程序正确性证明与程序测试

认识形式化验证 软件开发中⼀般使⽤“测试”来找bug，这种⽅法只能找到bug，不能证明程序没有bug。

形式化验证是⽤逻辑来验证程序的可靠性，就是把⼀段程序⽤逻辑的⽅法证明⼀遍，证明它能得到预期的结果，没有bug。

⼀般这类研究主要应⽤于昂贵的航天器材的操作系统、危险的医疗设备的程序之中。

因为航天器材、医疗设备牵扯到⼈的⽣命，如果操作系统出现错误，那么很危险，⼜不能⽤测试⼀遍⼀遍的测，所以⽤形式化验证来做。

⽐如美国航天局NASA就会雇佣⼤批形式化验证的专家来验证他们操作系统的正确性。

学习这个⽅向，最好有⽐较好的逻辑知识（数理逻辑、拉姆达验算），最好⽐较了解程序（⽐如操作系统的设计、编译器的设计等）。

这个⽅向是⽐较犀利的研究⽅向，但不⼤容易出论⽂，需要长时间积累才能发⼀篇好论⽂。

这个⽅向只是科研⽅向，不适合找⼯作，如果你读完硕⼠打算找⼯作⽽不做研究，这个⽅向不适合。

因为企业没⼈⽤形式化验证来验证程序。

Formal Verification（形式验证) 在计算机硬件（特别是集成电路）和软件系统的设计过程中，形式验证的含义是根据某个或某些形式规范或属性，使⽤数学的⽅法证明其正确性或⾮正确性。

形式验证是⼀个系统性的过程，将使⽤数学推理来验证设计意图（指标）在实现(RTL)中是否得以贯彻。

形式验证可以克服所有3种仿真挑战，由于形式验证能够从算法上穷尽检查所有随时间可能变化的输进值。

形式验证形式验证的出现 由于仿真对于超⼤规模设计来说太耗费时间，形式验证就出现了。

当确认设计的功能仿真是正确的以后，设计实现的每⼀个步骤的结果都可以与上个步骤的结果做形式⽐较，也就是等价检查，如果⼀致就说明设计合理，不必进⾏仿真了。

形式验证主要是进⾏逻辑形式和功能的⼀致性⽐较，是靠⼯具⾃⼰来完成，⽆需开发测试向量。

⽽且由于实现的每个步骤之间逻辑结构变化都不是很⼤，所有逻辑的形式⽐较会⾮常快。

这⽐仿真的时间要少很多。

⼀般要做形式验证的步骤有：RTL和RTL。

1、程序调试的任务是诊断和改正程序中的错误，主要在开发阶段进行。

2、程序调试的基本步骤：(1)错误定位；(2)修改设计和代码，以排除错误；(3)进行回归测试，防止引进新的错误。

3、程序调试可分为静态调试和动态调试。

静态调试主要是指通过人的思维来分析源程序代码和排错，是主要的调试手段，而动态调试是辅助静态调试。

主要调试方法有：(1)强行排错法；(2)回溯法；(3)原因排除法。

真题分析【真题1】软件调试的目的是________。

（2007年9月）A)改善软件的性能B)验证软件的正确性C)发现错误D)改正错误解析：软件调试的任务是诊断和改正程序中的错误。

程序调试活动由两部分组成，一是根据错误的迹象确定程序中错误的确切性质、原因和位置；二是对程序进行修改，排除这个错误。

答案：D【真题2】软件__【2】__阶段的任务是诊断和改正程序中的错误。

（2006年9月）解析：软件测试的目的是发现程序中的错误，而调试的目的是确定程序中错误的位置和引起错误的原因，并加以改正。

换句话说，调试的目的就是诊断和改正程序中的错误。

调试不是测试，但是它总是发生在测试之后。

答案：调试【真题3】下列叙述中正确的是________。

（2006年4月）A)软件维护只包括对程序代码的维护B)三种说法都不对-50-C)软件测试应该由程序开发者来完成D)程序经调试后一般不需要再测试解析：本题考核软件测试、软件调试和软件维护的概念。

软件测试具有挑剔性，测试不是为了证明程序是正确的，而是在设想程序有错误的前提下进行的，其目的是设法暴露程序中的错误和缺陷，就是说，测试是程序执行的过程，目的在于发现错误；一个好的测试在于能发现至今未发现的错误；一个成功的测试是发现了至今未发现的错误。

由于测试的这一特征，一般应当避免由开发者测试自己的程序。

调试也称排错，目的是发现错误的位置，并改正错误，经测试发现错误后，可以立即进行调试并改正错误；经过调试后的程序还需进行回归测试，以检查调试的效果，同时也可防止在调试过程中引进新的错误。

面向对象程序的测试方法与技巧面向对象程序设计是一种非常常用的编程范式，它以对象作为程序的基本单位，通过封装、继承和多态等特性来实现代码的重用和灵活性。

然而，面向对象程序设计也给测试带来了一些挑战，因为需要考虑对象之间的交互和复杂逻辑。

本文将介绍面向对象程序的测试方法与技巧，以帮助开发人员提高代码质量和可靠性。

一、单元测试单元测试是面向对象程序测试的基本方法。

它以最小的代码单元，即类的方法或函数作为测试的对象，通过编写测试用例来验证其功能的正确性。

在面向对象程序设计中，每个类通常都有多个方法，因此我们需要设计多个测试用例来覆盖各种情况。

在编写单元测试时，我们可以使用一些测试框架如JUnit、NUnit等来自动化执行测试用例并生成测试报告。

这些框架提供了丰富的断言方法和测试运行管理功能，使测试工作更加高效和可控。

二、集成测试除了单元测试，集成测试也是面向对象程序测试的重要方法。

集成测试是指在开发的不同阶段，将各个单元或模块组合起来进行测试，以验证它们之间的交互是否正确。

面向对象程序通常由多个类组成，类之间通过方法调用和对象引用来进行交互，因此需要测试整个系统的集成。

在进行集成测试时，我们可以使用模拟对象或桩对象来替代尚未实现的对象或方法，以便模拟各种情况和接口调用。

还可以使用Mockito 等工具来进行对象的模拟和替代，以简化测试代码的编写和维护。

三、测试驱动开发测试驱动开发（Test Driven Development，TDD）是一种先写测试用例，再编写代码的开发方法。

在面向对象程序设计中，使用TDD可以帮助开发人员更好地理解业务需求，设计合适的类和方法，并保证代码的正确性。

TDD的基本步骤包括：先编写一个失败的测试用例，然后编写足够的代码来使测试通过，最后通过重构来优化代码。

这种反复的测试、编码和重构过程可以帮助我们提高代码的质量和可维护性。

四、性能测试除了功能测试，性能测试也是面向对象程序测试的一个重要环节。

第1章软件测试概述1.简述软件测试的意义。

解：随着计算机技术的迅速发展和广泛深入的应用，软件质量问题已成为开发和使用软件人员关注的焦点。

而由于软件本身的特性，软件中的错误是不开避免的。

不断改进的开发技术和工具只能减少错误的发生，但是却不可能完全避免错误。

因此为了保证软件质量，必须对软件进行测试。

软件测试是软件开发中必不可少的环节，是最有效的排除和防治软件缺陷的手段，是保证软件质量、提高软件可靠性的最重要手段。

2.什么是软件缺陷？它的表现形式有哪些？解：从产品内部看，软件缺陷是软件产品开发或维护过程中所存在的错误、毛病等各种问题；从外部看，软件缺陷是系统所需实现的某种功能的失效或违背。

它的表现形式主要有以下几种：（1）软件未达到产品说明书中已经标明的功能；（2）软件出现了产品说明书中指明不会出现的错误；（3）软件未达到产品说明书中虽未指出但应当达到的目标；（4）软件功能超出了产品说明书中指出的范围；（5）软件测试人员认为软件难以理解、不易使用，或者最终用户认为该软件使用效果不良。

3.简单分析软件缺陷产生的原因，其中那个阶段引入的缺陷最多，修复成本又最低？解：软件缺陷产生的主要原因有：需求规格说明错误；设计错误；程序代码有误；其他。

其中在需求分析阶段引入的缺陷最多，修复的成本又最低。

4.当用户登录某网站购物完毕并退出后，忽然想查查购物时付账的总金额，于是按了浏览器左上角的“退回”按钮，就又回到了退出前的网页，你认为该购物软件有缺陷吗？如果有，属于哪一类？解：有缺陷。

其所属类别与软件产品说明书的要求有关。

5.什么是软件测试？简述其目的与原则。

解：软件测试是为了尽快尽早地发现在软件产品中所存在的各种软件缺陷而展开的贯穿整个软件开发生命周期，对软件产品（包括阶段性产品）进行验证和确认的活动过程。

测试目的：（1）证明：获取系统在可接受风险范围内可用的信心；尝试在非正常情况和条件下的功能和特性；保证一个工作产品是完整的并且可用或可被集成。

第三部分程序设计基础3.1 程序、程序设计、程序设计语言的定义⑴程序：计算机程序，是指为了得到某种结果而可以由计算机等具有信息处理能力的装置执行的代码化指令序列，或者可以被自动转换成代码化指令序列的符号化指令序列或者符号化语句序列。

⑵程序设计：程序设计是给出解决特定问题程序的过程，是软件构造活动中的重要组成部分。

程序设计往往以某种程序设计语言为工具，给出这种语言下的程序。

程序设计过程应当包括分析、设计、编码、测试、排错等不同阶段。

⑶程序设计语言：程序设计语言用于书写计算机程序的语言。

语言的基础是一组记号和一组规则。

根据规则由记号构成的记号串的总体就是语言。

在程序设计语言中，这些记号串就是程序。

程序设计语言有3个方面的因素，即语法、语义和语用。

3.2 高级语言和低级语言的概念及区别⑴高级语言：高级语言（High-level programming language）是高度封装了的编程语言，与低级语言相对。

它是以人类的日常语言为基础的一种编程语言，使用一般人易于接受的文字来表示（例如汉字、不规则英文或其他外语），从而使程序编写员编写更容易，亦有较高的可读性，以方便对电脑认知较浅的人亦可以大概明白其内容。

⑵低级语言：低级语言分机器语言（二进制语言）和汇编语言（符号语言），这两种语言都是面向机器的语言，和具体机器的指令系统密切相关。

机器语言用指令代码编写程序，而符号语言用指令助记符来编写程序。

⑶区别：高级语言：实现效率高，执行效率低，对硬件的可控性弱，目标代码大，可维护性好，可移植性好低级语言：实现效率低，执行效率高，对硬件的可控性强，目标代码小，可维护性差，可移植性差了解知识：CPU运行的是二进制指令，所有的语言编写的程序最终都要翻译成二进制代码。

越低级的语言，形式上越接近机器指令，汇编语言就是与机器指令一一对应的。

而越高级的语言，一条语句对应的指令数越多，其中原因就是高级语言对底层操作进行了抽象和封装，使编写程序的过程更符合人类的思维习惯，并且极大了简化了人力劳动。

软件测试第一章软件测试综述选择题（每题1分）1.Myers在1979年提出了一个重要观点，即软件测试的目的是为了（）。

A）证明程序正确B）查找程序错误C）改正程序错误D）验证程序无错误答案：B2.坚持在软件开发的各个阶段实施下列哪种质量保证措施，才能在开发工程中尽早发现和预防错误，把出现的错误克服在早期（）A）技术评审B）程序测试C）文档审查D）管理评审答案：A3.经验表明，在程序测试中，某模块与其他模块相比，若该模块已发现并改正的错误数目较多，则该模块中残存的错误数目与其他模块相比，通常应该（）A）较少B）较多C）相似D）不确定答案：B4.下面有关测试原则的说法中正确的是（）。

A）测试用例应由测试的输入数据和预期的输出结果两部分组成B）测试用例只需选取合理的输入数据C）程序最好由编写该程序的程序员自己来测试D）使用测试用例进行测试是为了检查程序是否做了它该做的事答案：A5.为了提高测试的效率，正确的做法是（）。

A）选择发现错误可能性大的数据作为测试用例B）在完成程序的编码之后再制定软件的测试计划C）随机选取测试用例D）取一切可能的输入数据作为测试用例答案：A6.对程序的测试最好由（）来做，对程序的调试最好由（）来做。

A）程序员第三方测试机构B）第三方测试机构程序员C）程序开发组程序员D）程序开发组程序开发组答案：B填空题（每空1分）1.20世纪50年代以前，开发人员往往将测试与调试等同。

_________，人们开始试图区分测试与调试。

答案：1957年。

2.语义错误是一种偏离错误，如需求定义偏离了用户需求，设计偏离了需求定义等。

偏离既包括____________也包括___________。

答案：正偏离；负偏离。

1.一个好的测试用例在于它能发现以前未发现的错误。

答案：正确2.一个成功的测试是发现了以前未发现的错误的测试。

答案：正确3.测试是为了证明程序正确，而不是证明程序有错。

答案：错误1.软件缺陷答案：软件产品中违背了软件产品需求的实现，则称为软件缺陷。

回调函数的测试与验证方法回调函数是一种常见的编程概念，它允许我们在特定事件发生时调用预定义的函数。

在软件开发中，回调函数的正确测试与验证是非常重要的，因为它涉及到程序的正确性和稳定性。

本文将介绍回调函数的测试与验证方法。

一、回调函数的基本概念回调函数是指在主函数中注册的、可被随后调用的子函数。

当特定事件发生时，主函数会调用相应的回调函数来处理事件。

回调函数的注册和调用通常通过函数指针实现。

回调函数在事件处理、异步编程等方面具有广泛的应用。

二、回调函数的测试方法为了确保回调函数的正确性，我们需要针对不同的情况进行测试。

以下是回调函数测试的一些常用方法：1. 参数验证测试：回调函数的参数通常是主函数传递给它的。

我们需要测试回调函数是否正确接收到参数，并按照预期执行相应操作。

2. 异常测试：回调函数可能会抛出异常，我们需要测试回调函数在异常情况下的表现。

例如，当回调函数执行失败时，是否能够正确处理异常，并给出相应的错误信息。

3. 边界测试：回调函数可能会在不同的边界条件下执行。

我们需要测试回调函数在各种边界条件下的表现，确保它能正确处理各种情况。

4. 性能测试：回调函数在处理大量数据或频繁调用时，可能会影响程序的性能。

我们需要测试回调函数在不同负载下的性能表现，确保它能满足性能要求。

5. 兼容性测试：回调函数可能会在不同的环境或平台下运行。

我们需要测试回调函数在不同环境或平台下的兼容性，确保它能在各种情况下正常工作。

三、回调函数的验证方法回调函数的验证主要是针对回调函数的功能和可靠性进行检验。

以下是回调函数验证的一些常用方法：1. 代码审查：通过仔细检查回调函数的实现代码，检查是否符合设计要求，是否存在潜在的问题或错误。

2. 单元测试：编写单元测试用例，对回调函数的各个功能进行测试，尽可能覆盖不同的执行路径，确保回调函数的正确性。

3. 集成测试：将回调函数与其他组件进行集成测试，确保回调函数与系统的其他部分协同工作正常。