Wirtschaftsinformatik Christof Wingender c.wingender@uni-muenster.de 15./16. Mai 2008 Im Rahmen des...

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Christof Wingenderc.wingender@uni-muenster.de

15./16. Mai 2008

Im Rahmen des Seminars „E-Learning“

Automatisches Testen und Bewerten von Java-Klassen

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Motivation

■ Papierbasierte Lernfortschrittskontrolle■ Klausur, Übungen■ Medienbrüche■ Personal- und Zeitaufwändig■ Menschliche Fehler, Subjektivität

■ Lösung: E-Assessment von Java-Klassen?

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Gliederung

■ Einführung■ Anforderungen an Java-Klassen■ Analyse von Java-Klassen

■ Ansätze zum E-Assessment von Java-Klassen■ Praktomat■ Environment for Learning to Program■ extreme eLearning experience

■ Erweiterung der Ansätze■ Fazit

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Anforderungen an Java-Klassen

■ Korrektheit■ Robustheit■ Leichte Wartbarkeit■ Verständlichkeit■ Testbarkeit■ Effiziente Programme

(vgl. [PI08])

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Analyse von Java-Klassen

■ Statische Analyse■ Keine Ausführung des Programms■ Syntax, Semantik■ Programmierstil■ Fehlermuster im Quelltext

■ Dynamische Analyse■ Ausführung des Programms■ Unit-Test (Komponententest)

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Gliederung

■ Einführung■ Anforderungen an Java-Klassen■ Analyse von Java-Klassen

■ Ansätze zum E-Assessment von Java-Klassen■ Praktomat■ Environment for Learning to Program■ extreme eLearning experience

■ Erweiterung der Ansätze■ Fazit

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Praktomat

■ Universität Passau■ Java, Haskell, C++■ Automatische Tests

■ Öffentliche vs. geheime Testfälle■ DejaGnu■ Checkstyle■ Sandbox

■ Peer-Review

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Environment for Learning to Program (ELP)

■ Queensland Universität in Brisbane■ C#, C++, Java, Pascal, Visual Basic■ Beispielaufgabe: IntegerDivision:

import TerminalIO.*;public class IntegerDivision {

KeyboardReader reader = new KeyboardReader();ScreenWriter writer = new ScreenWriter(); public void run() {

      } public static void main (String[] args){…}

}

//Declare variables// Print “Please enter integer x: “// Read x// Print “Please enter integer y: “// Read y// Print “x / y = “// Print x / y

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■ Programmierstil-Überprüfung: Java-Reflection API■ NormalisierungQuelltext-Fragment/* Zu lösender Abschnitt: */vor = 0;nach = 1;for (int i = 3; i<= grenze; i+

+){hilf = vor + nachvor = nach;nach = hilf

}/* Ende zu lösender Abschnitt

*/

Environment for Learning to Program (ELP)

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■ Programmierstil-Überprüfung: Java-Reflection API■ NormalisierungQuelltext-Fragment Normalisierte Form/* Zu lösender Abschnitt: */vor = 0;nach = 1;for (int i = 3; i<= grenze; i+

+){hilf = vor + nachvor = nach;nach = hilf

}/* Ende zu lösender Abschnitt

*/

<gap><statements>

<assignment>2</assignment><loop>

<assignment>3</assignment>

</loop></statements></gap>

■ Vergleich: Abgabe - Musterlösung

Environment for Learning to Program (ELP)

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extreme eLearning experience (xLx)

■ Universität Münster■ Java■ Automatische Tests

■ Öffentliche vs. geheime Testfälle■ JUnit■ Apache Ant■ Policies

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Gegenüberstellung der Ansätze

Praktomat ELP xLx

Programmierstil

Fehlermuster

Funktionalität

Effizienz

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Gliederung

■ Einführung■ Anforderungen an Java-Klassen■ Analyse von Java-Klassen

■ Ansätze zum E-Assessment von Java-Klassen■ Praktomat■ Enviroment for Learning to Program■ extreme eLearning experience

■ Erweiterung der Ansätze■ Fazit

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Erweiterung

■ Apache Ant Buildfile■ Buildfile enthält Projekt und beschreibt, wie

■ Anwendung zu erstellen,■ zu testen und■ zu deployen ist

<?xml version=“1.0“ ?><project name=“myProject“ default=“makedir“>

<target name=“makedir“><mkdir dir=“build/classes“ /><mkdir dir=“test/reports“ />

</target></project>

Project

Target

Task

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Build-Prozess

Quelltext

16

Build-Prozess

Quelltext

BerichtProgrammierstil

Checkstyle

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Build-Prozess

Quelltext

BerichtProgrammierstil

BerichtFehlermuster

FindBugsCheckstyle

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Build-Prozess

QuelltextQuelltext

Testklassen

.class-Dateien

BerichtFunktionalität

BerichtProgrammierstil

BerichtFehlermuster

javacjavac

FindBugsCheckstyle

JUnit

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Beispiel: Fahrrad.class

public class Fahrrad {private Rahmen rahmen;private boolean einrad;private String marke;

public boolean isEinrad() {if (einrad == true) { return true; } else { return false; } }

public boolean isEqualRahmen(Rahmen rahmen) {return ( (this.rahmen != null)

& this.rahmen.equals(rahmen) ); }

public boolean isEqualMarke(String marke) {return (this.marke == marke); }

//Getter, Setter, ...}

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Checkstyle

■ Statische Analyse■ Überprüft Programmierstil

■ JavaDoc■ Namenskonventionen■ …

■ Konfiguration über XML-Datei■ Beispiel: String-Vergleiche (==, != statt equals)

<module name="StringLiteralEquality"/>

public boolean isEqualMarke(String marke) {

return (this.marke == marke);}

Richtig: return ((this.marke.equals(marke));

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FindBugs

■ Statische Analyse■ Findet mögliche Fehler■ Beispiel: Nullpointer

public boolean isEqualRahmen(Rahmen rahmen) {return((this.rahmen != null)

& this.rahmen.equals(rahmen));}

Besser: return ((this.rahmen != null)

&& this.rahmen.equals(rahmen);

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Alternative: PMD

■ Statische Analyse■ Wie FindBugs■ Zusätzlich:

■ Suboptimaler Quelltext■ Unbenutzer Quelltext

■ Beispiel: Vergleiche in booleschen Ausdrückenpublic boolean isEinrad() {

if(einrad == true) { return true; }

else { return false; }}

Besser: return einrad;

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JUnit

■ Dynamische Analyse■ Komponententest■ Stichprobenverfahren■ Beispiel: isEqualRahmen

public void testIsEqualRahmen() {Fahrrad rad = new Fahrrad();rad.setEinrad (false);rad.setRahmen (new Rahmen("rot", 48));assertEquals (true,

rad.isEqualRahmen(new Rahmen ("rot", 48)));}

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Bewertung

■ Überprüfung■ Programmierstil■ Potentielle Fehler■ Funktionalität■ Effizienz

■ Erweiterbar

■ Problematisch■ GUIs, Applets

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Gliederung

■ Einführung■ Anforderungen an Java-Klassen■ Analyse von Java-Klassen

■ Ansätze zum E-Assessment von Java-Klassen■ Praktomat■ Enviroment for Learning to Program■ extreme eLearning experience

■ Erweiterung der Ansätze■ Fazit

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Fazit

■ Automatische Überprüfung von■ Programmierstil■ Potentiellen Fehlern■ Funktionalität

■ Keine automatische Überprüfung von■ Effizienz■ Aufgaben mit GUI oder Applets

■ Trainingsbereiche■ Statische Analyse■ Aufgabenpool

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Literaturverzeichnis

[AA08] Apache Ant: http://ant.apache.org, Abrufdatum 01.04.2008.

[Ch08] Checkstyle: http://checkstyle.sourceforge.net, Abrufdatum 01.04.2008.

[ELP08] Environment for Learning to Program: http://elp.fit.qut.edu.au, Abrufdatum 01.04.2008.

[FB08] FindBugs: http://findbugs.sourceforge.net, Abrufdatum 01.04.2008.

[Ju08] JUnit: http://www.junit.org, Abrufdatum 01.04.2008.

[PI08] Praktische Informatik: Informatik I: Kapitel 1: Einführung,

http://www.wi.uni-muenster.de/pi/lehre/ws0708/info1/index.php, Abrufdatum 02.04.2008.

[PMD08] PMD: http://pmd.sourceforge.net, Abrufdatum 01.04.2008.

[Pr08] Praktomat: http//www.fim.uni-passau.de/de/fim/fakultaet/lehrstuehle/softwaresysteme/

forschung/praktomat.html, Abrufdatum 01.04.2008.

[Xl08] extreme eLearning experience: http://dbms.uni-muenster.de/xLx, Abrufdatum 02.04.2008.

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Java-Reflection API

■ Zur Laufzeit Informationen zur Struktur einer Klasse

// Klasse „laden“

Class<?> fahrrad = Class.forName("Fahrrad");

// Attribute der Klasse Fahrrad

Field fields[] = fahrrad.getDeclaredFields();

// Methoden der Klasse Fahrrad

Method methods[] = fahrrad.getDeclaredMethods();

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Sicherheitsmanager

■ Zwischen Aufrufer und Betriebssystem■ Kontrolle über problematische (gefährliche) Methoden

der Java-Bibliothek■ Rechtevergabe: Policy-Datei■ grant-Anweisungen

grant {

permission java.io.FilePermission “<Filename>“, “read“;};

■ Nachteile■ Keine Rollen■ Kein Refresh (Neustart der Applikation)

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JUnit

■ Isolierte Ausführung der Testmethoden■ Keine Seiteneffekte Neue Instanz der Klasse■ Herstellen der Testumgebung: setUp()■ Bereinigen der Testumgebung: tearDown()

Test

TestSuiteTestCase

Assert