Black-Box-Tests vs. White-Box-Tests

Unter Black-Box-Test versteht man eine Softwaretestmethode, bei der der Tester die Funktionalität einer Anwendung analysiert, ohne gründliche Kenntnisse über deren internes Design zu haben. Umgekehrt wird White-Box-Test als Softwaretestmethode definiert, bei der das Wissen des Testers über die internen Abläufe der Anwendung beim Testen genutzt wird. Eine ausführliche Erklärung und die entscheidenden Unterschiede zwischen Black-Box- und White-Box-Tests finden Sie in diesem Artikel.

Black-Box-Tests sind eine Softwaretestmethode, bei der der Tester die Funktionalität einer Anwendung analysiert, ohne gründliche Kenntnisse über deren internes Design zu haben. Umgekehrt kennt der Tester beim White-Box-Testen das interne Design der Anwendung und analysiert es während des Tests.

Der Begriff „Black Box“ symbolisiert eine schwarze äußere Hülle der Anwendung, die den Testern den Einblick in das Innenleben verwehrt und sie dazu zwingt, nur das Endbenutzererlebnis zu untersuchen. Ebenso bezeichnet der Begriff „White Box“ die Transparenz der Anwendung, die es dem Tester ermöglicht, durch die äußere Box in den inneren Code zu sehen.

Bevor wir uns mit den Hauptunterschieden zwischen diesen beiden Softwaretestmethoden befassen, werfen wir einen detaillierten Blick auf ihre Definitionen.

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Beim Black-Box-Test analysiert das Testteam die Funktionsweise einer Anwendung, ohne zuvor ein umfassendes Verständnis ihrer internen Struktur und ihres Designs zu haben. Beim Testen wird einfach der Eingabewert mit dem Ausgabewert verglichen. Aufgrund seiner Natur werden Black-Box-Tests manchmal als spezifikationsbasierte Tests, Closed-Box-Tests oder Opaque-Box-Tests bezeichnet.

Bei Black-Box-Tests geht es vor allem um die umfassende Prüfung der Anwendungsfunktionalität. Es steht in engem Zusammenhang mit Verhaltenstests; Verhaltenstester verfügen jedoch möglicherweise nur über begrenzte Kenntnisse der internen Anwendungsabläufe.

Die Black-Box-Methodik wird zum Testen der meisten modernen Softwareanwendungen verwendet. Es deckt zahlreiche Testfälle ab, sodass ein Maximum an Fehlern entdeckt werden kann. Diese Testmethode wird in allen Phasen des Softwareentwicklungszyklus verwendet.

Black-Box-Tests konzentrieren sich auf das Verständnis der Benutzererfahrung, was bedeutet, dass Tester für die Durchführung keine tiefgreifenden technischen Kenntnisse benötigen. Dies ist eine wertvolle Möglichkeit, eine umfassende Testabdeckung bereitzustellen, insbesondere im Vergleich zu White-Box-Tests, die manchmal so präzise sind, dass Tester das Gesamtbild übersehen.

Diese Form des Testens findet nach Abschluss der Entwicklung statt und beide Prozesse sind unabhängig voneinander.

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Die interne Codierung, das Design und die Struktur der Softwareanwendung werden in White-Box-Tests untersucht, um den Datenfluss von der Eingabe bis zur Ausgabe zu überprüfen. White-Box-Tests werden genutzt, um Design, Benutzerfreundlichkeit und Anwendungssicherheit zu verbessern. Zu den anderen Bezeichnungen für diese Methodik gehören Code-basiertes Testen, Glass-Box-Testen, Open-Box-Testen, Clear-Box-Testen und Transparent-Box-Testen.

Flussdiagramm für White-Box-Tests

Im Gegensatz zu Black-Box-Tests, bei denen es darum geht, ein reibungsloses Benutzererlebnis zu gewährleisten, sind White-Box-Tests intensiv. In Kombination mit anderen Techniken zur Fehlerbeseitigung ist es ein robustes Qualitätssicherungstool. Diese Methodik ist darauf ausgelegt, detaillierte Simulationen aller Szenarien durchzuführen, denen die Anwendung auf Codeebene begegnen könnte.

Die Granularität, die White-Box-Tests bieten, ist eine effektive Möglichkeit, Fehler zu beseitigen. Dieser transparente und strenge Testansatz gibt auch Einblicke in alle möglichen Ausgaben, die die Anwendung theoretisch generieren kann. White-Box-Tests werden genutzt, um versteckte interne Fehler zu erkennen und Code zu optimieren.

Qualitätssicherungsteams unterziehen in der Regel jeden Aspekt einer Anwendung Black-Box-Testverfahren. Allerdings werden White-Box-Tests im Allgemeinen nur für die kritischsten Komponenten einer Anwendung durchgeführt. Dies liegt an der ressourcenintensiven Natur von White-Box-Verfahren. Es wird für Anwendungen wie Zahlungsüberweisungen und nationale Sicherheit eingesetzt – Funktionen, die das Potenzial haben, die Lebensbedingungen direkt zu beeinflussen und die daher nicht scheitern dürfen.

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Sowohl Black-Box-Tests als auch White-Box-Tests haben ihre eigenen Vor- und Nachteile, und bestimmte Fehler können nur mit einer Mischung der beiden Methoden erkannt werden.

Lassen Sie uns die drei Hauptunterschiede zwischen den beiden Softwaretestansätzen untersuchen.

Der Prozess beginnt damit, dass das Testteam die Anforderungserklärung der Anwendung versteht. Dieser Schritt erfordert im Allgemeinen das Vorhandensein einer gut dokumentierten Softwareanforderungsspezifikation.

Testmethoden wie Äquivalenzpartitionierung und Grenzwertanalyse werden verwendet, um Sätze gültiger Eingaben und deren vorhergesagte Ausgaben zu bestimmen.

Diese Informationen werden dann zur Erstellung von Testfällen verwendet, die dann ausgeführt werden, um zu überprüfen, ob sie erfolgreich sind oder nicht.

Die tatsächlichen Ergebnisse werden mit den beabsichtigten Ergebnissen verglichen und fehlgeschlagene Testfälle werden als Fehler oder Mängel klassifiziert.

Diese Fehler werden dem Entwicklungsteam gemeldet, das dann an der Behebung arbeitet.

Sobald die Entwickler die Anwendung aktualisieren, testet das Testteam die zuvor gemeldeten Problembereiche erneut und prüft, ob sie behoben wurden.

Der erste Schritt besteht darin, das Ziel zu identifizieren: die Komponente, Funktion oder Anwendung, die getestet werden soll. Durch die Wahl eines engen Ziels können White-Box-Tester gründlich vorgehen und eine einwandfreie Funktionalität sicherstellen. Dies wird normalerweise dadurch erreicht, dass man das kleinstmögliche logische Modul auswählt, daran arbeitet und dann mit dem nächsten fortfährt.

Natürlich kann man White-Box-Tests auch auf größeren Systemen durchführen; Dies ist jedoch oft ein ressourcenintensiver Prozess und sollte nur durchgeführt werden, wenn der Bedarf größer ist als der Aufwand.

Der nächste Schritt besteht darin, ein Flussdiagramm zu erstellen, indem alle möglichen Szenarien dargestellt werden. Dies hilft dabei, den Umfang der Testübung zu bestimmen und relevante Testfälle zu schreiben. Szenarien müssen Benutzerreisen, Programmspezifikationen, Anwendungsfälle, technische Spezifikationen und Pseudocode berücksichtigen.

Sobald das Flussdiagramm vorbereitet ist, müssen alle Pfade, die die Reise nehmen könnte, zum Testen abgebildet und als Testfälle formuliert werden.

Schließlich kommt die Ausführungsphase, in der die Tests abgeschlossen werden und alle Probleme zur Behebung aufgezeichnet werden.

Äquivalenzpartitionierung:Bei dieser Black-Box-Testtechnik, die auch als Äquivalenzklassenpartitionierung (ECP) bezeichnet wird, müssen die Eingabewerte für die Anwendung oder das System anhand der Ergebnisähnlichkeit klassifiziert werden.

Dadurch können Testteams nur einen Wert aus der Klasse oder Gruppe zur Analyse des Ergebnisses verwenden, anstatt alle relevanten Eingabewerte aus der Gruppe überprüfen zu müssen. Durch diese Technik bleibt die Testabdeckung erhalten und der Umfang der erforderlichen Nacharbeit sowie der Zeitaufwand werden minimiert.

Nehmen wir zum Beispiel an, dass ein Textfeld getestet werden soll, das nur numerische Eingaben zwischen 1950 und 2000 akzeptiert. Mithilfe der Äquivalenzpartitionierung können wir drei Gruppensätze zum Testen dieses Felds erstellen: jede Zahl kleiner als 1950, jede Zahl zwischen 1950 und 2000 und jede Zahl größer als 2000.

Die gültige Klasse ist eine beliebige Zahl zwischen 1950 und 2000, während die anderen beiden Gruppen ungültige Klassen sind.

In diesem Beispiel hat das Testteam die Fälle auf nur drei reduziert, sodass alle möglichen Szenarien innerhalb weniger Augenblicke getestet werden können.

Grenzwertanalyse: Bei dieser Technik konzentriert sich der Tester auf die Analyse sowohl gültiger als auch ungültiger Werte an den Grenzen – oder den Grenzen, an denen sich das Systemverhalten ändert. Diese Technik ist beliebt, da viele Anwendungen Fehler bei der Verarbeitung von Grenzwerten aufweisen.

Um das obige Beispiel fortzusetzen, nehmen wir an, dass ein Feld getestet wird, das Werte zwischen 1950 und 2000 akzeptiert. Mithilfe der Grenzwertanalyse gibt der Tester während des Tests die folgenden Werte ein: 1949 (1950-1), 1950, 1951 (1950+1), 1999 (2000-1), 2000 und 2001 (2000+1).

Testen der Entscheidungstabelle:Mit dieser Methode erkennt der Tester zwei Ausgänge für zwei Bedingungen, die durch eine logische Verbindung definiert sind, wie zum Beispiel:

Wenn

{

(Bedingung = Wahr)

dann Ausgabe1 ;

}

sonst Ausgabe2; /*(Bedingung = Falsch)*/

Basierend auf dem obigen Beispiel erstellt der Tester eine Entscheidungstabelle mit allen wahrscheinlichen Ergebnissen.

Zustandsübergangstests: Bei dieser Technik analysiert der Tester die verschiedenen Zustände der Anwendung, die sich je nach Ereignissen oder Bedingungen ändern, denen die Anwendung ausgesetzt ist. Jedes Ereignis löst einen Zustand aus, der dann als zu testendes Szenario behandelt wird.

Diese Technik ist für einfache Szenarien praktisch, während komplexere Szenarien komplizierte Übergangsdiagramme erzeugen und die Technik weniger effektiv machen.

Erfahrungsbasiertes Testen: Ein Schlüsselbeispiel für diese Technik ist das Erraten der Fehler, die in der Anwendung auftreten könnten. Hier nutzt das Testteam seine Erfahrung rund um das Verhalten und die Funktionalitäten der Anwendung, um fehleranfällige Bereiche zu finden.

Beispiele für erfahrungsbasiertes Raten sind die Suche nach häufigen Fehlern, wie z. B. das Teilen durch Null, der Umgang mit Nullwerten in Textfeldern und das Akzeptieren leerer Eingaben, wenn diese nicht zulässig sind.

Diagrammbasiertes Testen: Alle Anwendungen werden mithilfe von Objekten erstellt. Diese Methode identifiziert die Objekte und es wird ein „Objektdiagramm“ erstellt. Dieses Diagramm wird verwendet, um alle Objektbeziehungen zu identifizieren, Testfälle zu schreiben und Tests zur Fehlererkennung durchzuführen.

Vergleichstest:Schließlich werden bei dieser Technik während des Testprozesses unabhängige Versionen einer Anwendung miteinander verglichen.

Aussageabdeckung: Bei diesem White-Box-Testansatz werden alle Anweisungen mindestens einmal auf Quellcodeebene ausgeführt. Die Anzahl der ausgeführten Anweisungen wird aufgezeichnet.

Mit dieser Technik kann das Testteam den Quellcode analysieren und Erwartungen darüber festlegen, was er leisten kann und was nicht. Es eignet sich auch zuverlässig zur Überprüfung der Codequalität und zur Verifizierung des Pfadflusses. Allerdings kann man damit keine falschen Bedingungen testen.

Diese Methode testet die interne Codierung und Infrastruktur der Software. Es kann von Programmierern durchgeführt werden und ist für Drupal-Spezialisten geeignet.

Entscheidungsabdeckung:Bei dieser Technik wird eine Entscheidungsabdeckung für boolesche Werte bereitgestellt und die wahren und falschen Ergebnisse boolescher Ausdrücke werden gemeldet.

Kontrollflussanweisungen, die die Möglichkeit von zwei oder mehr Ergebnissen erzeugen, wie etwa „do while“, „if“ und „case“, werden in dieser Technik als „Entscheidungspunkte“ betrachtet, da sie zu zwei Ergebnissen führen können: entweder wahr oder FALSCH.

Diese Technik deckt alle möglichen Ergebnisse jeder booleschen Bedingung im Code durch Kontrollflussdiagramme und Diagramme ab. Aufgrund komplizierter Ausdrücke kann es jedoch manchmal schwierig sein, eine vollständige Abdeckung zu erreichen.

Filialabdeckung: Diese Technik deckt alle Zweige des Kontrollflussdiagramms ab. Die möglichen wahren und falschen Ergebnisse jeder Entscheidungspunktbedingung werden mindestens einmal behandelt. Diese Methode garantiert, dass die verschiedenen Zweige jedes Entscheidungspunkts erfolgreich ausgeführt werden.

Zur Berechnung der Zweigabdeckung stehen zahlreiche Methoden zur Verfügung, die gebräuchlichste davon ist die Pfadfindung. Diese Methode verwendet die Anzahl der ausgeführten Verzweigungspfade, um die Verzweigungsabdeckung zu berechnen. Entwickler können die Entscheidungsabdeckung durch die Zweigstellenabdeckung ersetzen.

Zustandsabdeckung: Bei dieser Technik analysiert das Testteam alle bedingten Ausdrücke in einer Anwendung auf jedes mögliche Ergebnis. Alle Bedingungen werden unabhängig voneinander getestet und alle möglichen Ergebnisse jeder Bedingung werden mindestens einmal getestet. Prädikatabdeckung ist ein anderer Name für diese Technik.

Abdeckung mehrerer Bedingungen: Bei dieser Technik werden alle möglichen Permutationen der Bedingungsergebnisse in jeder Entscheidung sowie alle Einstiegspunkte mindestens einmal getestet. Eine vollständige Abdeckung mehrerer Bedingungen erfordert im Allgemeinen eine große Anzahl von Testfällen.

Wegabdeckung: Alle Programmpfade werden in dieser umfassenden Technik getestet. Es wird genutzt, um sicherzustellen, dass jeder Anwendungspfad mindestens einmal verwendet wird. Diese Technik eignet sich im Allgemeinen zum Testen komplexer Programme.

Kontrollflusstests: Diese Technik bestimmt die Reihenfolge, in der die Anweisungen oder Anweisungen einer Anwendung über eine Kontrollstruktur ausgeführt werden. Mithilfe der Kontrollstruktur werden die Testfälle der analysierten Anwendung entwickelt. Kontrollflusstests werden im Allgemeinen während Unit-Tests verwendet.

Mithilfe dieser Technik wählen Tester einen bestimmten Teil der Anwendung aus, um den Testpfad festzulegen. Das Kontrollflussdiagramm wird aus der Kante, dem Knoten, dem Verbindungsknoten und dem Entscheidungsknoten erstellt, um alle möglichen Ausführungspfade zu skizzieren.

Datenflusstest: Schließlich verwenden White-Box-Tester diese Technik, um den Kontrollfluss von Programmen zu analysieren und die Variablensequenz basierend auf der Ereignissequenz zu untersuchen. Beim Testen liegt der Fokus auf zwei Punkten: Wo den Variablen Werte zugewiesen werden und wo diese Werte verwendet werden.

Bei dieser Technik wird das Kontrollflussdiagramm verwendet, um logische Inkonsistenzen zu erkennen, die den Datenfluss stören. Zu den Gründen für die Anomalieerkennung zählen die Verwendung von Variablen ohne Initialisierung und die Nichtverwendung initialisierter Variablen.

Die Basis des Black-Box-Tests basiert auf externen Annahmen. Der Tester berücksichtigt nicht das zugrunde liegende Verhalten der Anwendung.

Diese Testmethodik eignet sich für Testaktivitäten auf höherer Ebene, einschließlich Abnahme- und Systemtests.

Das Testteam muss weder über umfassende Programmierkenntnisse verfügen, um diese Testmethodik auszuführen, noch benötigt es Fachwissen in der Implementierung.

Black-Box-Tests lassen sich nicht einfach automatisieren, da die Test- und Programmierfunktionen eng zusammenarbeiten.

Grundlage für Testfälle ist das Softwareanforderungsspezifikationsdokument. Das Testen beginnt im Allgemeinen nach der Erstellung des Anforderungsspezifikationspapiers und bezieht Entwickler, Tester und Endbenutzer ein.

Die Methodik ist von Natur aus umfassend und konzentriert sich auf Versuch und Irrtum sowie einen Mangel an Granularität. Der Vorteil ist, dass es weniger ressourcenintensiv ist.

Beim Black-Box-Testen wird nicht auf den Quellcode zugegriffen, was diese Methode zum Testen von Algorithmen ineffektiv macht. Es hilft jedoch, lange Codeabschnitte zu testen.

Testkenntnisse sind nicht zwingend erforderlich – Tester mit geringerem Qualifikationsniveau können das Black-Box-Testen von Anwendungen auch ohne Kenntnisse des Betriebssystems oder der Programmiersprache durchführen.

Ein tiefgreifendes Verständnis der internen Funktionsweise des Systems bildet den Grundstein für White-Box-Tests. Dadurch kann der Tester die Funktionsweise und das Design des Codes bewerten.

Diese Testmethodik eignet sich für Testaktivitäten auf niedrigerer Ebene, einschließlich Integrations- und Unit-Tests.

Für White-Box-Tests sind fundierte Programmierkenntnisse erforderlich. Der Tester muss sich auch mit der Implementierung auskennen.

White-Box-Tests lassen sich einfach automatisieren.

Grundlage für Testfälle ist das detaillierte Designdokument. Sobald das Dokument vorbereitet ist, sind an den Tests Programmierer, Entwickler und spezialisierte Tester beteiligt.

Diese Testmethode ist hinsichtlich der Granularität überlegen; Allerdings geht dies mit einer höheren Ressourcenintensität einher.

Entwickler können diesen umfassenden Teststil verwenden, um interne Grenzen und Datendomänen zu analysieren. Es eignet sich auch gut zum Testen von Algorithmen.

Das QA-Team greift während des White-Box-Tests auf den Code zu und kann dadurch fehlerhafte oder unnötige Codezeilen entfernen, die in Zukunft möglicherweise zu Problemen führen könnten. Der Nachteil der Code-Zugänglichkeit sind jedoch die mit dem Outsourcing verbundenen Risiken – es besteht die Möglichkeit, Code während des Testens zu stehlen.

Schließlich erfordern White-Box-Tests ein hohes Maß an Erfahrung und Fachwissen.

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Die Hauptunterschiede zwischen Black-Box-Tests und White-Box-Tests wurden in diesem Artikel untersucht. Obwohl beide Testmethoden ihre Vor- und Nachteile haben, eignen sie sich jeweils am besten für bestimmte Testszenarien. Sie können Fehler erkennen und die Systemqualität verbessern, unabhängig davon, ob sie unabhängig oder zusammenhängend eingesetzt werden.

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Technischer Schreiber