УДК 004.054
Роль статического анализа в обеспечении качества программного обеспечения
Матвеенко Елена Вадимовна – магистрант Балтийского государственного технического университета «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова
Аннотация: В данной статье рассматривается роль статического анализа и его использование при обеспечении качества программного обеспечения. Оценка качества программного обеспечения с использованием статического анализа является неотъемлемой частью современного процесса разработки программного обеспечения и позволяет существенно улучшить его качество. Хотя эффективное внедрение статического анализа может сопровождаться рядом сложностей, он позволяет обнаружить ошибки, уязвимости и недостатки на стадии разработки, прежде чем они могут привести к проблемам в производстве или эксплуатации.
Ключевые слова: статический анализ, качество программного обеспечения, оценка качества, разработка, исходный код.
Статический анализ кода – это процесс проверки исходного кода на возможные ошибки, уязвимости и проблемы с качеством, без его непосредственного выполнения. Этот вид анализа помогает повысить надежность и качество программного обеспечения. Использование статических анализаторов со временем снижает затраты на разработку. «Если сравнить стоимость ошибки на этапе разработки и непосредственно после, на этапе эксплуатации, то исправление в первом случае будет стоить организации намного дешевле, чем возможное устранение последствий от дефекта» [1, с. 409].
Оценка качества программных продуктов состоит из различных аспектов, таких как функциональность, надежность, производительность, удобство использования и т. д. Один из методов оценки качества — это статический анализ кода, который позволяет выявить возможные ошибки, уязвимости и недостатки в исходном коде. Исправление обнаруженных проблем, свою очередь, повышает качество программного продукта.
Таким образом, статический анализ кода является важным инструментом для оценки качества программного обеспечения, позволяющим разработчикам создавать более надежное, производительное и качественное программное обеспечение.
Как правило, для статического анализа используются специальные инструменты, позволяющие автоматизировано применять набор правил и алгоритмов для обнаружения проблем, связанных с исходным кодом. Однако работа этих инструментов не направлена на исправление ошибок, а только на предупреждение программиста о подозрительных и потенциально проблемных участках кода. Но, их использование позволяет улучшить:
- Стиль и форматирование кода. Соблюдение соглашений по формату кода помогает улучшить читаемость и согласованность кода во всем проекте. Стиль кода обычно обеспечивается интегрированными системами качества кода, «использующими широкий спектр методов статического анализа для обнаружения нарушений стиля кода, поведенческих дефектов, дубликатов и другие дефекты» [2, с.2]. Если в организации принята система качества кода без поддержки проверок стиля кода, разработчики могут выбрать специальные инструменты, специфичные для их языка программирования.
- Обнаружение ошибок. Статический анализ позволяет «выявлять ошибки исключительно на основе структуры кода» [3, с.3]. Статический анализ кода может помочь обнаружить и предотвратить различного рода ошибки. Примером таких ошибок могут быть неправильное использование переменных или ресурсов, ошибки синтаксиса и прочие. Обнаружение такого рода ошибок позволяет разработчикам их исправлять на ранних этапах и минимизировать количество дефектов.
- Производительности. Статический анализ позволяет выявить неэффективные практики и антипаттерны, такие, как избыточное использование памяти или ненужные операции. Кроме того, он позволяет обеспечить «раннее обнаружение и поддержку определения приоритетов регрессионного тестирования производительности» [4, с.2].
- Повышение безопасности. Статический анализ помогает выявить потенциально уязвимые места в коде. «Использование анализа кода в настоящее время хорошо зарекомендовали себя для выявления недостатков, которые могут превратиться в уязвимости безопасности» [5, с.23]. Такие уязвимости могут быть использованы для нападения на систему.
Хотя статический анализ кода дает обширное представление о коде, стоит также отметить, что сложность и стоимость могут быть препятствиями для его внедрения. Часто альтернативные методы, такие как тестирование или прямое выполнение программы, более практичны и обеспечивают баланс между эффективностью и сложностью.
Рассмотрим некоторые ограничения, которыми обладает статический анализ кода. Можно выделить две основные причины, по которым возможности статического анализатора ошибок не всегда используются в полной мере. Во-первых, статические анализаторы могут выявлять огромное количество предупреждений, исправление которых может потребовать значительных ресурсов. Во-вторых, известно, что такие анализаторы часто дают большое количество ложных срабатываний, что мешает разработчикам активно работать над устранением выявленных предупреждений. В результате значительная часть предупреждений остается без внимания и может отрицательно сказаться на качестве программного продукта.
Однако есть несколько общепринятых способов повысить эффективность использования инструментов автоматизации статического анализа. Одним из них является определение приоритетов и использование более действенных оповещения для высокоприоритетных проблем, а также разработка методов для снижения количества ложных срабатываний. Интеграция статических анализаторов ошибок в рабочие процессы разработки, такие как непрерывная интеграция и проверка кода, позволяет разработчикам более эффективно реагировать на выявленные статические предупреждения. Это позволяет испытывать меньше проблем с переключением контекста при исправлении предупреждений.
Для более широкого использования статических анализаторов ошибок в рабочих процессах, таких как проверка кода, необходимо правильно управлять появляющимися статическими предупреждениями. Однако такое управление не всегда просто. Один из подходов - адаптировать статический анализ так, чтобы анализировать только измененные файлы кода, при этом сохраняя приемлемую производительность. Однако для реализации этого требуются инновации в алгоритмах и значительные инженерные усилия.
Альтернативный подход заключается в отслеживании эволюции статических предупреждений кода в истории изменений. Это означает анализ различий в статических предупреждениях кода между двумя последовательными версиями программного обеспечения. Отслеживание эволюции предупреждений о статическом коде позволяет увидеть, какие предупреждения остаются без исправления, какие устраняются, и какие новые предупреждения появляются.
Такой подход позволяет лучше понять, как разработчики реагируют на статические предупреждения по мере их появления. Он помогает определить, какие предупреждения остаются неразрешенными, какие исправляются, а какие новые предупреждения добавляются. Это дает возможность более эффективно управлять статическими предупреждениями и повысить качество программного обеспечения.
В целом, статический анализ кода представляет собой неотъемлемую частью разработки программных продуктов и помогает улучшить их качество, безопасность, производительность и другие характеристики. Использование специальных инструментов статического анализа для автоматизированных проверок исходного кода и их регулярное использование на протяжении всего жизненного цикла разработки позволит достигать наилучших результатов.
Список литературы
- Применение гибридного анализа для поиска уязвимостей в исходном программном коде / А.Н. Баранов, Е.М. Баранова, Н.В. Кулешова, В.А. Пелипенко // Известия ТулГУ. Технические науки. — 2022. — №12. — С.408-412. — URL: https://cyberleninka.ru/article/n/primenenie-gibridnogo-analiza-dlya-poiska-uyazvimostey-v-ishodnom-programmnom-kode
- Mehrpour, T. D. LaToza Can static analysis tools find more defects? // Empirical Software Engineering. — 2022. — №28. — URL: https://www.researchgate.net/publication/365209244_Can_static_analysis_tools_find_more_defects
- Giebas, R. Wojszczyk Detection of Concurrency Errors in Multithreaded Applications Based on Static Source Code Analysis // IEEE Access. — 2021. — №99. — URL: https://www.researchgate.net/publication/350935174_Detection_of_Concurrency_Errors_in_Multithreaded_Applications_Based_on_Static_Source_Code_Analysis
- Quinlan, T. Panas Detection of Concurrency Errors in Multithreaded Applications Based on Static Source Code Analysis — URL: https://www.researchgate.net/publication/228660798_Source_code_and_binary_analysis_of_software_defects/citations
- Zhioua, S. Short, Y. Roudier Towards the Verification and Validation of Software Security Properties Using Static Code Analysis // International Journal of Comuter Science: Theory and Application. — 2014. — №2. — С.23-34. — URL: https://www.researchgate.net/publication/350935174_Detection_of_Concurrency_Errors_in_Multithreaded_Applications_Based_on_Static_Source_Code_Analysis.