تغطية التعليمات

لماذا يهم

لا يستطيع العيب أن يسبب إخفاقاً (Failure) إلا حين تُنفَّذ الشيفرة التي تحتويه. وتشير تغطية التعليمات إلى الشيفرة التي لم يشغّلها أي اختبار قط، وأيّ عيب فيها لا يمكن أن يظهر في تلك الاختبارات. وهي أيضاً أبسط مقاييس التغطية شرحاً.

لكن ضعفها مهم بالقدر نفسه. فيمكن بلوغ ⁦100%⁩ منها باختبارات قليلة جداً تترك نتائج القرارات وحالات الحلقات وقيم البيانات دون اختبار؛ وتغطية الفروع (Branch Coverage)، موضوع الدرس التالي، معيار أقوى منها. والمختبِر الذي يعرف بدقة ما يثبته هذا الرقم يستطيع أن يستخدمه لإيجاد الثغرات، دون أن يعدّه دليلاً على أن الشيفرة مختبرة جيداً.

ما الذي تقيسه تغطية التعليمات

وفق منهج ISTQB للمستوى التأسيسي (الإصدار ⁦4.0⁩)، تُقاس تغطية التعليمات بعدد التعليمات القابلة للتنفيذ (Executable statements) التي نفّذتها الاختبارات مقسوماً على العدد الكلي للتعليمات القابلة للتنفيذ، معبّراً عنه بنسبة مئوية: statement coverage = statements executed / executable statements × 100%.

التعليمة القابلة للتنفيذ هي تعليمة تؤدي عملاً عند تشغيل البرنامج. وتُحتسب كل تعليمة مرة واحدة، مهما كان عدد الاختبارات التي شغّلتها ومهما كرّرتها حلقة. وعند ⁦100%⁩ تكون كل تعليمة قابلة للتنفيذ قد نُفّذت مرة واحدة على الأقل، فالتعليمة التي تحوي عيباً قد نُفّذت أيضاً، وهذا قد يسبب إخفاقاً يكشف العيب. وكلمة «قد» هي المفتاح هنا، كما يبيّن المثال التطبيقي.

• تُحتسب: عمليات الإسناد والتصريحات التي تحمل قيمة (let fee = 5;)، واستدعاءات الدوال، وجمل return وthrow، وكل جملة if أو switch أو حلقة بحد ذاتها، لأن تقييم شرطها عمل يُنفَّذ.
• لا تُحتسب عند العدّ اليدوي: التعليقات، والأسطر الفارغة، والأسطر التي لا تحوي إلا قوساً معقوصاً، وترويسة الدالة (Signature)، والشيفرة الخاصة بالأنواع فقط مثل interface في TypeScript.
• تُعدّ التعليمة مغطاة إذا نفّذها اختبار واحد على الأقل، سواء نجح ذلك الاختبار أم لا، وسواء تحقق من شيء أم لا.
• تختلف الأدوات في التفاصيل: فأداة coverage.py تسجّل الأسطر المنفَّذة، وسطر def في Python يُنفَّذ عند استيراد الوحدة البرمجية (Module)، فيُعدّ مغطى حتى لو لم يستدعِ أي اختبار تلك الدالة. لذا لا تقارن النسب إلا إذا جاءت من الأداة نفسها والإعدادات نفسها والملفات نفسها.

مثال تطبيقي: دالة رسوم المواقف

المتطلب: «الوقوف مجاني خلال أول ⁦30⁩ دقيقة. وبعد ذلك تُحتسب ⁦5.00⁩ ريالات عن كل ساعة أو جزء من ساعة. ويدفع الأعضاء النصف». كتب المطوّر الدالة أدناه واختباري وحدة، T1 وT2؛ والدالة Math.ceil في السطر ⁦4⁩ تقرّب إلى الأعلى، وبها يتحقق شرط «كل ساعة أو جزء من ساعة». وتعليماتها القابلة للتنفيذ هي الأسطر ⁦2⁩ و⁦3⁩ و⁦4⁩ و⁦6⁩ و⁦7⁩ و⁦9⁩؛ أما ترويسة الدالة وأسطر أقواس الإغلاق فليست تعليمات.

 1  function parkingFee(minutes, member) {
 2    الجزء 1:1let fee = 5;
 3    الجزء 2:2if (minutes > 30) {
 4      الجزء 3:3fee = Math.ceil((minutes - 30) / 60) * 5;
 5    }
 6    الجزء 4:4if (member) {
 7      الجزء 5:5fee = fee / 2;
 8    }
 9    الجزء 6:6return fee;
10  }

Executable statements: lines 2, 3, 4, 6, 7, 9 (6 in total)

Unit test                  Expected  Actual  Result  Lines run      Statement coverage
T1  parkingFee(90, false)  5         5       passed  2 3 4 6 9      5/6   83%
T2  parkingFee(200, true)  7.5       7.5     passed  2 3 4 6 7 9    6/6  100%
T1 + T2                                              2 3 4 6 7 9    6/6  100%

• الاختبار T1 parkingFee(90, false) يشغّل الأسطر ⁦2⁩ و⁦3⁩ و⁦4⁩ و⁦6⁩ و⁦9⁩ ويُعيد ⁦5⁩ كما هو متوقع. ولا يُنفَّذ السطر ⁦7⁩ لأن قيمة member هي false: ⁦5 / 6 = 83%⁩.
• الاختبار T2 parkingFee(200, true) يشغّل التعليمات الست كلها: ⁦170⁩ دقيقة بعد الفترة المجانية تعني ساعتين وجزءاً من ساعة ثالثة، فتُحتسب ⁦3⁩ ساعات، أي ⁦15.00⁩ ريالاً، ونصفها ⁦7.50⁩. ومعاً يبلغ T1 وT2 ⁦6 / 6 = 100%⁩، وT2 وحده يبلغها أيضاً.
• اختبار من الجملة الأولى في المتطلب، T3 parkingFee(20, false)، يتوقع ⁦0⁩ ويحصل على ⁦5⁩: فالسطر ⁦2⁩ يبدأ الرسوم من ⁦5⁩ بدلاً من ⁦0⁩، فتُحتسب رسوم على الفترة المجانية.
• نُفّذ السطر ⁦2⁩ في T1 وT2 كليهما، ومع ذلك لم يفشل أي منهما: فالسطر ⁦4⁩ استبدل القيمة الخاطئة في كل مرة. ولا يظهر العيب إلا حين تكون نتيجة minutes > 30 هي false، وهي نتيجة لا تعليمة خاصة بها، فلم تطلبها تغطية التعليمات قط. أما تغطية الفروع في الدرس التالي فتطلبها.

 1  function parkingFee(minutes, member) {
 2    let fee = 5;
 3    if (minutes > 30) {
 4      fee = Math.ceil((minutes - 30) / 60) * 5;
 5    }
 6    if (member) {
 7      fee = fee / 2;
 8    }
 9    return fee;
10  }

Executable statements: lines 2, 3, 4, 6, 7, 9 (6 in total)

Unit test                  Expected  Actual  Result  Lines run      Statement coverage
T1  parkingFee(90, false)  5         5       passed  2 3 4 6 9      5/6   83%
T2  parkingFee(200, true)  7.5       7.5     passed  2 3 4 6 7 9    6/6  100%
T1 + T2                                              2 3 4 6 7 9    6/6  100%

ما لا تثبته تغطية التعليمات بنسبة ⁦100%⁩

يذكر منهج ISTQB حدّين: تنفيذ التعليمة لا يكشف كل عيب فيها، كالعيب الذي يعتمد على البيانات، وتغطية التعليمات بنسبة ⁦100%⁩ لا تضمن اختبار منطق القرارات كله. ويظهر هذان الحدّان في أشكال متكررة:

• النتائج الغائبة: جملة if بلا else لها نتيجة false لا تعليمة خاصة بها. وهناك يقع عيب المواقف.
• العيوب المرتبطة بالبيانات: التعليمة average = total / count تُنفَّذ دون إخفاق حين تكون قيمة count هي ⁦3⁩، وتسبّب إخفاقاً أو تُعيد قيمة بلا معنى حين تكون ⁦0⁩. والتعليمة مغطاة في الحالتين.
• الحلقات: مرور واحد في جسم حلقة بسيطة يغطي كل تعليماته. أما عدم الدخول إلى الحلقة أصلاً (قائمة فارغة) أو تكرارها مرات كثيرة فلا يتطلبهما المعيار أبداً.
• الشروط المركّبة: if (gold || total >= 200) تعليمة واحدة، يغطيها اختبار تكون فيه قيمة gold هي true، وفي معظم اللغات لا يُقيَّم الشرط الثاني عندئذ أصلاً. ويعود درس تغطية الشروط إلى هذه المسألة.

كيف تستخدم تغطية التعليمات استخداماً جيداً

تغطية التعليمات أنفع ما تكون حدّاً أدنى: فالتعليمة التي لا يشغّلها أي اختبار نقطة عمياء مؤكدة. وأقل ما تنفع حين تصبح هدفاً، لأن أرخص طريقة لرفعها اختبار يشغّل الشيفرة ولا يتحقق إلا من القليل.

• ابدأ باختبارات مبنية على المتطلبات ومصمَّمة بتقسيم التكافؤ (Equivalence Partitioning) وتحليل القيم الحدّية (Boundary Value Analysis)، ثم قِس التغطية، وبعدها فقط أضف اختبارات للتعليمات التي لم تُنفَّذ. فتقسيم دقائق الوقوف إلى «حتى ⁦30⁩» و«أكثر من ⁦30⁩» يُنتج الاختبار T3، الذي لم يطلبه أي تقرير تغطية.
• حين لا يمكن الوصول إلى تعليمة في بيئة الاختبار، تستطيع الفرق استبعادها صراحةً، كما في التعليق # pragma: no cover في coverage.py أو /* istanbul ignore next */ في Istanbul. وراجع كل استبعاد، لأن الشيفرة المستبعدة لا تُقاس بعد ذلك إطلاقاً.

جرّبها: مولّد أقسام التكافؤ جرّبها: مولّد القيم الحدّية

أسئلة شائعة

المراجع

• ISTQB Certified Tester Foundation Level (CTFL) v4.0ISTQB · 2023المنهج التأسيسي لاختبار البرمجيات: مستويات الاختبار وأنواعه وتقنيات تصميم الاختبارات وإدارة الاختبار والأدوات.
• ISTQB GlossaryISTQBالتعريفات القياسية لمصطلحات الاختبار — حالة الاختبار واختبار الانحدار والخطورة والأولوية وتحليل القيم الحدّية وغيرها.
• NIST SP 500-235: Structured Testing: A Testing Methodology Using the Cyclomatic Complexity MetricNIST · 1996الاختبار المهيكل (اختبار المسارات الأساسية): استخدام مقياس التعقيد الدوري لـ McCabe لاشتقاق مجموعة أساسية من المسارات المستقلة لاختبارها — وهو أشمل من تغطية التعليمات والفروع.