人類思維中總存在缺陷，寫出的代碼一樣會(huì)存在缺陷，導(dǎo)致軟件系統(tǒng)出現(xiàn)不符合預(yù)期的行為。自動(dòng)化地檢測(cè)和修復(fù)缺陷是提高軟件開(kāi)發(fā)效率和軟件質(zhì)量的重要手段。本文討論了軟件缺陷的定義、分類、檢測(cè)和修復(fù)。

軟件缺陷與其分類

計(jì)算機(jī)學(xué)科中的中文詞匯很多是從英文翻譯過(guò)來(lái)的，有時(shí)不能夠準(zhǔn)確地描述或刻畫詞匯真實(shí)的含義。在軟件領(lǐng)域，你能想到的和缺陷相關(guān)的詞匯可能有：bug，defect，fault，error，failure，exception等等。說(shuō)實(shí)話，我一直也沒(méi)搞懂這些詞匯的區(qū)別。但理解這些詞匯的區(qū)別不僅僅是文字游戲，也能夠幫助我們理解針對(duì)它們的檢測(cè)和修復(fù)技術(shù)的不同。于是我google了一下，但大多文章對(duì)這些詞匯的定義都不太一致。以下是我比較認(rèn)同的這些詞匯在軟件代碼上的定義。

· Fault/Bug：軟件中出現(xiàn)不符合業(yè)務(wù)邏輯的代碼，比如+號(hào)寫成-號(hào)；

· Error：軟件運(yùn)行中出現(xiàn)不符合預(yù)期的值，比如a的值為2，被計(jì)算成3；

· Failure：軟件與人的交互中出現(xiàn)不符合預(yù)期的行為，比如程序崩潰。因此Fault可能導(dǎo)致Error，最終可能導(dǎo)致Failure，注意這里是可能，并不是一定；

· Defect：一種Defect是一類代碼自身缺陷的統(tǒng)稱（歸納），比如內(nèi)存泄漏。

Fault通常需要從Error，F(xiàn)ailure中檢測(cè)到，也就是比較程序的執(zhí)行結(jié)果與預(yù)期的規(guī)范（Specification）是否吻合。這個(gè)過(guò)程其實(shí)就是debugging（調(diào)試）和testing（測(cè)試）。Fault也可以稱為業(yè)務(wù)邏輯相關(guān)的缺陷。而Defect是代碼本身的問(wèn)題，不依賴于執(zhí)行結(jié)果和預(yù)期的規(guī)范的一種軟件問(wèn)題，因此Defect通常是通過(guò)靜態(tài)地掃描（不運(yùn)行）代碼來(lái)檢測(cè)的。

缺陷的檢測(cè)和修復(fù)現(xiàn)狀

從上文可以看到，F(xiàn)ault是通過(guò)測(cè)試來(lái)檢測(cè)的，而Defect是通過(guò)靜態(tài)分析來(lái)檢測(cè)。在企業(yè)中，F(xiàn)ault檢測(cè)的普及率和認(rèn)可度通常比Defect檢測(cè)的高，主要原因有如下幾點(diǎn)：

（1）Fault會(huì)直接影響軟件的行為，被視為比較嚴(yán)重的問(wèn)題，而很多Defect不能直接影響軟件的行為，或者在很特殊的場(chǎng)景下才影響軟件的行為，開(kāi)發(fā)人員覺(jué)得可有可無(wú)；

（2）Fault引起的軟件錯(cuò)誤容易被觀測(cè)，有直接證據(jù)證明軟件中存在錯(cuò)誤，開(kāi)發(fā)人員會(huì)傾向去修改，而Defect通常比較難觀測(cè)；

（3）測(cè)試的門檻低一些，測(cè)試人員只需要寫一些測(cè)試腳本就可以，但靜態(tài)分析需要有程序分析方面技術(shù)的積累；

（4）靜態(tài)分析固有的一些缺點(diǎn)（耗時(shí)，誤報(bào)）引起開(kāi)發(fā)人員的不滿。

自動(dòng)修復(fù)方面，這幾年在學(xué)術(shù)界比較熱門，慢慢也在企業(yè)中開(kāi)始使用，但目前應(yīng)該還處于初級(jí)階段。與檢測(cè)相反，F(xiàn)ault的自動(dòng)修復(fù)難度是比較大的，因?yàn)樯婕暗綐I(yè)務(wù)邏輯，需要人工加入一些邏輯，當(dāng)然最近也有很多學(xué)術(shù)研究使用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)自動(dòng)學(xué)習(xí)Fault的自動(dòng)修復(fù)；而很多的Defect的修復(fù)是不需要加入業(yè)務(wù)邏輯相關(guān)的代碼，所以自動(dòng)化程度反而可以達(dá)到較高水平，不過(guò)目前也沒(méi)有看到這方面的自動(dòng)化工具。

Defect的檢測(cè)和修復(fù)的問(wèn)題和展望

我們不難發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)ault的檢測(cè)已經(jīng)比較成熟；而Defect的檢測(cè)受重視程度還不夠。以前我們可能只關(guān)注軟件的正確性，所以Fault的檢測(cè)和修復(fù)比較受歡迎，但Defect也會(huì)影響軟件的質(zhì)量，同樣需要受到關(guān)注。

最近公司在提倡提升軟件工程能力，打造高可信的軟件產(chǎn)品，也是強(qiáng)調(diào)我們不僅僅要關(guān)注軟件功能的正確性，也需要關(guān)注非功能方面的質(zhì)量，寫出“優(yōu)美”的代碼。因此，Defect的自動(dòng)檢測(cè)和修復(fù)是一個(gè)比較有價(jià)值的方向，以下是一些可能做的事情：

（1）對(duì)開(kāi)發(fā)人員加強(qiáng)Defect方面的培訓(xùn)，讓開(kāi)發(fā)人員了解常見(jiàn)的Defect，在編碼時(shí)盡量地避免寫出這樣的Defect，這比后續(xù)的檢測(cè)和修復(fù)付出的代價(jià)要少很多。現(xiàn)在公司雖然有很多的編程規(guī)范定義不同的Defect，但開(kāi)發(fā)人員可能并沒(méi)有用心去學(xué)習(xí)，如何讓開(kāi)發(fā)人員意識(shí)到Defect的危害是比較關(guān)鍵的；

（2）加強(qiáng)代碼的Review的機(jī)制。這一點(diǎn)我個(gè)人深有體會(huì)：沒(méi)有Review時(shí)，寫的代碼就比較隨意，有Review時(shí)就會(huì)考慮得全面一些，畢竟要給別人看；

（3）Defect的自動(dòng)檢測(cè)。對(duì)于Fault的檢測(cè)，人比機(jī)器更擅長(zhǎng)（比如寫測(cè)試用例），但對(duì)于Defect的檢測(cè)，機(jī)器比人更擅長(zhǎng)（比如枚舉程序路徑），因此Defect的檢測(cè)是更適合自動(dòng)化的。目前公司也引入了一些Defect的自動(dòng)檢測(cè)工具，如coverity，fortify，findbugs等等，但這些工具通常只是作為黑盒來(lái)使用。這樣能夠覆蓋更多的Defect，同時(shí)也帶來(lái)一些問(wèn)題：同樣的Defect實(shí)例被不同工具重復(fù)報(bào)告出來(lái)，新增一些Defect檢測(cè)規(guī)則比較難，處理Defect例外場(chǎng)景比較難。因此，我們可能需要一個(gè)統(tǒng)一的Defect檢測(cè)工具。

（4）Defect的自動(dòng)修復(fù)。Defect的檢測(cè)除了耗時(shí)和誤報(bào)外，另一個(gè)不受歡迎的地方是開(kāi)發(fā)人員不知道怎么修復(fù)。因此，Defect的自動(dòng)修復(fù)也是提高Defect受重視程度的一個(gè)有效途徑。而且，相比Fault的自動(dòng)修復(fù)，Defect的自動(dòng)修復(fù)對(duì)于機(jī)器而言是要簡(jiǎn)單一些的，因?yàn)镈efect的類別是有限的可以枚舉的，同時(shí)Defect的性質(zhì)是比較形式化不依賴于業(yè)務(wù)邏輯的。未來(lái)希望能開(kāi)發(fā)出一個(gè)統(tǒng)一的Defect修復(fù)工具。