測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐

連彥澤+何信華+趙雷

摘要：文章介紹了測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)技術(shù)的概念及其在軟件開發(fā)過程中所起到的設(shè)計(jì)、文檔、測試與基礎(chǔ)設(shè)施的作用，重點(diǎn)介紹了測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)航天工程領(lǐng)域的軟件開發(fā)實(shí)踐的方法、步驟，提出了分階段的訓(xùn)練方法，并對(duì)測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)的效率問題進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)技術(shù)；航天領(lǐng)域；軟件開發(fā)；軟件敏捷開發(fā)；航天工程 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP311 文章編號(hào)：1009-2374（2017）06-0045-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.023

測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)技術(shù)作為軟件敏捷開發(fā)中的一個(gè)重要組成部分，在軟件開發(fā)實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用。本質(zhì)上，測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)技術(shù)是一種軟件開發(fā)技術(shù)，而不是一種軟件測試技術(shù)，它的作用在于通過測試來驅(qū)動(dòng)開發(fā)，以提高軟件的高內(nèi)聚、低耦合程度，改善軟件設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少軟件代碼中的缺陷率，提高軟件開發(fā)的效率，提升軟件產(chǎn)品的質(zhì)量。

測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的軟件開發(fā)流程，是一種開發(fā)思維上的轉(zhuǎn)變。它是一種基于目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的軟件開發(fā)思想，與傳統(tǒng)的先編寫代碼再進(jìn)行調(diào)試的開發(fā)流程不同，強(qiáng)調(diào)在編寫產(chǎn)品代碼之前先思考作為用戶該如何去使用這個(gè)功能，先確定如何去用這個(gè)目標(biāo)，并通過測試代碼使目標(biāo)明確可運(yùn)行，之后再去思考如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，需要開發(fā)人員在用戶與功能開發(fā)者之間不斷進(jìn)行角色切換，多角度思考。先編寫測試代碼，再編寫產(chǎn)品代碼，用測試來驅(qū)動(dòng)開發(fā)。

測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)技術(shù)是隨著敏捷開發(fā)技術(shù)不斷發(fā)展應(yīng)用起來的，敏捷開發(fā)除了測試驅(qū)動(dòng)之外，還包括用戶故事、結(jié)對(duì)編程、持續(xù)集成等要素。本文不針對(duì)測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)在敏捷開發(fā)中的實(shí)踐，而是將測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)的軟件開發(fā)，與傳統(tǒng)的領(lǐng)域開發(fā)流程相結(jié)合，介紹測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)技術(shù)在領(lǐng)域應(yīng)用中的實(shí)踐。

1 測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)

本節(jié)介紹測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)的概念及測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)所起到的作用。

1.1 測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)概念

測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)技術(shù)是由Kent Beck于20世紀(jì)90年代提出并不斷發(fā)展起來的，基本方法是編寫所有產(chǎn)品代碼的目的都是為了使失敗的測試能夠通過。首先編寫一個(gè)測試，由于它要運(yùn)行的功能還不存在，所以它會(huì)運(yùn)行失敗。然后，編寫產(chǎn)品代碼使測試通過。作為結(jié)果，一個(gè)非常完整的測試用例集就和產(chǎn)品代碼一起發(fā)展起來。

軟件重構(gòu)、領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、敏捷軟件開發(fā)與實(shí)踐等技術(shù)或?qū)嵺`均將測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)作為一個(gè)必要條件和實(shí)踐原則，它們的一個(gè)共同特點(diǎn)是均采用迭代開發(fā)思想，在開發(fā)過程中不斷對(duì)已有產(chǎn)品進(jìn)行精化和完善。軟件重構(gòu)關(guān)注改善既有代碼的設(shè)計(jì)，從代碼層面不斷對(duì)軟件進(jìn)行優(yōu)化，使代碼結(jié)構(gòu)更合理、擴(kuò)展性更好，可理解性更強(qiáng)。領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)關(guān)注領(lǐng)域模型與代碼實(shí)現(xiàn)的綁定，強(qiáng)調(diào)軟件各個(gè)部分的設(shè)計(jì)應(yīng)忠實(shí)地反映領(lǐng)域模型，與模型相對(duì)應(yīng)，在開發(fā)過程中通過不斷的重構(gòu)與精煉去獲得和實(shí)現(xiàn)深層次的領(lǐng)域模型。敏捷軟件開發(fā)與實(shí)踐將測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)作為一個(gè)基礎(chǔ)實(shí)踐，與其他實(shí)踐結(jié)合形成一個(gè)完整的迭代開發(fā)流程。

1.2 設(shè)計(jì)作用

測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)要求在編寫產(chǎn)品代碼之前先編寫測試，開發(fā)人員首先必須站在產(chǎn)品代碼使用者的角度去思考應(yīng)該怎么去使用這個(gè)功能，這個(gè)功能應(yīng)該提供哪些接口供測試代碼來訪問，這種思考方式會(huì)促使開發(fā)人員先從接口的角度考慮功能模塊的設(shè)計(jì)，促進(jìn)功能模塊的接口設(shè)計(jì)的正確性與合理性，同時(shí)會(huì)激發(fā)開發(fā)人員去解除各個(gè)功能模塊之間的耦合，這樣才能夠?qū)Ω鞴δ苣K進(jìn)行獨(dú)立的測試，形成高內(nèi)聚、低耦合的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。從一定程度上說，編程就是設(shè)計(jì)，測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)可以實(shí)現(xiàn)更好的設(shè)計(jì)。

1.3 文檔作用

測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)的第二個(gè)作用是提供精確的功能模塊使用說明文檔。隨著測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)過程的不斷進(jìn)行，會(huì)建立起一套非常完整的測試用例集，該用例集精確的描述了各個(gè)功能模塊的使用方法，功能模塊的使用者通過測試用例可以準(zhǔn)確的查看功能模塊的接口及其使用方法，明確功能模塊需要的前置條件及執(zhí)行結(jié)果的后置條件，更好的理解模塊的功能和作用。從一定程度上說，源代碼就是文檔，測試代碼可以提供更準(zhǔn)確、可驗(yàn)證的模塊使用說明文檔。

1.4 測試作用

測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)的第三個(gè)作用是測試，測試集是隨著開發(fā)過程不斷建立起來的，且均是先編寫測試代碼，后編寫產(chǎn)品代碼，通過這套完整的可運(yùn)行的測試用例集，可以隨時(shí)對(duì)產(chǎn)品代碼運(yùn)行測試用例，對(duì)開發(fā)過程中運(yùn)行的所有測試實(shí)現(xiàn)可重復(fù)的自動(dòng)化的運(yùn)行，因此從開發(fā)人員角度考慮，可以認(rèn)為產(chǎn)品代碼的正確性與測試用例是否全部通過是等價(jià)的。同時(shí)開發(fā)人員工作是否完成的標(biāo)志從編譯是否正確變成了測試用例是否全部通過。

1.5 基礎(chǔ)設(shè)施作用

一個(gè)優(yōu)秀的軟件架構(gòu)和軟件產(chǎn)品的產(chǎn)生，需要結(jié)合應(yīng)用領(lǐng)域不斷的進(jìn)行實(shí)踐、重構(gòu)、優(yōu)化，包括代碼級(jí)別的重構(gòu)、設(shè)計(jì)模式級(jí)別的重構(gòu)、領(lǐng)域模型的重構(gòu)及軟件架構(gòu)的重構(gòu)。對(duì)一個(gè)軟件架構(gòu)或產(chǎn)品不斷進(jìn)行不同級(jí)別的各種重構(gòu)，勢必會(huì)對(duì)已經(jīng)可以正常工作的軟件代碼造成很大的影響，引入各種各樣的軟件Bug，這也是很多開發(fā)人員不愿意或沒有勇氣對(duì)已有軟件進(jìn)行重構(gòu)或調(diào)整的原因。而測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)技術(shù)可以很好的解決這個(gè)問題，將測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)產(chǎn)生的測試代碼作為軟件產(chǎn)品開發(fā)的一個(gè)重要組成部分與基礎(chǔ)設(shè)施，一定程度上，軟件的正確性與測試是否全部通過是等價(jià)的。在重構(gòu)的過程中不斷進(jìn)行測試，如果因重構(gòu)引出問題，測試結(jié)果會(huì)立刻顯示出來，由于每一步的重構(gòu)動(dòng)作都是很小的一步，且剛剛進(jìn)行過修改，印象深刻，結(jié)合有問題的測試用例，可以很快地定位問題的原因，確保在不影響軟件正確性的前提下，軟件的各類重構(gòu)能夠有序進(jìn)行。

2 航天領(lǐng)域應(yīng)用實(shí)踐

航天領(lǐng)域作為一個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)的行業(yè)，對(duì)應(yīng)用軟件的正確性與可靠性提出了更高的要求，要既能滿足航天工程所需的軟件需求及其變更，又要確保軟件的正確性與可靠性。測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)技術(shù)作為軟件開發(fā)活動(dòng)中的一個(gè)優(yōu)秀實(shí)踐，可有效提高航天領(lǐng)域軟件產(chǎn)品的正確性與可靠性。

2.1 工程實(shí)踐

測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)的工程實(shí)踐包括學(xué)習(xí)測試框架、搭建測試環(huán)境、實(shí)施測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)等步驟。測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)的實(shí)踐原則是非常簡單的，重要的是開發(fā)人員要從思想上接受這種模式并通過不斷的訓(xùn)練，使測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)技術(shù)真正融入到日常的軟件開發(fā)活動(dòng)中。

2.2 學(xué)習(xí)測試框架

要應(yīng)用測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)技術(shù)，首先必須學(xué)習(xí)一些常用的測試框架及測試的方法。目前C++、Java、C#等主流的程序開發(fā)語言都有優(yōu)秀且開源的測試框架，如xUnit系列測試框架支持Java、C#、C++等語言的測試，GTest是一個(gè)支持C++語言的跨平臺(tái)的測試框架，提供了支持測試的各項(xiàng)功能。另外，還需要學(xué)習(xí)對(duì)測試框架的初始化、測試用例的建立與退出、支持各種數(shù)據(jù)類型的聲明和斷言。當(dāng)然，測試框架也不是必須的，在沒有可直接使用的測試框架的條件下，自己也可以開發(fā)一個(gè)簡單測試環(huán)境，重要的還是測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)的思想。

2.3 搭建測試環(huán)境

原則上，測試代碼一般作為一個(gè)獨(dú)立的可運(yùn)行的測試項(xiàng)目，與產(chǎn)品代碼所在項(xiàng)目保持獨(dú)立。在真正的產(chǎn)品代碼開發(fā)之前，先把測試項(xiàng)目運(yùn)行起來，然后通過編寫測試驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品代碼的編寫。測試代碼項(xiàng)目隨著產(chǎn)品代碼項(xiàng)目不斷發(fā)展，形成一套完整的測試集。

2.4 實(shí)施測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)

測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)的基本的實(shí)施步驟是，首先編寫一個(gè)測試，由于它要運(yùn)行的功能還不存在，所以它會(huì)運(yùn)行失敗。然后，編寫產(chǎn)品代碼使測試通過。每次編寫的產(chǎn)品代碼只需要確保測試能夠通過。在切換到測試代碼的編寫，重復(fù)此過程。一般測試代碼與產(chǎn)品代碼的切換非常快，通過“編寫測試代碼→運(yùn)行測試失敗→編寫產(chǎn)品代碼→運(yùn)行測試成功→重構(gòu)”的循環(huán)模式，推進(jìn)軟件產(chǎn)品的開發(fā)過程。

2.5 訓(xùn)練方式

要將測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)技術(shù)真正應(yīng)用于開發(fā)實(shí)踐，使其成為軟件開發(fā)人員開發(fā)思想的一個(gè)必不可少的組成部分，需要進(jìn)行有效的訓(xùn)練和刻意的練習(xí)，整個(gè)過程可分為三個(gè)階段：第一階段，強(qiáng)迫自己先寫測試代碼，再寫產(chǎn)品代碼；第二階段，在實(shí)踐中應(yīng)用，有時(shí)可能會(huì)無意識(shí)地轉(zhuǎn)換回傳統(tǒng)的軟件開發(fā)流程，直接去編寫產(chǎn)品代碼，在開發(fā)過程中，當(dāng)意識(shí)到這段產(chǎn)品代碼還沒有編寫測試時(shí)，應(yīng)馬上停下來，補(bǔ)充相應(yīng)的測試代碼，有意識(shí)的不斷訓(xùn)練；第三階段，會(huì)自覺的先編寫測試代碼，再編寫產(chǎn)品代碼，如果某一時(shí)刻直接去編寫產(chǎn)品代碼，自己會(huì)覺得很不舒服，感覺缺少了什么東西或?qū)κ裁词虑椴环判?，?huì)立刻意識(shí)到應(yīng)該去編寫測試代碼。到該階段，測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)的思想會(huì)真正融入到開發(fā)人員的開發(fā)思維中，形成一種自覺的開發(fā)行為模式。

2.6 效率問題

剛開始接觸測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)的人員都會(huì)有編寫測試會(huì)不會(huì)降低開發(fā)效率的問題。傳統(tǒng)的軟件開發(fā)模式中，編碼與調(diào)試所耗費(fèi)開發(fā)人員時(shí)間的比例一般為1∶3，調(diào)試會(huì)占用開發(fā)人員大量的時(shí)間，耗費(fèi)開發(fā)人員的精力。測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)技術(shù)會(huì)徹底改變這種傳統(tǒng)的工作模式，通過不斷編寫測試用例、頻繁的運(yùn)行測試，幾乎不再需要進(jìn)行軟件調(diào)試的工作，即使需要調(diào)試，也會(huì)很快定位并解決問題，因此測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)會(huì)很大地提高軟件開發(fā)的效率。

3 結(jié)語

本文介紹了將測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)的軟件開發(fā)流程，并詳細(xì)介紹了測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)在航天工程領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐，應(yīng)用結(jié)果表明，測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)可以有效提高航天軟件的開發(fā)效率，確保軟件的正確性與可靠性，提升軟件質(zhì)量，促進(jìn)航天軟件的產(chǎn)品化。

參考文獻(xiàn)

[1] [美]Kent Beck.測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)[M].北京：中國電力出版社，2004.

[2] [美]Martin Fowler.重構(gòu)-改善既有代碼的設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社，2015.

[3] [美]Eric Evans.領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 軟件核心復(fù)雜性應(yīng)對(duì)之道[M].北京：人民郵電出版社，2016.

[4] [美]Robert C.Martin.敏捷軟件開發(fā)（原則、模式與實(shí)踐）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

作者簡介：連彥澤（1985-），男，山西長治人，北京宇航系統(tǒng)工程研究所工程師，研究方向：航天工程軟件研發(fā)。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）