Tools and Language Elements for Testing, Encapsulation and Controlling Abstraction in Large Scale C++ Projects

Márton, Gábor

Tools and Language Elements for Testing, Encapsulation and Controlling Abstraction in Large Scale C++ Projects

Date: 2019

Subject: Műszaki tudományok/Informatikai tudományok
C++ programming language
unit testing
test seams
non-intrusive testing
function call interception
compiler instrumentation
encapsulation
access control
friend
selective friend
threads
synchronization
RCU
Informatika D. I./Az informatika alapjai és módszerei.
C++ programozási nyelv
unit tesztelés
teszt seam
nem-tolakodó tesztek
függvény hívás közbeavatkozás
fordítási idejű instrumentálás
egységbezárás
hozzáférés kontroll
friend (C++ nyelvi elem)
selective friend
szálak
szinkronizáció
RCU

URI: http://hdl.handle.net/10831/44499

Link to Library Catalogue: https://opac.elte.hu/Record/opac-EUL01-984182

MTMT: 30938163

DOI: 10.15476/ELTE.2019.084

Abstract:

A disszertáció új kutatási eredményeket mutat be három alapvető szoftver fejlesztési területen: tesztelés, egységbezárás és absztrakció. Az első három tézis az ún. nem-tolakodó teszteléssel foglalkozik, amely egy olyan tesztelési technika amely során nem szükséges semmilyen strukturális módosítást végrehajtanunk a termék forráskódján. Megvitatjuk a már létező nem-tolakodó tesztelési módszereket és felsoroljuk ezek előnyeit és hátrányait. Bevezetünk egy új, nem-tolakodó tesztelési módszert amely függvény hívás közbeavatkozáson alapszik és számos egyértelmű előnnyel rendelkezik a korábbi megoldásokhoz képest. Ezzel az új technikával képesek vagyunk függvényeket teszt dublőrökkel helyettesíteni még akkor is ha azok inline függvények. Továbbá bemutatunk két új kísérleti eljárást amelyek lehetővé teszik, hogy akár típusokat is helyettesítsünk teszt dublőrökkel: az egyik metódus szintaxis fa transzformációkon alapszik, a másik pedig fordítási idejű reﬂectionön. Demonstráljuk, hogy gyakran előfordul, hogy szükséges privát tagokhoz hozzáférni a nem-tolakodó tesztek esetében. Bemutatunk két új módszert a privát tagok eléréséhez (és ily módon támogatjuk a nem-tolakodó és fehér doboz tesztek létrehozását): egy program könyvtárat amely explicit sablon példányosításon alapszik, illetve az osztályon kívüli barát (friend) nyelvi elemet.
Az egységbezárással kapcsolatosan szemléltetjük, hogy bizonyos nyelvi konstrukciók minta C++ barát (friend) túlzottan erős hozzáférést nyújthat egy osztály belső elemeihez. Ez a túlzott hozzáférés hibák forrása lehet az adott szoftverben. Javaslatot teszünk egy új nyelvi elem létrehozására amely lehetővé teszi, hogy megszorítsuk ezt a hozzáférést csupán néhány jól speciﬁkált taghoz, ily módon erősítendő az egységbezárást és adatrejtést.
Az egységbezárás mellett az absztrakció a másik alapvető szereplő ha nagy méretű szoftverek fejlesztéséről van szó. Különösen,ha többszálú programokról beszélünk. Bemutatunk egy új magas szintű C++ absztrakciót mely a read-copy-update konkurrens programozási mintán alapszik és elfogadható teljesítményt nyújt amellett, hogy kellően generikus és biztonságos használni.
Az itt bemutatott új módszerek mindegyikéhez tartozik prototípus implementáció (ez alól kivételt képez a reﬂection alapú nem-tolakodó tesztelés ötlete).

Abstract:

This dissertation presents novel research results in three fundamental areas of software development: testing, encapsulation and abstraction. The ﬁrst two theses are centered around non-intrusive testing, a testing technique which does not require any structural modiﬁcation in the production code. We discuss the existing non-intrusive testing methods and we enlist their advantages and disadvantages. We introduce a new method which is based on function call interception and has numerous clear beneﬁts compared to preexisting eﬀorts. With this method we can replace functions with test doubles even if they are inline functions. We describe two new additional and experimental approaches which make it possible to substitute types with test double types: one which exploits syntax tree transformations and another which is based on compile-time reﬂection. We demonstrate that often it is needed to access private members in order to have non-intrusive tests. We introduce new techniques to access private members of a class for the purpose of non-intrusive or white-box testing: a library based on explicit template instantiation and out-of-class friends. Regarding encapsulation, we demonstrate that certain language constructs like the friend in C++ may provide exaggerated access to the internals of a class. This excessive access may be the source of errors in the software. We suggest a new language construct which makes it possible to restrict access of a friend only to a certain well speciﬁed set of members, this way it strengthens encapsulation and information hiding. Besides encapsulation,abstraction plays an essential role in large scale software system development, especially when multiple threads of execution are involved. We demonstrate a new high-level abstraction for the read-copy-update concurrency pattern, which provides reasonable performance meanwhile it gives a generic and safe to use C++ API. We provide a proof of concept implementation for all new techniques with one exception (the reﬂection based non-intrusive technique).

Show full item record