticamente correto, porém o resultado obtido não é o pretendido; erros de execução: consistem nos erros surgidos durante a execução do programa (por exemplo divisão por zero, overflow, violação nos limites de um array). Assim, o teste de software é utilizado para detectar a presença de possíveis erros em um programa, abrangendo de forma ampla todos os tipos de erros, enquanto a depuração objetiva identificar, localizar e corrigir erros semânticos e de execução de forma mais dirigida, procurando inclusive introduzir falhas no software para observar seu comportamento. Portanto, se testes, no seu sentido mais abrangente, são essenciais no processo de desenvolvimento, quanto mais minuciosos e específicos se desenvolverem, mais contribuem para a qualidade do produto final. Enquanto que na programação orientada a procedimentos é usual que um programa seja monobloco, no sentido de existir uma única unidade de compilação, no modelo de objetos a estrutura mais usual é um programa formado por um conjunto de classes, sendo a classe uma unidade independente de compilação. Assim, se um programa monobloco sempre contém um bloco principal, a partir do qual se desencadeia o processo de execução, no modelo de objetos possivelmente apenas uma classe contém o método principal, responsável pela instanciação e interação entre os objetos. Esta granularidade, que promove a reutilização e permite que um programa seja composto por classes interrelacionadas, exige que o teste também seja feito de forma granular, incremental, classe por classe. Segundo Herbert[2] é impossível testar todas as combinações de objetos gerados a partir de uma classe. Assim a solução encontrada é testar todas as classes de forma isolada o teste de classe. O objetivo da técnica de teste incremental de classes [2,5], é realizar testes de classes isoladamente, reutilizando casos de teste na hierarquia de herança, sempre que possível. Para que isto seja feito, basta criar uma classe separada que instancie objetos de cada classe alvo do teste, para testar os seus atributos e métodos, considerando suas dependências em relação a outras classes. Existem diversas ferramentas que dispõem de depuradores para classes Java. Algumas dessas ferramentas, por serem dirigidas a profissionais, muitas vezes exigem razoável conhecimento da linguagem, da ferramenta, e de técnicas de testes e, portanto, podem se tornar bem complexas de utilizar. Além disso, a maioria dessas ferramentas somente permite que uma classe seja depurada se contiver um método main. Para um aluno iniciante esse fato torna-se bastante complicado, pois, quando implementa-se uma classe para representar dados e suas operações, os únicos métodos implementados nela são os que atuam sobre tais dados, por exemplo métodos de leitura (get) e de escrita (set). Portanto, para testar tal classe deve ser inserido um método main ou ser criada, de forma separada, uma classe testadora específica. A geração automática de uma classe testadora, juntamente com um conjunto de casos de teste, para cada classe desenvolvida pelo usuário, além de possibilitar a depuração e a futura correção de erros, objetiva estimular a compreensão de como testar as classes e incitar o aluno a desenvolver testes para seus programas. III. CASOS DE TESTE Sabe-se que testar todas as possibilidades de entrada para um determinado tipo de dado é na maioria das vezes inviável, pois pode abranger um domínio de valores muito extenso. Todavia, com relação a teste de classes Java, a condução do

3 processo deve ser realizada observando-se o seguinte: (i) Teste de construtores: com o teste de construtores, objetiva-se testar todos os construtores da classe alvo para que se possa certificar que a entrada de argumentos não esperados não prejudique a execução correta do programa e que o objeto criado contenha os valores desejados. (ii) Teste de métodos: com o teste funcional de cada método, pretende-se controlar o comportamento do objeto executando-se seus métodos para assegurar que funcionam conforme o esperado, isto é, que valores inválidos (valores que não estejam dentre a faixa de valores idealizados para a execução de tal método) não causem exceções não tratadas que ocasionem o término do programa de forma indesejada. Encontrar bons casos de teste é um problema, pois há uma infinidade de possibilidades a serem testadas. No entanto, cada classe é criada com algum objetivo próprio, com isso, possivelmente o aluno saberá valores apropriados para serem casos de teste. Embora a escolha de casos de testes possa ser realizada pelo aluno, sugere-se que, com relação a valores numéricos, sejam eles primitivos ou invólucro (wrappers), sejam testados os limites inferior e superior da faixa de representação do tipo, o valor zero e valores aleatórios (um positivo e um negativo). Além disso, é importante lembrar que a representação alfanumérica da linguagem Java é Unicode, dessa forma, alguns casos de teste para caracteres e Strings poderiam conter valores não pertencentes aos alfabetos ocidentais. Para fins de teste podem ser gerados diversos Strings contendo caracteres selecionados. Um aspecto a ser pensado com relação a linguagens orientadas a objeto são as relações de composição, ou seja, objetos que contém representações de outros objetos, e herança, onde uma classe é derivada de outra classe construída pelo usuário. Essas relações dificultam a elaboração do teste e sugerem, como princípio básico, que uma classe deve ser testada logo após sua construção. Isso implica que, quando houver composição, a classe utilizada seja testada antes de testar a classe que a utiliza e, no caso de herança, a superclasse também deverá ser testada anteriormente. Por exemplo, considerando a classe alvo (Pessoa.java) mostrada na Figura 1, sem herança explícita e sem composição com classes do usuário, uma classe de teste bem simples (TestadorPessoa) pode ser construída como mostrado na Figura 2. class Pessoa{ private String nome; private int idade; public Pessoa(){ nome = ""; idade = 0; public Pessoa(String s, int i){ nome = s; idade = i; public String getnome(){ return nome; public int getidade(){ return idade; public void setnome(string s){ nome = s; public void setidade(int i){ idade = i; Fig. 1. Código da Classe Alvo class TestadorPessoa{ public static void main(string args[]){ // Teste de Construtores Pessoa tp1 = new Pessoa("valor1", ); Pessoa tp2 = new Pessoa(); // Teste de Metodos String ret1; ret1 = tp1.getnome(); System.out.println("ret1: " + ret1); ret1 = tp2.getnome(); System.out.println("ret1: " + ret1); int ret2; ret2 = tp1.getidade(); System.out.println("ret2: " + ret2); ret2 = tp2.getidade(); System.out.println("ret2: " + ret2); tp1.setnome("valor1"); tp2.setnome("valor1"); tp1.setidade( ); tp2.setidade( ); Fig. 2. Classe de Teste Os casos de testes que foram gerados automaticamente poderão ser modificados pelo aluno, bem como novos casos de teste poderão ser incluídos através da edição do texto fonte da classe de teste. Assim, a interação com o código da classe

4 testadora estimulará o desenvolvimento de testes que mais se aproximem do objetivo do aluno. IV. TESTE FUNCIONAL E TESTE DE ESTADOS A execução do método main da classe TesdadorPessoa (Figura 2) produziria simplesmente os dados de saída mostrados na Figura 3. Ou seja, o resultado do teste não mostra informações a respeito do comportamento dos métodos que não retornam valores e não exibem resultados. ret1: valor1 ret1: ret2: ret2: 0 Fig. 3. Resultado da execução da classe de teste Quando mais informações de depuração se fizerem necessárias, outras técnicas de teste devem ser empregadas, a exemplo da técnica de testes de estados. Segundo Herbert [2], de acordo com Binder [8], o comportamento de uma classe é definido por determinado conjunto de valores encapsulados que a classe possui em determinado momento. Assim, o comportamento da classe é controlado por valores encapsulados, seqüências de mensagens, ou ambos. A partir deste conceito, um pequeno conjunto de comportamentos pode ser definido por um grande número de seqüências de mensagens e valores. O teste de estados exige o acompanhamento do processo de execução, incluindo a inspeção de variáveis de classe e de instância, independentemente de seus atributos de acesso (público, privativo, protegido). Pode ser implementado de forma intrusiva, através da inserção no código de vários comandos de depuração para exibir as informações desejáveis a cada instante do processo de execução. De forma não intrusiva, pode implementado através de reflexão computacional, técnica esta que permite tanto a obtenção de informações sobre a estrutura de classes quanto a alteração dinâmica de atributos. A seção V fornece mais detalhes a respeito do teste de estados. V. GERADOR DE CLASSES TESTADORAS: A. Teste Funcional A classe testadora destinada ao teste funcional preocupa-se em testar todos os construtores da classe alvo, bem como todos os métodos públicos, partindo do pressuposto que métodos privativos e protegidos são utilizados pelos públicos, mantendose assim o encapsulamento de dados. A obtenção das informações sobre os construtores e métodos da classe para fins de criação automática de uma classe testadora, é feita utilizando-se reflexão computacional a partir de uma classe compilada pelo usuário. A utilização de uma classe já compilada com sucesso assegura que erros sintáticos já foram resolvidos. O testador de classes possui uma interface bastante simples de usar, como pode ser visto na Figura 4: a geração, a compilação e a execução da classe testadora é feita através de um menu e a classe gerada é exibida em uma janela de texto. Fig. 4. Interface do gerador de classes de teste Pode-se observar que a classe de teste é criada com código fonte em Java, e assim poderá ser editada, compilada e executada em qualquer

5 plataforma. Apesar de obtermos um código simples e de fácil entendimento para o aluno, ainda não é possível obter resultados mais precisos, como sugere o teste de Binder [8], onde também são mostrados resultados sobre métodos sem retorno. b) Teste de estados Como esta técnica é mais complexa na sua implementação, contendo código para a interceptação de invocação de métodos e inspeção dinâmica de valores, optou-se por oferecer esta possibilidade através de um menu inserido em um ambiente de desenvolvimento, sem disponibilizar o código de testes gerado. Para este fim, foi feita uma extensão no ambiente JEduc [6], inteiramente desenvolvido em Java. Essa extensão inclui a ferramenta de geração de classes testadoras no ambiente, a partir da qual é feita a versão mais complexa que permite, durante a execução, uma inspeção mais minuciosa das trocas de mensagens entre objetos como sugere Binder[8]. O ambiente JEduc[6] foi desenvolvido com o intuito de minimizar alguns problemas relacionados ao ensino de Java como primeira linguagem de programação, bem como procurar oferecer apoio à migração do modelo orientado a procedimentos para o modelo de objetos. Para atender estas finalidades, inclui um conjunto de classes simplificadoras de entrada e saída via console e arquivos tipados e não-tipados e tratamento de exceções. Esse ambiente permite editar, compilar e executar classes Java através de menus e ícones, além de fornecer outras facilidades, incluindo a possibilidade de inserção de gabaritos de códigos Java referentes a comandos básicos, tais como, repetições, comandos condicionais, entre outros. A classe de teste de estados gerada possui um código bastante similar ao de teste funcional, porém é utilizado um objeto Proxy criado sobre uma interface da classe alvo de teste para interceptar as mensagens entre os objetos e uma meta-classe para obter e exibir as informações desejadas, a saber: nome do método invocado, parâmetros usados na sua invocação, valores das variáveis de instância e de classe antes e após a invocação. Essa estrutura fica escondida do aluno, por sua aparente complexidade. É impraticável inserir esse código na classe testadora visível ao aluno, pois o objetivo é incentivar a elaboração de testes, bem como facilitar a compreensão do mesmo. A partir dessa estrutura adicional, a execução da classe testadora nesse ambiente obterá como resultado todas as trocas de mensagens entre os objetos, possibilitando a verificação da existência de erros com base nos casos teste aplicados a classe alvo. Dessa forma a execução da classe testadora ocasionaria o resultado como na Figura 5. VI. Fig. 5. Teste de estados CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS FUTURAS Este trabalho reflete a preocupação da abordagem do teste de software desde cursos introdutórios a fim de incentivar o aluno para que, além de utilizar boas técnicas de programação, também utilize boas técnicas de teste de software para obtenção de programas confiáveis. Os programas desenvolvidos no decorrer de um curso de programação cumprem seu objetivo ao funcionar para alguns casos de teste. Uma vez que não se destinam ao mercado, as exigências de testes

6 são mais brandas, mas a importância da atividade de teste deve ser enfatizada como prática imprescindível e indissociável do processo de programação. Além disso, o crescimento da utilização da linguagem Java em cursos introdutórios exige que uma abordagem de teste orientado a objetos seja usada. No entanto, essa abordagem nem sempre é facilmente compreendida, principalmente por alunos iniciantes. Sendo assim, uma ferramenta de geração automática de classes testadoras, visa incentivar a prática de testes bem como estimular o entendimento do teste orientado a objetos. Como perspectivas para trabalhos futuros, pretende-se incluir uma interface gráfica que permita ao usuário selecionar casos de teste para geração da classe testadora e também permitir a inclusão de novos testes, sem o aluno precisar codificar tal teste. No estado atual da ferramenta, é possível modificar ou incluir casos de teste reformulando o código da classe testadora. Objetiva-se, também, a integração com um depurador com mais funcionalidades, tal como a ferramenta jdb (Java Debugger), incluída no pacote de desenvolvimento J2SDK da Sun MicroSystems [9], que permite a inserção de pontos de parada no código a ser executado, verificação do conteúdo das variáveis utilizadas, da pilha de execução, entre outras verificações, de modo a facilitar ao máximo o processo de depuração. Existem diversas ferramentas profissionais baseadas na ferramenta jdb, lembrando que muitas delas não são de uso livre. Apesar de todas essas facilidades, o aluno, para utilizá-la, deverá submeter para o processo de depuração uma classe com o método main, e essa ferramenta deve ser utilizada em linha de comando. Este depurador tem sua execução realizada através de linhas de comando parametrizadas, exigindo assim, bastante conhecimento de suas numerosas opções de execução. Pretende-se integrar a ferramenta jdb ao gerador de classes testadoras de modo a propiciar a depuração utilizando um ambiente gráfico e de uso intuitivo, para promover uma fácil compreensão para o aluno. Com essa integração, o aluno, além de conseguir gerar uma classe de testes (possuindo um método main, a qual poderá ser submetida ao processo de depuração), conseguirá rastrear e corrigir erros de execução, exceções não tratadas e erros semânticos não previstos na codificação da classe. REFERÊNCIAS [1] Perego, C. A., Lisboa, M. L. B., Bertagnolli, S. C., A Migração de Pascal para Java: Problemas e Propostas de Solução. In: Workshop sobre Educação em Computação, WEI 2002, 2002, Florianópolis. [2] Herbert, J. S., Price, A. M., Técnicas e Ferramentas de teste para a Linguagem Java. In: Simpósio Brasileiro de Linguagens de Programação, SBLP 99, Porto Alegre, maio de Tutorial Apresentado. [3] Myers, G. The Art of Software Testing, Publication info: New York: John Willey & Sons, [4] Bertagnolli, S., Lisboa, M. L. B., Lima, M. J., JEduc: Uma extensão para guiar o teste e a depuração de classes. Artigo submetido ao CEISEC, [5] Harrold, M. J. et al. Incremental Testing of Object-Oriented Class Structure. In: 14th International Conference on Software Engineering, ACM [6] Perego, C. A., Bertagnolli, S. C., Lisboa, M. L. B., JEduc: Um ambiente dedicado ao ensino de Java.CLEI 2002, Montevideo, Uruguai, novembro [7] Jtest: Automatic Software and Component Test. junho [8] Binder, R.V., State-Based Testing. Object, vol.5(6). Julho-Agosto [9] Sun Microsystems. junho 2003.