Тестирование методом белого ящика

В мире информационных технологий, где программное обеспечение становится все более важным и распространенным, обеспечение его высокого качества становится приоритетной задачей. Тестирование играет ключевую роль в обеспечении надежности и функциональности программных продуктов. Однако существует несколько методов тестирования, и каждый из них имеет свои особенности и цели. В данной статье мы обратим внимание на один из таких методов — Вайтбокс тестирование, или тестирование белого ящика.

Вайтбокс тестирование представляет собой подход, основанный на анализе внутренней структуры и кода программы. Этот метод позволяет тестировщикам погрузиться в саму суть программы, исследовать ее внутренние механизмы и проверить их на соответствие заранее установленным ожиданиям. Это мощный инструмент, который позволяет выявить даже скрытые ошибки и улучшить общее качество программного продукта.

В следующих разделах статьи мы рассмотрим назначение и принципы Вайтбокс тестирования, его область применения, а также проведем сравнение с другими методами, такими как Черный ящик тестирование. Давайте погрузимся в мир Вайтбокс тестирования и узнаем, как он способствует созданию более надежных и качественных программных продуктов.

Общие сведения

Тестирование на основе структуры, также известное как структурное тестирование, представляет собой динамический метод тестирования, где тесты создаются на основе анализа внутренней структуры элемента, который нужно протестировать. Важно отметить, что этот метод может быть применен не только на уровне компонентов, но также на всех уровнях, включая, например, тестирование функционала меню в составе системы.

Тестирование методом белого ящика, также известное как прозрачное, открытое или стеклянное тестирование, представляет собой метод тестирования программного обеспечения, который предполагает знание внутренней структуры, устройства и реализации системы теми, кто проводит тестирование. При этом тесты разрабатываются с учетом этого знания, включая выбор входных данных, которые будут обрабатываться кодом, и определение ожидаемых результатов этой обработки. Этот метод тесно связан с пониманием всех аспектов тестируемой программы и ее внутренней реализации, и оно является обязательным для успешной его реализации.

Техника белого ящика может быть применена на разных уровнях тестирования, включая модульное, интеграционное и системное тестирование. Она часто используется при юнит-тестировании, проводимом разработчиками или SDET (специалистами по тестированию с разработкой программного обеспечения). Основной акцент в тестировании белого ящика делается на тестировании различных путей выполнения кода. Эти пути могут находиться внутри одного модуля (модульное тестирование), между модулями внутри подсистемы, между подсистемами внутри системы и даже между целыми системами.

Назначение и область применения

White box testing (тестирование «белого ящика») выполняется с целью:

• Гарантировать, что все отдельные пути выполнения в модуле были протестированы хотя бы один раз.
• Проверить, что все логические условия были проверены на их истинное и ложное значение.
• Убедиться, что все циклы выполняются в пределах своих граничных условий и в рамках корректных внутренних структур данных.

Этот вид тестирования также направлен на обнаружение следующих типов ошибок:

• Логические ошибки, которые могут возникнуть при разработке функций, условий или элементов управления, которые не соответствуют программным требованиям.
• Ошибки в проектировании, вызванные различием между логическим потоком программы и ее фактической реализацией.
• Опечатки и синтаксические ошибки в коде программы.

Как происходит процесс тестирования по методу белого ящика

Процесс White box testing (тестирования «белого ящика») включает в себя следующие шаги:

• Анализ реализации программы: На этом этапе тестировщики изучают исходный код программы, чтобы полностью понять ее внутреннюю логику и структуру.
• Определение возможных маршрутов: На основе анализа кода определяются различные пути выполнения программы. Это включает в себя все возможные ветвления, условия и циклы, которые могут повлиять на ход выполнения программы.
• Сенсибилизация путей: Тестировщики выбирают конкретные входные данные, которые позволят выполнить выбранные пути в программе. Это называется сенсибилизацией путей. Заранее определяются ожидаемые результаты для каждого набора входных данных.
• Выполнение тестов: Составленные тестовые сценарии выполняются, используя выбранные входные данные. Программа запускается с разными наборами данных, и ее поведение и реакция на входные данные регистрируются.
• Анализ результатов: После выполнения тестов анализируются полученные результаты. Сравниваются фактические результаты с ожидаемыми, и если есть расхождения, то выявляются проблемы в коде, которые могут потребовать исправления.

Этот процесс позволяет более глубоко исследовать внутренние механизмы программы и выявить потенциальные ошибки, которые могли бы остаться незамеченными при более поверхностном тестировании.

Какие требования в коде покрывает Whitebox

Тестирование «белого ящика» охватывает различные аспекты кода, чтобы гарантировать его соответствие требованиям. Вот некоторые из ключевых пунктов:

• Покрытие кода (Code coverage): Этот аспект измеряет, какая часть исходного кода была выполнена в процессе проверки работоспособности продукта. Это включает в себя выполнение каждой строки кода, чтобы убедиться, что она активирована хотя бы один раз.
• Покрытие сегментов (Segment coverage): Здесь фокусируются на каждом операторе кода, и целью является выполнение каждого оператора хотя бы один раз.
• Покрытие ветвей или узлов (Branch Coverage or Node Testing): Этот аспект ориентирован на покрытие каждой ветви кода из всех возможных ветвлений, чтобы убедиться, что все варианты выполнены.
• Покрытие сложных условий (Compound Condition Coverage): Здесь проверяются различные комбинации условий и путей выполнения, чтобы удостовериться, что каждое условие было проверено с различными путями.
• Проверка на основе базовых путей (Basis Path Testing): Этот метод включает в себя тестирование каждого независимого пути в коде, чтобы убедиться, что все возможные сценарии были проверены.
• Проверка потока данных (Data Flow Testing — DFT): Здесь отслеживаются перемещения данных и переменных через код, проверяя использование данных и выявляя потенциальные ошибки, такие как неинициализированные переменные или неиспользуемые объявления.
• Проверка пути (Path Testing): Этот метод направлен на определение и покрытие всех возможных путей выполнения кода, чтобы убедиться, что каждый сценарий был протестирован.
• Проверка циклов (Loop Testing): Эта стратегия затрагивает различные виды циклов, включая одиночные, составные и вложенные циклы, чтобы проверить их работу в разных сценариях.

При использовании покрытия кода и ветвей, обычно достигается 80-90% охвата кода, что считается приемлемым для обеспечения качества программного продукта.

Сравнение методов белого и черного ящика

В этом разделе мы подробно сравним метод черного ящика с другой популярной аналогичной методикой – методом белого ящика.

Сходства

Схожесть между методами тестирования «черный ящик» и «белый ящик» проявляется в их общей цели — улучшении качества программного обеспечения. Оба метода ориентированы на обнаружение ошибок в разработке программного продукта.

Фактически, при начале тестирования программного обеспечения тестировщик всегда имеет какую-то гипотезу или тезис, который нужно проверить в процессе тестирования. В конечном итоге, этот тезис либо подтверждается, либо опровергается.

Можно сказать, что оба эти метода представляют собой две параллельные дороги, ведущие к одному и тому же месту — улучшению качества программного обеспечения. Однако они не являются альтернативными вариантами друг другу. Для достижения поставленной цели необходимо пройти обе эти дороги, так как они взаимодополняют друг друга.

Различия

Входя в состав общей задачи обеспечения качества, тестирование по методу черного ящика и методу белого ящика подходят к проверке программного обеспечения с разных сторон и применяют совершенно разные методики. Можно представить их как две параллельные дороги, направленные в одном направлении, но с собственными изгибами, перекрестками и важными точками.

Другими словами, эти методы тестирования сосредотачиваются на различных аспектах исследования программного обеспечения.

Фокусное внимание “Blackbox”

Метод тестирования «черного ящика» сосредотачивается на проверке общей функциональности системы, не углубляясь в детали того, как именно компоненты внутри системы взаимодействуют. Это означает, что внимание сконцентрировано на поведении приложения при его использовании. Поэтому этот метод часто называется поведенческим тестированием и считается низкоуровневым способом обеспечения качества.

Главная цель «черного ящика» заключается в улучшении внешних характеристик приложения. Здесь важно, чтобы пользовательский интерфейс был удобным, а также чтобы все модули функционировали правильно и выполнялась заданная функциональность.

При тестировании по методу «черного ящика» тестировщики работают с «входами» и «выходами». Иными словами, они проверяют каждое действие или ввод в приложении и сравнивают фактические результаты с ожидаемыми. Если результаты совпадают для каждого действия в отношении конкретной тестируемой функциональности, то эта функция считается работоспособной.

Этот метод сосредотачивается на «чем», а не на «почему» или «как». Главное — убедиться, что «2+2=4», без необходимости анализировать, почему это так или как это достигается. Главное, чтобы данный результат подтверждался.

Фокусное внимание “Whitebox”

В методе «белого ящика» акцент смещается на внутренние аспекты приложения. Здесь Q&A исследует исходный код, структуру каталогов, логику маршрутизации, циклы и петли обратной связи, и так далее.

Главная цель методики «белого ящика» заключается в улучшении внутренних характеристик программного обеспечения и создании продукта, который:

• Избегает наличия «тупиков» и других негативных паттернов.
• Обладает достаточным потенциалом для будущего развития.

Очевидно, что невозможно получить информацию о вышеперечисленных аспектах, ограничиваясь только проверкой взаимодействия ввода и получаемого результата. Поэтому данная методика, по сути, является структурным тестированием или проверкой работоспособности продукта, основанной на анализе кода, и рассматривается как более высокоуровневый способ обеспечения качества.

Особенности применяемых техник

При использовании методов «черного ящика» и «белого ящика» в тестировании применяются совершенно разные техники, что требует определенных навыков у тестировщиков.

Работа с методикой «черного ящика» начинается с изучения спецификаций программного обеспечения, а затем проводятся тесты с использованием заранее заданных сценариев проверки. Специалисты Q&A сконцентрированы на обнаружении проблем и не глубоко анализируют причины этих проблем.

В этом методе важно лишь выявить, например, что в системе «2+2=5», но не разбираться в деталях, почему это произошло.

Техники «черного ящика» включают:

• Анализ классов эквивалентности, где данные группируются по классам, и проверяется, как при разных входных данных система ведет себя.
• Анализ граничных значений, где проверяются крайние значения входных данных.
• Предсказание ошибок, когда тестировщики пытаются имитировать действия и условия, которые могут привести к ошибкам.
• Нефункциональное тестирование, такое как стресс-тесты и нагрузочные тесты, для проверки производительности и масштабируемости системы.

Проверка работоспособности продукта методом «белого ящика» включает в себя проверку и анализ кода программы с целью нахождения и исправления ошибок. Обычно это включает написание автоматизированных тест-кейсов для обеспечения высокого уровня тестового покрытия.

Методика «белого ящика» включают в себя:

• Проверку потоков управления, где проверяется логика кода и его способность возвращать результаты в соответствии с ожиданиями.
• Проверку потока данных, целью которого является поиск ошибок, связанных с данными и их потоками в коде.

Итак, методы и техники тестирования различаются в зависимости от того, является ли фокус на внешних характеристиках («черный ящик») или внутренних аспектах («белый ящик») приложения.

Преимущества Blackbox

Преимущества этого подхода включают в себя:

• Полезные побочные эффекты изучения исходного кода, которые способствуют более тщательному тестированию.
• Упрощение оптимизации кода, так как выявляются незаметные узкие места.
• Предоставление программисту возможности для самоанализа, поскольку разработчики детально описывают новые реализации.
• Обеспечение прослеживаемости тестов через исходный код, что упрощает регистрацию будущих изменений в коде при добавлении или изменении тестов.
• Легкая автоматизация.
• Наличие четких технически обоснованных правил, которые указывают, когда следует завершать процесс проверки работоспособности продукта.

Недостатки Blackbox

Недостатки данного подхода включают:

• Тесты «белого ящика» пишутся с учетом деталей конкретной реализации. Это означает, что они могут выдавать ошибки при изменении самой реализации, потому что они сильно зависят от нее. Для поддержания соответствия тестов с изменениями в реализации требуется дополнительная работа по их обновлению.
• При переписывании кода для достижения той же функциональности тесты могут стать недействительными, так как они ожидают определенного поведения, связанного с конкретной реализацией. Это может привести к ложноположительным сбоям тестов или скрытию ошибок в коде.
• Метод «белого ящика» требует от Q&A или разработчиков глубокого знания программы и способности анализировать код на уровне реализации. Это усложняет процесс проверки работоспособности продукта, так как требует наличия высокой квалификации у специалистов.
• В некоторых случаях бывает невозможно охватить все возможные условия и сценарии приложения, что оставляет некоторые аспекты без проверки.
• Методика «белого ящика» сосредотачивается на программном обеспечении в текущей реализации и может упустить недостающую функциональность или потенциальные проблемы, связанные с будущими изменениями.

Заключение

В этой статье мы рассмотрели важный аспект процесса тестирования программного обеспечения. Вайтбокс методика, также известное как тестирование белого ящика, представляет собой метод, при котором специалисты имеют глубокое понимание внутренней структуры и кода системы. Этот метод позволяет проводить более детальная и точная проверка работоспособности продукта, что важно для обнаружения скрытых ошибок и улучшения качества программного продукта.

Назначение вайтбокс заключается в том, чтобы убедиться, что внутренняя реализация программы соответствует ожиданиям и работает корректно. Мы рассмотрели основные принципы этого метода, включая покрытие кода, проверку путей выполнения, анализ структуры данных и другие аспекты. Важно отметить, что вайтбокс тестирование не является альтернативой blackbox-тестированию, а дополняет его, обеспечивая более полное покрытие различных аспектов качества ПО.

Сравнив Whitebox с Blackbox, мы выявили их ключевые различия и поняли, что каждый из этих методов имеет свои уникальные преимущества и области применения. Вайтбокс позволяет обнаруживать ошибки на уровне кода и структуры, в то время как Блэкбокс сконцентрировано на функциональности и поведении системы. Вместе эти два подхода обеспечивают более всестороннюю и надежную проверку работоспособности программного обеспечения, что в конечном итоге способствует созданию качественных продуктов для пользователей.