趙衛(wèi)東 王聰

摘 ?要： 靜態(tài)測(cè)試是軟件測(cè)試的一種重要方法，利用靜態(tài)測(cè)試工具可以方便測(cè)試人員和程序員較早的發(fā)現(xiàn)并消除代碼缺陷。但是高校在設(shè)置軟件測(cè)試實(shí)踐課程時(shí)對(duì)靜態(tài)測(cè)試并不重視，缺少有效的實(shí)踐環(huán)節(jié)。本文選擇Jupiter作為靜態(tài)測(cè)試工具，設(shè)計(jì)了靜態(tài)測(cè)試實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法進(jìn)行的改革，經(jīng)過實(shí)際教學(xué)運(yùn)用，收到了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： 靜態(tài)測(cè)試;實(shí)踐教學(xué);Jupiter

中圖分類號(hào)： G642 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.06.016

本文著錄格式：趙衛(wèi)東，王聰. 軟件靜態(tài)測(cè)試實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案設(shè)計(jì)[J]. 軟件，2019，40（6）：7477

【Abstract】： Static testing is an important method of software testing， using static testing tools makes it easy for testers and programmers to detect and eliminate code defects earlier. However， colleges do not pay much attention to static testing when setting up software testing practice courses， and lack effective practice links. This paper chooses Jupiter as a static testing tool， designs the content of static testing experiment， and reforms the traditional experimental teaching method. After the actual teaching and application， it has received good teaching results.

【Key words】： Static test; Practical teaching; Jupiter

0 ?引言

隨著當(dāng)今社會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)需求和依賴的與日俱增，軟件失效導(dǎo)致的計(jì)算機(jī)故障越來越多，軟件質(zhì)量成為貫穿軟件生命周期的一個(gè)極為重要的問題，作為軟件質(zhì)量保證手段之一的軟件測(cè)試在軟件質(zhì)量保證中發(fā)揮的作用越來越明顯[1]，而靜態(tài)測(cè)試又是軟件測(cè)試的重要組成部分，在軟件測(cè)試領(lǐng)域占有無法替代的地位。

靜態(tài)測(cè)試可以手工進(jìn)行，也可以借助靜態(tài)測(cè)試工具自動(dòng)進(jìn)行。人工代碼審查方式工作量大、對(duì)測(cè)試人員的要求高。經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)代碼行數(shù)超過百行時(shí)，發(fā)現(xiàn)軟件問題的難度和代價(jià)也會(huì)隨之大幅增加。靜態(tài)測(cè)試工具根據(jù)程序結(jié)構(gòu)、編程規(guī)范或文檔來評(píng)價(jià)軟件系統(tǒng)，而不需要執(zhí)行程序，可以較早地發(fā)現(xiàn)程序代碼中的缺陷，有效節(jié)約測(cè)試時(shí)間，降低測(cè)試成本。

高校為本科學(xué)生開設(shè)軟件測(cè)試課程，目的是使學(xué)生系統(tǒng)的掌握軟件測(cè)試的基本概念，培養(yǎng)學(xué)生的軟件質(zhì)量意識(shí)，提高學(xué)生在軟件開發(fā)中的綜合能力，進(jìn)一步幫助學(xué)生在軟件開發(fā)中減少缺陷的產(chǎn)生。但是高校對(duì)靜態(tài)測(cè)試的重要性不夠了解，很多情況下讓學(xué)生使用過時(shí)的工具對(duì)一些小型的例子程序進(jìn)行測(cè)試，缺乏有效的實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生收獲不大。

1 ?靜態(tài)測(cè)試傳統(tǒng)教學(xué)問題分析

1.1 ?靜態(tài)測(cè)試的基本概念

靜態(tài)測(cè)試包括代碼檢查、靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析、代碼質(zhì)量度量等，它無須執(zhí)行被測(cè)代碼，可以人工進(jìn)行，也可以借助專用的軟件測(cè)試工具評(píng)審軟件文檔或程序，度量程序靜態(tài)復(fù)雜度，檢查軟件是否符合編程標(biāo)準(zhǔn)，借以發(fā)現(xiàn)編寫的程序的不足之處，減少錯(cuò)誤出現(xiàn)的概率;可以發(fā)現(xiàn)違背程序編寫標(biāo)準(zhǔn)的問題，程序中不安全、不明確和模糊的部分，找出程序中不可移植部分、違背程序編程風(fēng)格的問題，包括變量檢查、命名和類型審查、程序邏輯審查、程序語法檢查和程序結(jié)構(gòu)檢查等內(nèi)容[2]。

1.2 ?靜態(tài)測(cè)試教學(xué)存在的問題

由于重理論、輕實(shí)踐的傳統(tǒng)教學(xué)模式使得高校在開設(shè)軟件測(cè)試課程時(shí)，對(duì)靜態(tài)測(cè)試不夠重視，分配給靜態(tài)測(cè)試的教學(xué)時(shí)間太少，尤其是實(shí)踐這一方面，教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新度不夠，教學(xué)方法達(dá)不到預(yù)期的效果，學(xué)生對(duì)靜態(tài)測(cè)試的了解還只是浮于表面，不僅對(duì)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)不夠深刻，對(duì)靜態(tài)測(cè)試工具的應(yīng)用更是不熟練，無法掌握如今主流的靜態(tài)測(cè)試工具。具體存在的問題主要有以下幾個(gè)方面：

（1）師資隊(duì)伍缺乏項(xiàng)目測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，教學(xué)內(nèi)容缺乏針對(duì)性和連貫性[3]。靜態(tài)測(cè)試課程在高校中分配給學(xué)生的動(dòng)手操作時(shí)間很有限，而且老師全部講完才會(huì)讓學(xué)生去實(shí)踐[4]，這樣的教學(xué)模式使得學(xué)生還沒有掌握前面所講的內(nèi)容，馬上就要進(jìn)行后面內(nèi)容的學(xué)習(xí)，對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的提高幫助不大。而且教師大多教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富、理論功底深厚，但是缺乏軟件項(xiàng)目測(cè)試的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，無法針對(duì)實(shí)際案例進(jìn)行深入分析和研究，面對(duì)一個(gè)完整的測(cè)試思路時(shí)，無法形成一個(gè)完整的測(cè)試思路。

（2）學(xué)生不夠重視。大多數(shù)的學(xué)生只注重編碼能力的提高，對(duì)軟件測(cè)試有一種錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，認(rèn)為編碼能力不夠的人才會(huì)去做測(cè)試，其中又因?yàn)殪o態(tài)測(cè)試不需要運(yùn)行代碼，對(duì)靜態(tài)測(cè)試更是不重視。這就導(dǎo)致很多學(xué)生排斥這門課程，不會(huì)熟練運(yùn)用靜態(tài)測(cè)試工具，更不了解主流的測(cè)試工具有哪些[5]。

（3）教學(xué)案例太過于簡單，多以基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)為主。實(shí)踐課所用到的教學(xué)案例過于簡單，這些簡單的案例雖然有助于學(xué)生對(duì)單個(gè)方法或知識(shí)點(diǎn)的掌握，但沒有貫穿整個(gè)測(cè)試過程的案例，學(xué)生難以形成一個(gè)完整的測(cè)試思路[6]。這種比較單一的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方式使得學(xué)生在企業(yè)工作中真正需要的知識(shí)和能力反而沒學(xué)到。

（4）內(nèi)容比較陳舊，測(cè)試工具跟不上形勢(shì)[7]。軟件測(cè)試是不斷發(fā)展的，但是現(xiàn)在很多高校要求學(xué)生完成的實(shí)驗(yàn)題目都是幾年前的，被測(cè)系統(tǒng)的復(fù)雜性不夠，對(duì)學(xué)生能力的提高幫助不大，并且測(cè)試工具的覆蓋面也不夠，實(shí)用性不強(qiáng)。

2 ?靜態(tài)測(cè)試工具選擇

由于靜態(tài)測(cè)試工作量相對(duì)比較大，通常我們輔助一些靜態(tài)測(cè)試工具。靜態(tài)測(cè)試工具是直接對(duì)代碼進(jìn)行檢查，代碼檢查包括代碼走查、桌面檢查、代碼審查等，并不需要運(yùn)行代碼，也不需要對(duì)代碼進(jìn)行編譯鏈接，生成可執(zhí)行的文件。靜態(tài)測(cè)試工具一般是對(duì)代碼進(jìn)行語法掃描，找出不符合編碼規(guī)范的地方，再進(jìn)行修改[8]。

靜態(tài)測(cè)試工具分為很多種，下面我們就對(duì)比較主流的幾款靜態(tài)測(cè)試工具進(jìn)行比較：

（1）Jupiter：進(jìn)行代碼審查的輔助管理，它是檢查整個(gè)的Java程序代碼;

（2）CheckStyle：幫助Java開發(fā)人員遵守某些編碼規(guī)范，自動(dòng)化代碼規(guī)范檢查過程，主要檢查Javadoc注釋、命名約定、標(biāo)題、Import語句、體積大小、空白、修飾符、塊、代碼問題、類設(shè)計(jì)和混合檢查（包括一些有用的比如非必須的System.out和printstackTrace）;

（3）PMD：靜態(tài)解析Java代碼錯(cuò)誤，在不運(yùn)行Java程序的情況下對(duì)Java代碼進(jìn)行分析并報(bào)告錯(cuò)誤，主要檢查空try/catch/finally/switch語句塊，未使用的局部變量、參數(shù)和private方法等;

（4）FindBugs：用來查找javabytecode（.class文件）中的潛在bug，包括NullPoint空指針檢查，沒有合理關(guān)閉資源等。

為了使學(xué)生能夠更深入地學(xué)習(xí)靜態(tài)測(cè)試，經(jīng)過比較，我們決定選擇Jupiter作為學(xué)生在實(shí)踐課程中學(xué)習(xí)使用的工具。Jupiter是一款開源并且可以提供給個(gè)人或者開發(fā)小組代碼審查的Eclipse插件，它將review數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在XML格式文件中，通過SVN/CVS將review結(jié)果在團(tuán)隊(duì)內(nèi)共享。一個(gè)很方便的功能是其建立了review問題跟具體源代碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系（通過點(diǎn)擊review問題列表中的問題可以跳轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的代碼段，然后點(diǎn)擊代碼段上的review問題標(biāo)記可對(duì)應(yīng)到具體的問題描述），review問題列表支持各種filter規(guī)則（根據(jù)review問題狀態(tài)、責(zé)任人等，通過這個(gè)filter可以列出具體階段需關(guān)注的問題）。

3 ?靜態(tài)測(cè)試內(nèi)容設(shè)計(jì)與教學(xué)方法改革

3.1 ?實(shí)驗(yàn)的目的

靜態(tài)測(cè)試工具不是完美的，但是靜態(tài)測(cè)試工具對(duì)于檢測(cè)代碼缺陷還是很有幫助的，它能輔助測(cè)試人員較早、較快的發(fā)現(xiàn)一些特殊的缺陷，這些缺陷是大多數(shù)編譯器不能發(fā)現(xiàn)的，通過靜態(tài)測(cè)試來評(píng)審軟件文檔或程序，可以提高軟件質(zhì)量。對(duì)靜態(tài)測(cè)試進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，就是要增強(qiáng)學(xué)生對(duì)靜態(tài)測(cè)試的學(xué)習(xí)，理解靜態(tài)測(cè)試的重要性，使用靜態(tài)測(cè)試工具進(jìn)行代碼分析并且理解分析結(jié)果。

3.2 ?實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟

3.2.1 ?實(shí)驗(yàn)一：Jupiter的安裝及Review ID的創(chuàng)建及發(fā)布

任務(wù)一：安裝Jupiter

（1）在Eclipse 中選擇“Help” → “Install New Software...”;

（2）在彈出的對(duì)話框中單擊“Add...”按鈕，在“Name”中輸入Jupiter， 在URL中找到：C：＼jupiter- eclipse-plugin-master＼site這一路徑，單擊“OK”;

（3）在紅色字體“第二步：選中”處選中，并單擊“Next”，如圖1所示。

（4）之后一直“Next”并單擊“Finish”，完成安裝。

任務(wù)二：Review ID的創(chuàng)建與發(fā)布

（1）在“Project Explorer”列表中右擊需要審查的項(xiàng)目，依次選擇“Properties”，“Review”;

（2）單擊“New…”，在彈出的對(duì)話框中編輯“Review ID”及其“Description”;

（3） ?選擇要審查的文件（可以同時(shí)選擇多個(gè)文件）;

（4） ?在已添加的人員中選擇評(píng)審負(fù)責(zé)人（Author of this review session），再根據(jù)項(xiàng)目的需要或要求對(duì)“Type”，“Severity”，“Resolution”，“Status”的類型進(jìn)行設(shè)置;

（5） ?設(shè)置.review文件將要存儲(chǔ)的目錄（文件夾）名稱（Storage directory），設(shè)置完成后進(jìn)入下一步。

（6）設(shè)置三個(gè)階段（個(gè)人審查、團(tuán)隊(duì)評(píng)審、問題修復(fù)）過濾器。前兩個(gè)階段使用默認(rèn)過濾器即可（在“Rework Phase”下，如果希望開發(fā)人員能夠看到所有類型的bug（Open、Resolved、Closed、Reopened），需要將“Where status is：”前的復(fù)選框置于未選狀態(tài)），之后點(diǎn)擊“Finish”完成Review ID的創(chuàng)建。

（7）創(chuàng)建之后，在該項(xiàng)目的文件目錄下創(chuàng)建了一個(gè)“.jupiter”文件，將該文件發(fā)布到SVN或CVS等版本控制系統(tǒng)中，或通過郵件等方式發(fā)布Review ID。

3.2.2 ?實(shí)驗(yàn)二：進(jìn)行Individual Phase（個(gè)人審查階段）、Team Phase（團(tuán)隊(duì)審查階段）及Rework Phase（修改Bug階段）三個(gè)階段的審查工作。

任務(wù)一：Individual Phase

（1）從SVN中獲取“.jupiter”文件并將其放在待審查項(xiàng)目的文件路徑（與src文件夾同級(jí)目錄）下;

（2）點(diǎn)擊Jupiter插件圖標(biāo)的下拉箭頭，選擇“1 Individual Phase”選項(xiàng)，進(jìn)入個(gè)人審查階段;

（3）在彈出的對(duì)話框中，選擇“Project Name”、“Review ID”及“Reviewer ID”，再點(diǎn)擊“Finish”，此時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)在“Project Explorer”列表中待審查項(xiàng)目下生成一個(gè)文件夾，該文件夾用來存儲(chǔ)“xxx.review”文件;

（4）在完成了第（3）步之后，開始正式的個(gè)人代碼審查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)bug時(shí)，選中存在bug的代碼（所在行）并右擊選擇“Add Review Issue…”;

（5） 在“Review Editor”的“Individual Phase”選項(xiàng)卡中描述bug，并保存，在該代碼所在行的左邊有一個(gè)藍(lán)色標(biāo)志，如圖2所示;

（6）提交“.review”文件到版本控制系統(tǒng)SVN中，并回復(fù)審核發(fā)起者你的任務(wù)已完成，并將“.review”文件一并發(fā)給審核發(fā)起者，個(gè)人審查階段到此結(jié)束。

任務(wù)二：Team Phase

（1）進(jìn)入“Team Phase”;

（2）在彈出的對(duì)話框中選擇“Project Name”、“Review ID”及“Reviewer ID”，確定討論哪個(gè)審查者審查出來的問題后，點(diǎn)擊“Finish”，進(jìn)入bug的瀏覽界面;

（3）通過雙擊每條記錄，可以直接導(dǎo)航到存在bug的代碼語句，在“Review Editor”中則顯示該條bug的具體描述，填寫“Assigned To”（指派給）、“Resolution”（解決方案）及 “Annotation”（對(duì)解決方案的具體描述），然后保存;

（4）將“.review”文件提交到版本控制系統(tǒng)，并通知代碼修改人員進(jìn)行修改。

任務(wù)三：Rework Phase

（1）進(jìn)入“Rework Phase”;

（2）在彈出的對(duì)話框中選擇“Project Name”、“Review ID”及“Reviewer ID”，其中此處的“Reviewer ID”代表代碼修改人員，點(diǎn)擊“Finish”，進(jìn)入bug的瀏覽界面;

（3）雙擊bug記錄，可以導(dǎo)航到bug所在代碼處，并且在“Review Editor”中存在代碼描述及修改意見，修改完代碼后，調(diào)整“Review Editor”中的 ? 信息;

（4）將“.review”文件發(fā)布到版本控制系統(tǒng)，并通知代碼審查人員已經(jīng)修改完成bug修復(fù)。

3.3 ?實(shí)驗(yàn)教學(xué)思路

實(shí)驗(yàn)教學(xué)要從有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性、主動(dòng)性，有助于學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和研究性學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)的角度出發(fā)。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，應(yīng)主要考慮如下4個(gè)因素：

（1）覆蓋面。對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新組織，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐教學(xué)高度融合，并且教師所講的知識(shí) ?點(diǎn)不一定大而全，但要覆蓋重點(diǎn)需要掌握的一些知識(shí)點(diǎn)。

（2）實(shí)用性。以企業(yè)軟件測(cè)試崗位需求為導(dǎo)向、以企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，加強(qiáng)校企合作，使得學(xué)生用的靜態(tài)測(cè)試工具是業(yè)界或接近業(yè)界所用的工具，讓學(xué)生感受到企業(yè)級(jí)的軟件測(cè)試[9]。

（3）綜合性。在有限的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)中，改變實(shí)驗(yàn)過程中以教師為中心的教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)步驟，還要綜合課程的多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，采用隨講隨練的教學(xué)模式，讓學(xué)生及時(shí)的將所學(xué)的內(nèi)容轉(zhuǎn)化成自己的東西。

（4）工作量。實(shí)驗(yàn)基本內(nèi)容設(shè)計(jì)應(yīng)難度適中和循序漸進(jìn)，另外還可設(shè)計(jì)一些加分內(nèi)容，難度原則是使學(xué)生“跳起來夠得著”[10]。

4 ?總結(jié)

4.1 ?靜態(tài)測(cè)試工具的局限性

靜態(tài)測(cè)試工具根據(jù)特定的規(guī)則去檢測(cè)程序中的缺陷，如果沒有相應(yīng)的規(guī)則，就無法發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的程序缺陷，另外，靜態(tài)測(cè)試工具只能給出“可能”的程序缺陷，需要經(jīng)過測(cè)試人員和開發(fā)人員的進(jìn)一步分析，才能給出最終結(jié)論。每一種靜態(tài)測(cè)試工具要在“發(fā)現(xiàn)盡可能多的程序缺陷”和“減少缺陷誤報(bào)率”之間做出平衡[11]。

4.2 ?實(shí)驗(yàn)總結(jié)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的，就是希望學(xué)生可以針對(duì)項(xiàng)目實(shí)踐中所面對(duì)的問題，通過分析，補(bǔ)強(qiáng)所需要的相關(guān)理論知識(shí)，從而為解決問題提供方案，使學(xué)生真正從面對(duì)真實(shí)問題入手，實(shí)現(xiàn)到實(shí)踐中學(xué)習(xí)理論知識(shí)，并將所學(xué)的理論知識(shí)又運(yùn)用到實(shí)踐中，真正實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目實(shí)踐與理論知識(shí)學(xué)習(xí)的高度融合、在實(shí)踐中提升自身的職業(yè)能力和素養(yǎng)的目的[12]。

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