PHƯƠNG PHÁP SINH DỮ LIỆU KIỂM THỬ PHẦN MỀM DỰA TRÊN KỸ THUẬT KIỂM CHỨNG MÔ HÌNH

1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
PHAN VĂN TIẾN
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP SINH DỮ LIỆU KIỂM THỬ
PHẦN MỀM DỰA TRÊN KỸ THUẬT KIỂM CHỨNG MÔ HÌNH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Hà Nội - 2011
2
LỜI CẢM ƠN
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
PHAN VĂN TIẾN
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP SINH DỮ LIỆU KIỂM THỬ
PHẦN MỀM DỰA TRÊN KỸ THUẬT KIỂM CHỨNG MÔ HÌNH

NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM
MÃ SỐ: 60 48 10

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN TRƯỜNG THẮNG
Hà Nội - 2011
3
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới TS. Nguyễn
Trường Thắng - Viện công nghệ thông tin - Viện khoa học công nghệ Việt Nam. Thầy đã
tận tình chỉ bảo, giúp đỡ và truyền đạt cho tôi rất nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu
trong thời gian qua.
Tôi xin cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong khoa Công Nghệ Thông Tin, các thầy
các cô luôn giành cho tôi những kiến thức, tình cảm và những lời khuyên quý báu.

Cuối cùng tôi xin cảm ơn các bạn bè, đồng nghiệp và nhất là các thành viên trong
gia đình đã tạo mọi điều kiện tốt nhất, động viên, cổ vũ tôi trong suốt quá trình học tập và
nghiên cứu để hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này.
Tác giả
4
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của tôi trong đó có sự giúp đỡ
của thầy hướng dẫn. Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong đề tài này là hoàn toàn
trung thực.
Trong luận văn, tôi có tham khảo đến một số tài liệu của một số tác giả đã được
liệt kê tại phần tài liệu tham khảo ở cuối luận văn.
Hà Nội, ngày……tháng……năm……
Tác giả
Phan Văn Tiến
5
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH
6
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, việc phát triển phần mềm ngày càng được chuyên
nghiệp hóa. Các phần mềm được phát triển ngày càng có quy mô lớn. Yêu cầu đảm bảo
chất lượng phần mềm là một trong những mục tiêu quan trong nhất, đặc biệt trong một số
lĩnh vực như y khoa, ngân hàng, hàng không… Việc kiểm thử, kiểm chứng phần mềm
một cách thủ công chỉ đảm bảo được phần nào chất lượng của phần mềm. Vì vậy rất
nhiều các tổ chức, công ty đã nghiên cứu và phát triển các lý thuyết cũng như công cụ để
kiểm chứng, kiểm thử phần mềm một cách tự động.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên, tác giả đã nghiên cứu một số lý thuyết, công cụ
trong việc kiểm chứng và kiểm thử phần mềm. Một lý thuyết nền tảng rất quan trọng đó
là lý thuyết về tính thỏa được, viết tắt là SMT (Satisfiability Modulo Theories). Lý thuyết
về tính thỏa được đã được ứng dụng để giải quyết nhiều bài toán trong công nghệ phần

mềm như:
• Kiểm chứng chương trình
• Khám phá chương trình
• Mô hình hóa phần mềm
• Sinh các ca kiểm thử
Hiện nay Microsoft Z3 là một công cụ tìm lời giải cho SMT đang được áp dụng
trong nhiều dự án của Microsoft như: Pex, Spec#, SLAM/SDV, Yogi. Z3 được đánh già
là công cụ tìm lời giải mạnh nhất hiện nay. Tuy nhiên Z3 chỉ được áp dụng cho các ngôn
ngữ của Microsoft. Vì vậy tác giả đặt ra vấn đề: Liệu có thể sử dụng Z3 để kiểm chứng
cho các chương trình viết bằng ngôn ngữ khác như Java?
Trong quá trình nghiên cứu về kiểm chứng chương trình tác giả cũng có tìm hiểu
về JavaPathFinder (JPF). JPF là một dự án mã nguồn mở được phát triển trên ngôn ngữ
7
Java. Hiện nay có một mở rộng của JPF trong việc sinh tự động dữ liệu đầu vào để kiểm
thử chương trình. Tuy nhiên còn rất nhiều hạn chế, vì vậy tác giả đã nghĩ đến việc làm sao
để tích hợp được Z3 với JPF để có thể sinh tự động dữ liệu kiểm thử chương trình. Nếu
việc tích hợp thành công thì sẽ dẫn tới việc giải quyết được lớp bài toán rộng hơn. Điều
này là rất có ý nghĩa đối với thực tế.
Mục tiêu đề tài:
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu nắm bắt rõ về Z3 và JPF. Sau đó bước đầu tích
hợp thành công Z3 và JPF để có thể sinh tự động dữ liệu kiểm thử chương trình Java cho
các bài toán mà hiện nay JPF không thể thực hiện được. (ví dụ: sinh tự động dữ liệu cho
số học phi tuyến tính).
CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN
Luận văn bao gồm các phần sau:
Mở đầu: Giới thiệu về đề tài, tính cấp thiết cũng như mục tiêu của đề tài
Chương 1: Cơ sở lý luận
Chương 2: JPF và Thực thi tượng trưng
Nội dung: Giới thiêu JPF là gì? Kiến trúc của JPF, cách mở rộng, phát triển
trên JPF. Ngoài ra còn một phần rất quan trọng đó là giới thiệu về thực thi tượng

trưng để sinh dữ liệu kiểm thử cho chương trình trong JPF. Mở rộng này sẽ cho
phép sinh tự động dữ liệu kiểm thử chương trình Java.
Chương 3: Microsoft Z3
Nội dung: Giới thiệu về lý thuyết tính thỏa được SMT, Z3, các lý thuyết
được hỗ trợ trên Z3, các API của Z3 để tích hợp với JPF, các ứng dụng của Z3.
Chương 4: Tích hợp JPF với Z3
Nội dung: Nghiên cứu, đánh giá các giải pháp. Sau khi đã có giải pháp tiến
hành thiết kế kiến trúc hệ thống, sau đó chi tiết hóa sang mức gói, mức lớp cuối
cùng là cài đặt và đánh giá kết quả.
Kết luận và hướng phát triển của luận văn
Trình bày kết quả sau khi nghiên cứu, triển khai và hướng phát triển tiếp
theo.
8
CHƯƠNG 1- CƠ SỞ LÝ LUẬN
1.1 Tổng quan kiểm định phần mềm
Như chúng ta đã biết, việc kiểm thử phần mềm là một khâu không thể thiếu trong
các bước phát triển phần mềm, đặc biệt các phần mềm lớn, nhiều module do nhiều người
phát triển, dễ sinh ra các lỗi tiềm ẩn mà nhà phát triển không thể lường trước. Trong lĩnh
vực kiểm định chất lượng phần mềm hiện nay trên thế giới, hiện có nhiều kỹ thuật nhưng
tựu chung có thể phân theo ba nhóm chính: Phân tích mã nguồn tĩnh (static code
analysis), kiểm thử dữ liệu động (dynamic data testing) và kỹ thuật hình thức dựa trên mô
hình (model-based verification). Hai nhóm đầu tập trung vào việc nâng cao chất lượng
phần mềm tại mức mã nguồn, trong khi nhóm cuối cùng xử lý phần mềm tại mức trừu
tượng cao hơn – mô hình.
1.2 Các nhóm kiểm định phần mềm
Phân tích mã nguồn tĩnh là kỹ thuật phát hiện lỗi chương trình mà không yêu cầu
chạy chương trình đó. Không giống như kỹ thuật kiểm thử dữ liệu động đòi hỏi phải
chạy chương trình với dữ liệu đầu vào thật, kỹ thuật phân tích mã nguồn tĩnh chỉ xem xét
mã nguồn của chương trình.
Kỹ thuật kiểm thử phần mềm dựa trên mô hình: khác với hai nhóm ở trên ở

điểm đối tượng được kiểm thử là các mô hình được trừu tượng hóa từ hệ thống được xem
xét. Quá trình trừu tượng hóa là việc lược bỏ những chi tiết của hệ thống trong khi chỉ giữ
lại những thông tin/khía cạnh quan trọng cần được lưu tâm. Kỹ thuật trừu tượng hóa đơn
giản hóa hệ thống được xem xét và do đó giảm không gian tìm kiếm và thời gian phân
tích chương trình đi nhiều lần so với lúc thực hiện công việc phân tích đó trên mã nguồn.
9
Khi xây dựng xong phần mềm, chúng ta phải sử dụng các testcase (trường hợp
kiểm thử) cho việc kiểm thử. Chất lượng của việc kiểm thử phụ thuộc rất lớn vào tập hợp
các testcase mà chúng ta sử dụng. Hai tiêu chí chính của việc đánh giá chất lượng kiểm
thử đó là hiệu quả cho chất lượng phần mềm được kiểm thử là độ phủ dòng chảy (control
flow coverage) và độ phủ dữ liệu (data coverage). Tiêu chí thứ nhất tập trung vào việc
kiểm thử tất cả các điểm điều khiển trên chương trình (ví dụ: các nhánh rẽ khả đạt trong
cấu trúc chương trình – reachable control points). Trong khi tiêu chí thứ hai tập trung vào
tập dữ liệu kiểm thử ứng với mỗi điểm điều khiển trong cấu trúc chương trình.
Bằng kỹ thuật phân tích chương trình dựa trên mô hình sau khi trừu tượng hóa mã
nguồn của chương trình được kiểm thử, việc phân tích cấu trúc logic của chương trình và
tập dữ liệu ứng với mỗi điểm điều khiển trong chương trình sẽ dễ dàng hơn. Qua đó, quá
trình sinh ra tập các testcase sẽ nhanh chóng và chính xác, đảm bảo các tiêu chí control
flow và data coverage tốt hơn nhiều so với cách tiếp cận ở mức mã nguồn truyền thống.
Hơn nữa, nếu quá trình này được thực hiện một cách tự động sẽ giảm thiểu nhiều công
sức cho các chuyên gia kiểm thử chương trình. Với cách tiếp cận như vậy, phần mềm có
thể được kiểm thử một cách tự động bằng máy, đem lại kết quả chuẩn hơn, xét được
nhiều trường hợp hơn, đặt biệt là các lỗi logic, tiết kiệm chi phí sản xuất.
Đánh giá tập dữ liệu kiểm thử: Ngoại trừ những chương trình đơn giản, sẽ là
không thực tế nếu kiểm chứng phần mềm trên tập tất cả dữ liệu đầu vào có thể. Ngay cả
khi chỉ tính tổ hợp của các dữ liệu đầu vào hoặc tổ hợp của các hàm, số lượng đầu vào và
số lượng các trạng thái cũng là quá lớn. Khi hệ thống có bộ nhớ lớn, các dữ liệu đầu vào,
đầu ra sẽ được log lại để theo dõi trạng thái. Trong khi không có một công cụ để tạo ra
một thiết kế phần mềm chuẩn, hoàn chỉnh và chắc chắn thì việc kiểm thử là một khâu
không thể thiếu để có thể đánh giá được chất lượng phần mềm. Vì thế người ta phải tìm

cách chọn được một tập dữ liệu nhỏ mà có thể kiểm thử mang lại được độ tin cậy cao với
mỗi hệ thống.
Độ phủ hay mức độ đầy đủ bằng trực quan đánh giá được phạm vi hay mức độ
kiểm thử. Nếu kiểm thử không đầy đủ được hết mọi khía cạnh của phần mềm đồng nghĩa
với việc chúng ta bỏ sót nhiều lỗi. Các tấn suất của các trường hợp cũng không giống
nhau.
Khái niệm ca kiểm thử đơn giản là kiểm chứng các trạng thái đưa ra thể hiện cho
hoạt động của hệ thống. Chúng ta có thể tạo ra ca kiểm thử đề đạt được trạng thái có thể
bằng cách đưa vào các biến đặc biệt, trạng thái để điều khiển hệ thống.
10
CHƯƠNG 2- JAVA PATH FINDER VÀ
THỰC THI TƯỢNG TRƯNG
Trong chương này sẽ bao gồm hai phần chính. Phần 1 giới thiệu về JPF, một dự án
mã nguồn mở được viết bằng ngôn ngữ java để kiểm chứng mô hình. Phần 2 giới thiệu
một mở rộng của JPF đó là thực thi tượng trưng trong việc sinh tự động dữ liệu để kiểm
thử chương trình Java.
2.1 Giới thiệu về JPF
JPF là một bộ kiểm tra mô hình phần mềm trạng thái tường minh cho Java [5].
Hiểu một cách cơ bản JPF là một máy ảo thực thi chương trình Java không chỉ một lần
(giống như các máy ảo thông thường), mà thực thi trong tất cả các nhánh, các đường đi có
thể. JPF sẽ kiểm tra các vi phạm thuộc tính như khóa chết hoặc các ngoại lệ không thể bắt
được xuyên xuốt các đường thực thi tiềm năng. Hình 2-1 mô tả mô hình hoạt động của
JPF.
11
Hình 2.1: Mô hình hoạt động của JPF
Về lý thuyết điều này là rất khả thi, tuy nhiên với việc tăng kích cỡ của ứng dụng,
phần mềm kiểm chứng mô hình phải đối mặt với nhiều thách thức. JPF cũng không là
ngoại lệ. Câu trả lời của chúng ta đó là tăng sự linh hoạt của JPF để thích nghi với một
ứng dụng cụ thể. Chúng ta có thể coi JPF như là một Framework và từ đó phát triển mở
rộng để có thể giải quyết được bài toán cụ thể mà chúng ta muốn.

2.1.1 JPF có thể kiểm tra những chương trình gì?
JPF có thể kiểm tra tất cả các chương trình Java. JPF có thể tìm ra các khóa chết
hoặc ngoại lệ. Ngoài ra chúng ta có thể tự phát triển mở rộng để kiểm tra các thuộc tính
khác. Để hiểu rõ hơn về JPF chúng ta có thể xét ví dụ sau:
Tạo một lớp là Rand.java như bên dưới, sau đó chúng ta sẽ dùng JPF để kiểm tra
xem có lỗi không.
import java.util.Random;
public class Rand {
public static void main (String[] args) {
Random random = new Random(42); // (1)

int a = random.nextInt(2); // (2)
System.out.println("a=" + a);
12

int b = random.nextInt(3); // (3)
System.out.println(" b=" + b);

int c = a/(b+a -2); // (4)
System.out.println(" c=" + c);
}
}
Hình 2.2: Sơ đồ trạng thái trong quá trình kiểm thử
Hoạt động của lớp trên đó là khởi tạo 2 biến a và b một cách ngẫu nhiên trong các
khoang tương ứng la [0,2] và [0,3]. Sau đó có một biến c có giá trị được xác định bằng
công thức c = a/(b+a-2).
Nếu ta chạy chương trình java này thông thường thì có thể thấy kết quả là: a = 1, b
=0, và c = -1. Như vậy chương trình là không có lỗi. Tuy nhiên nếu ta sử dụng JPF để
kiểm tra chương trình trên thì sẽ thấy như hình vẽ bên dưới:
Nhìn hình vẽ trên ta có thể thấy nếu chạy chương trình java bình thường thì ta chỉ

có thể nhân được 1 trong 6 kết quả trên, do vậy khả năng lớn là không phát hiện được ra
lỗi ( Đường bôi đỏ là ví dụ). Tuy nhiên JPF sẽ tìm ra tất cả các đường đi của chương trình
sau đó kiểm tra chúng. Ta sẽ thấy có 2 trường hợp lỗi gây ra bởi phép chia cho 0.
13
2.1.2 Kiến trúc mức cao của JPF
Hình 2.3: Kiến trúc mức cao
Hình 2-3 biểu diễn sơ đồ kiến trúc mức cao của JPF. JPF được thiết kế thành 2
thành phần chính đó là: JVM, và Search.
JVM là một bộ sinh trạng thái cụ thể Java. Bằng việc thực hiện các chỉ thị Java
bytecode.
Search chịu trách nhiệm lựa chọn trạng thái mà JVM nên xử lý, hoặc hướng JVM
sinh trạng thái tiếp theo, hoặc yêu cầu JVM quay trở lại một trạng thái trước đó. Nói một
các khác Search có thể coi như các driver cho các đối tượng JVM. Search cũng cấu hình
và đánh giá các đối tượng thuộc tính. Các cài đặt chính của Search bao gồm tìm kiếm theo
độ sâu (DFSearch) và HeuristicSearch. Một cài đặt Search sẽ cung cấp một phương thức
Search đơn giản bao gồm một vòng lặp chính sẽ duyệt qua tất cả các không gian trạng
thái liên quan cho đến khi nó duyệt xong tất cả hoặc tìm ra một vi phạm thuộc tính
(property violation).
14
2.1.3 Khả năng mở rộng của JPF
Hình 2.4: Mẫu Listener
JPF có thể được coi như là một Framework mà tại đó bất kỳ nhà phát triển nào đều
có thể mở rộng để phục vụ cho một mục đích cụ thể. JPF cung cấp một cơ chế mở rộng để
cho phép thêm vào các chức năng mới mà không phải thay đổi trực tiếp cài đặt của Search
hoặc VM.
Yêu cầu về khả năng mở rộng có thể đạt được bằng cách sử dụng mẫu Listerner
trên hình 2-4. Các thể hiện sẽ tự đăng ký hoặc đăng ký với đối tượng Search/VM, nhận
thông báo khi một đối tượng (Subject) tương ứng thực thi một hoạt động nhất định, và sau
đó có thể tương tác với đối tượng để truy vấn các thông tin bổ sung hoặc điểu khiển hành
vi của đối tượng.

Việc thay đổi các khía cạnh của đổi tượng được ánh xạ vào các phương thức
Observer riêng biệt, các thể hiện của đối tượng sẽ được truyền đi như tham số. Đối tượng
Subject sẽ theo dõi các listener đã đăng ký theo Multicaster.
Có 3 mức khác nhau để có thể lấy được thông tin của đối tượng Subject bằng cách
cài đặt listener.
15
• Generic – listener cư trú bên ngoài các gói JPF và chỉ sử dụng các thông tin đã
được công khai (public) theo gov.nasa.jpf.Search / VM.
• Search-specific – listener cư trú bên ngoài gói JPF nhưng sẽ đưa các tham số thông
báo của đối tượng Subject vào các cài đặt cụ thể (ví dụ:
gov.nasa.jpf.search.heuristic.BFSHeuristic), và sử dụng các API của nó để lấy các
thông tin cài đặt cụ thể.
• Internal - listener cư trú trong các gói cài đặt Subject riêng biêt và truy cập các
thông tin riêng của gói ( private) .
2.1.4 Một số mở rộng của JPF
Với kiến trúc mở rộng linh hoạt, hiện nay đã có một số mở rộng được phát triển
cho JPF
UI - User Interface Model Checking
Đây là mở rộng cho việc kiểm tra mô hình một lớp đặc biệt của các ứng dụng Java
đó là các chương trình Swing và AWT. Mở rộng này được cài đăt như một như viện
chuẩn được mô hình hóa MJI (MJI Là viết tắt của: Model Java Interface) nhằm thay thế
các chức năng của Swing và AWT để mà các ứng dụng giao diện sử dụng chuẩn của Java
có thể được kiểm thử với các đầu vào khác nhau.
symbc - Symbolic Test Data Generation
Mở rộng này sử dụng BytecodeFactory để ghi đè lõi (core) JPF bytecodes nhằm
sinh ra các ca kiểm thử riêng biệt. Nói tóm lại nó hoạt động bằng cách sử dụng các thuộc
tính/ trường của JPF để thu thập các điều kiện đường đi PC, sau đó được đưa các PC vào
một hệ thống tìm lời giải theo đinh dạng của hệ thống đó để đưa ra dữ liệu kiểm thử. Mở
rộng này sẽ được trình bày chi tiết hơn ở phần 2.2.
cv - Compositional Verification Framework

Mở rộng này là một thuật toán học máy được sử dụng cho các lập luận thừa nhận/
đảm bảo, nhằm mục đích phân chia hệ thống thành các thành phần con và sau đó kiểm
chứng từng thành phần đó một cách riêng rẽ. Mục đích chính của mở rộng này là cải tiến
khả năng của JPF, nó có thể được sử dụng để sinh ra môi trường giả định cho kiểm chứng
mô hình UML, để xác định các trình tự sự kiện đúng.
numeric - Numeric Property Verification
Mở rộng này được sử dụng để kiểm chứng các thuộc tính của số học. Ban đầu mở
rộng được sử dụng như như một tập các lớp chỉ thị số học để phát hiện tràn bộ nhớ, sau
đó được mở rộng để kiểm chứng việc truyền giá trị không chính xác, so sánh dấu phẩy
động chính xác (floating point comparison).
16
statechart - UML State Chart Model Checking
Mục đích của mở rông này là kiểm tra lược đồ chuyển trạng thái UML. Trong mở
rộng này mỗi một biểu đồ chuyển trạng thái sẽ được biểu diễn tương ứng với một lớp
Java (hoặc nhiều lớp). Sau đó quá trình kiểm tra sẽ là kiểm tra các lớp java đó.
2.2 Thực thi tượng trưng để sinh dữ liệu kiểm thử
2.2.1 Thực thi tượng trưng là gì?
Đổi giá trị giữa 2 biến Đường đi cụ thể
17
Hình 2.5: Ví dụ về thực thi tượng trưng
Kỹ thuật thực thi tượng trưng là kỹ thuật thực thi chương trình bằng cách sử dụng
các giá trị tượng trưng, không phải sử dụng các giá trị cụ thể [2]. Để hiểu rõ thực thi
tượng trưng là gì, xét ví dụ chuyển đổi giứa 2 biến x và y:
Ở ví dụ trên, nếu trong trường hợp thực thi tượng trưng, giá trị của x và y là các giá
trị tượng trưng X, Y chứ không phải là các giá trị cụ thế. Kết quả của quá trình thực thi
tượng trưng sẽ duyệt hết các dường đi có thể có của chương trình, và cho ra điều kiên
đường đi.
Ưu điểm của phương pháp này là ta có thể thực thi tại bất kỳ điểm nào trong
chương trình và có thể trộn giữa đầu vào tượng trưng với đầu vào cụ thể. Phương pháp
này sẽ cho ta các điều kiện đường đi của chương trình, và với việc sử dụng các công cụ

tìm lời giải cho các điều kiện đường đi (coi mỗi điều kiện đường đi là một biểu thức) sẽ
sinh ra dữ liệu kiểm thử cho chương trình.
Tuy nhiên phương pháp này cũng có giới hạn đó là có thể bùng nổ các đường đi
trong việc thực thi tượng trưng.
2.2.2 Thực thi tượng trưng với JPF
Thực thi tượng trưng là một mở rộng của JPF. Mở rộng này của JPF sẽ thực thi
tượng trưng các chương trình java. Một trong những ứng dụng chính của mở rộng này, đó
là tự động sinh dữ liệu kiểm thử bao phủ toàn bộ chương trình của mã nguồn.
Mở rộng này phối hợp thực thi tượng trưng với kiểm chứng mô hình và các ràng
buộc giải quyết để sinh dữ liệu kiểm thử. Trong công cụ này, các chương trình được thực
thi trên đầu vào tượng trưng. Các giá trị của các biến được biểu diễn như và các biểu thức
số và ràng buộc, chúng được sinh từ việc phân tích cấu trúc mã nguồn. Những ràng buộc
sau đó được giải quyết để sinh ra các dữ liệu kiểm thử để đảm bảo đạt được phần mã
nguồn đó.
Tại thời điểm hiện tại JPF hỗ trợ các tham số nguyên và thực. Tuy nhiên vẫn còn
một số trường hợp cần giải quyết cho số thực.
Hiện tại mở rộng này chỉ hỗ trợ các ràng buộc tuyến tính (số học tuyến tính), sô
học phi tuyến là chưa được hỗ trợ. Thông tin tượng trưng đươc truyền theo các thuộc tính
kết hợp với các biến và các toán tử. Thực thi tượng trưng có thể bắt đầu từ bất kỳ điểm
nào trong chương trình và nó có thể thực thi tượng trưng riêng biệt với nhau.
2.2.3 Hướng dẫn thực thi tượng trưng với JPF
Để thực hiên một phương thức một cách tượng trưng, người sử dụng cần đặc tả
tham số phương thức nào là tượng trưng/cụ thể. Các tham biến toàn cục cũng có thể được
18
đặc tả để thực thi tượng trưng, theo các sự chú thích đặc biệt. Đây là một ví dụ để chạy
một thực thi tượng trung. Ví dụ này cho phép thực thi tượng trưng của phương thức test
trong lớp chính.
+vm.insn_factory.class=gov.nasa.jpf.symbc.SymbolicInstructionFactory
+jpf.listener=gov.nasa.jpf.symbc.SymbolicListener
+symbolic.method=test(sym#con)

+search.multiple_errors=true
+jpf.report.console.finished=
ExSymExe
2.2.3.1 Một ví dụ đơn giản
Sau đây là một ví dụ rất đơn giản của việc thực thi tượng trưng với JPF. Chúng ta
có thể sự dụng Eclipse hoặc thông qua giao diện dòng lệnh.
Giả sự ta có phương thức sau trong lớp bạn muốn sinh kiểm thử:
public class MyClass1 {
public int myMethod(int x, int y) {
int z = x + y;
if (z > 0) {
z = 1;
} else {
z = z - x;
}
z = 2 * z;
return z;
}
}
Chúng ta sẽ cần tạo một driver để gọi myMetho(int,int). Driver có thể là một lớp
khác hoặc phương thức main() của chính lớp này. Trong trường hợp này ta sẽ viết driver
trong phương thức main() của lớp MyClass1.
Trong ví dụ đơn giản này, driver chỉ cần gọi myMethod() với số và kiểu tham số
đúng sau đó in ra điều kiện đường đi (Path condition – PC). Điều lưu ý là tham số chính
xác không phải là vấn đề, vì chúng ta sẽ thực thi myMethod() một cách tượng trưng, tất cả
các giá trị cụ thể sẽ được thay thế bằng giá trị tượng trưng.
Chúng ta có thể xem các ca kiểm thử (test case) bằng cách in ra điều kiện đường
đi. Việc này thực hiện được bằng cách gọi phương thức:
gov.nasa.jpf.symbc.Debug.printPC(). Sau đây là mã nguồn đầy đủ:
19

public class MyClass1 {
public int myMethod(int x, int y) {
int z = x + y;
if (z > 0) {
z = 1;
} else {
z = z - x;
}
z = 2 * z;
return z;
}
// driver để kiểm thử
public static void main(String[] args) {
MyClass1 mc = new MyClass1();
int x = mc.myMethod(1, 2);
Debug.printPC("MyClass1.myMethod Path Condition: ");
}
}
Khi đó nếu chạy bằng Eclipse sẽ cho kết quả sau:
20
Hình 2.6: Đầu ra trên Eclipse cho MyClass1
Nhìn vào kết quả ở trên các PC sẽ chỉ ra các ca kiểm thử là
Ca kiểm thử 1: y = -9999999, x = 10000000
Ca kiểm thử 2: y = -10000000, x = 10000000
Ca kiểm thử 1 tương ứng với z > 0 của câu lệnh if của phương thức myMethod.
Ca kiểm thử 2 tương ứng với nhánh z≤0.
2.2.3.2 Lọc các trường hợp kiểm thử
Chúng ta thay đổi MyClass1 thành MyClass 2 như sau.
public class MyClass2 {
private int myMethod2(int x, int y) {

int z = x + y;
if (z > 0) {
z = 1;
}
if (x < 5) {
z = -z;
}
return z;
}
// The test driver
public static void main(String[] args) {
MyClass2 mc = new MyClass2();
int x = mc.myMethod2(1, 2);
Debug.printPC("\nMyClass2.myMethod2 Path Condition: ");
}
}
Chúng ta có thể chạy chương trình với các tham số cấu hình như sau:
+vm.insn_factory.class=gov.nasa.jpf.symbc.SymbolicInstructionFactory
+vm.classpath=.
+vm.storage.class=
+symbolic.method=myMethod2(sym#sym)
+search.multiple_errors=true
+jpf.report.console.finished=
MyClass2
21
Hình 2.7: Đầu ra của MyClass2 trên Eclipse
Khi đó chúng ta sẽ nhận được 4 ca kiểm thử như sau:
• Ca kiểm thử 1: y = 10000000, x = -9999999
• Ca kiểm thử 2: y = -4, x = 5
• Ca kiểm thử 3: y = -10000000, x = -10000000

• Ca kiểm thử 4: y = -10000000, x = 5
Tuy nhiên giả sử chúng ta chỉ cần quan tâm trong các ca kiểm thử mà lệnh if được
thực hiện, khi đó chúng ta chỉ cần quan tâm đến ca kiểm thử 2 và 3. Chúng ta có thể chỉ
chạy JPF như ở trên và lọc chúng một cách thủ công. Tuy nhiên có một cách khác tốt hơn
đó là ta sử dụng Verify.ignoreIf() để bắt JPF quay trở lại khi một câu lênh if được tìm ra
hơn một lần, ví dụ ta có thể thông báo myMethod2() như sau:
import gov.nasa.jpf.jvm.Verify;
import gov.nasa.jpf.symbc.Debug;
public class MyClass2 {
private int myMethod2(int x, int y) {
int jpfIfCounter = 0;
int z = x + y;
if (z > 0) {
22
jpfIfCounter++;
z = 1;
}
if (x < 5) {
jpfIfCounter++;
Verify.ignoreIf(jpfIfCounter > 1);
z = -z;
}
Verify.ignoreIf(jpfIfCounter == 0);
return z;
}
// The test driver
public static void main(String[] args) {
MyClass2 mc = new MyClass2();
int x = mc.myMethod2(1, 2);
Debug.printPC("\nMyClass2.myMethod2 Path Condition: ");

}
}
Các chú thích (annotations) được bôi đậm. Và bây giờ ta có thể chạy chương trình và kết
quả là sẽ chỉ nhận được 2 ca kiểm thử cần thiết:
• Test Case 1: y = -4, x = 5
• Test Case 2: y = -10000000, x = -10000000
23
Hình 2.8:Đầu ra của MyClass2 sau khi đã lọc kết quả trên Eclipse
2.2.3.3 Bổ sung tiền điều kiện
Giả sử rằng ta muốn giới hạn các ca kiểm thử được sinh ra, nhưng bây giờ vấn đề
là bạn muốn rằng phương thức của bạn sẽ chỉ được gọi với các tham số trong một khoảng
nào. Ví dụ trong MyClass1.myMethod() bạn tin tưởng rằng x và y được giới hạn trong
khoảng -100 <= x <= 100 và 1<= y <= 3.
Để thực hiện điều này trong JPF là rất dễ ràng. Thậm chí ta không cần sửa đổi
phương thức myMethod(). Thay vào đó ta có thể sử dụng tiền điều kiện trong khi cài đặt
driver. Chúng ta sẽ cài đặt the driver (gọi là MyDriver1) như sau
import gov.nasa.jpf.symbc.Debug;
public class MyDriver1 {
private static void imposePreconditions(int x, int y) {
MyClass1 mc = new MyClass1();
if (-100 <= x && x <= 100 && 1 <= y && y <= 3) {
mc.myMethod(x, y);
Debug.printPC("\nMyClass1.myMethod Path Condition: ");
}
}
24
// The test driver
public static void main(String[] args) {
//Actual arguments are ignored when doing symbolic //execution.
imposePreconditions(1,2);

}
}
Chúng ta cần các tiền điều kiện và bởi vì chúng ta không muốn chỉnh sửa lớp, do
đó ta sẽ tạo ra một phương thức gọi tượng trưng như sau:
MyDriver1.imposePreconditions(), không phải MyClass1.myMethod(). Chú ý rằng tham
số của phương thức imposePreconditions() là x và y, đây chính là tham số của
myMethod() cần phải được symbolic
Hình 2.9: Đầu ra của MyDriver trên Eclipse
Kết quả sẽ cho ra các ca kiểm thử với các tham số nằm trong khoảng giới hạn.
• Ca kiểm thử 1: y = 1, x = 0
• Ca kiểm thử 2: y = 1, x = -100
2.2.3.4 Các tham số thực
Các phương thức với tham số thực được xử lý một cách chính xác như các tham số
nguyên, mặc dù đầu ra là khác nhau. Đây là một ví dụ:
25
import gov.nasa.jpf.symbc.Debug;
public class MyClassFP {
public double myMethodFP(double x, double y) {
double z = x + y;
if (z > 0.0) {
z = 1.0;
} else {
z = z - x;
}
z = 2.0 * z;
return z;
}
// The test driver
public static void main(String[] args) {
MyClassFP mc = new MyClassFP();

double x = mc.myMethodFP(1.0, 22.0);
Debug.printPC("\nMyClassFP.myMethodFP Path Condition: ");
}
}
MyClassFP.myMethodFP() là giống phương thức MyClass1.myMethod() ngoại
trừ tham số có kiểu double.
Chạy Eclipse với các tham số cấu hình như sau:
+vm.insn_factory.class=gov.nasa.jpf.symbc.SymbolicInstructionFactory
+vm.classpath=.
+vm.storage.class=
+symbolic.method=myMethodFP(sym#sym)
+search.multiple_errors=true
+jpf.report.console.finished=
MyClassFP