4. Caja blanca y caja gris

Temas del programa: 3.2.2

Caja blanca: ¿qué problema resuelve?

Veinte casos de caja negra bien diseñados pueden dejar una rama completa del código sin ejecutar. Lo que no se ejecuta, no se prueba.

En la Unidad I mediste cobertura de instrucciones y de decisiones. Aquí la usas al revés: diseñas casos para alcanzar una cobertura elegida.

En pseudocódigo. En la Unidad IV medirás la cobertura con herramientas.

Familia de técnicas de caja blanca

Técnica	Pregunta	¿Ejecuta?
Instrucciones, decisiones, condiciones	¿Qué elementos del código ejecuté?	Sí
Rutas y rutas base	¿Qué recorridos de entrada a salida?	Sí
Prueba de ciclos	¿0, 1, varias y el máximo de vueltas?	Sí
Flujo de datos	¿Cada valor llegó a donde se usa?	Sí
Análisis estático	¿Qué defectos se ven sin ejecutar?	No

"Camino básico" en algunos textos: el original es basis path, camino base.

El grafo de flujo de control

Concepto	Qué es
Nodo	Instrucción o bloque básico: instrucciones que siempre se ejecutan juntas
Arista	Posible salto de un nodo a otro
Nodo de decisión	Nodo con dos salidas: V y F (SI, condición de MIENTRAS)
Nodo de unión	Donde dos ramas se vuelven a juntar
Entrada y salida	Donde empieza y donde termina la ejecución

Patrones de traducción

La arista F de un SI sin SINO va directo a la unión: es la que más se olvida.

Ejemplo — validarDias

1  SI dias < 1 ENTONCES
2      RETORNAR "RECHAZADO"
3  FIN SI
4  SI dias > 14 ENTONCES
5      RETORNAR "RECHAZADO"
6  FIN SI
7  RETORNAR "ACEPTADO"

     [1] dias < 1 ?
     /V          \F
  [2] RECHAZADO   [4] dias > 14 ?
                  /V          \F
           [5] RECHAZADO    [7] ACEPTADO

Rutas: 1(V)→2 · 1(F)→4(V)→5 · 1(F)→4(F)→7

¿Por qué no probar todas las rutas?

Decisiones en secuencia

Las rutas se multiplican: 2 decisiones → 4 rutas, 10 decisiones → 1 024.

Ciclos

Cada número de vueltas es una ruta distinta: pueden ser ilimitadas.

Se necesita un conjunto pequeño que recorra toda la lógica: la base de rutas independientes.

Rutas linealmente independientes

Una ruta es independiente si recorre al menos una arista nueva. V-V no aporta aristas nuevas.

Complejidad ciclomática V(G)

V(G) = número de rutas linealmente independientes del grafo (McCabe, REF-U3-15).

• Número de casos que exige la prueba de rutas base.
• Máximo de casos para cubrir instrucciones y decisiones.
• Indicador de complejidad: a mayor V(G), más difícil de probar y mantener.

McCabe sugirió revisar módulos con V(G) mayor que 10 (pendiente de verificación del valor en la fuente).

Tres formas de calcularla

Fórmula	Cuenta	calcularPrecioEnvio
E − N + 2	Aristas y nodos	6 − 5 + 2 = 3
P + 1	Decisiones	2 + 1 = 3
Regiones	Áreas cerradas + exterior	2 + 1 = 3

Las tres deben coincidir. Con varios RETORNAR, agrega un nodo “Fin” al que lleguen todas las salidas: validarDias → 7 − 6 + 2 = 3.

Condiciones compuestas

1  SI dias < 1 O dias > 14 ENTONCES
2      RETORNAR "RECHAZADO"
3  FIN SI
4  RETORNAR "ACEPTADO"

Un solo SI, pero dos condiciones simples: V(G) = 3. Antes de dibujar, descompón la condición compuesta: cada condición simple es un nodo de decisión.

Prueba de rutas base

1. Dibuja el grafo. 2. Calcula V(G) por dos métodos. 3. Construye la base: cada ruta nueva cambia una decisión. 4. Elige datos que fuercen cada ruta. 5. Resultado esperado desde la especificación.

Ruta	peso, expres	Esperado
B1 (F-F)	2, FALSO	50
B2 (V-F)	6, FALSO	80
B3 (F-V)	2, VERDADERO	100

Especificación: base 50 MXN, más de 5 kg suma 30 y exprés duplica el costo.

Cobertura de instrucciones

1  SI edad >= 18 ENTONCES
2      RETORNAR "ADULTO"
3  SINO SI edad >= 21 ENTONCES
4      RETORNAR "ADULTO MAYOR DE 21"
5  FIN SI
6  RETORNAR "MENOR"

Exige: ejecutar cada instrucción al menos una vez.

Sirve para: encontrar código no alcanzado y código muerto.

Ninguna edad ejecuta la línea 4: toda edad ≥ 21 ya salió por la línea 2. El código muerto revela el defecto: condiciones en orden equivocado.

Instrucciones no basta

// Socios: 10 % de descuento
1  descuento ← 10     // debía ser 0
2  SI esSocio ENTONCES
3      descuento ← total * 0.10
4  FIN SI
5  RETORNAR total - descuento

(200, VERDADERO) ejecuta todas las instrucciones: obtiene 180, correcto.

El defecto solo aparece si la decisión es falsa: (200, FALSO) espera 200 y obtiene 190.

Cobertura de decisiones (ramas)

Exige: que cada decisión tome V y F. En el grafo, recorrer cada arista de decisión. Prueba la arista F “invisible” del SI sin SINO.

1  SEGÚN tipo HACER
2    "ESTUDIANTE": RETORNAR 5
3    "DOCENTE":    RETORNAR 3
4    OTRO:         RETORNAR 5
5  FIN SEGÚN

Un SEGÚN con k salidas exige k casos. Forzar OTRO con "Docente" revela que un tipo desconocido paga como ESTUDIANTE.

Cobertura de condiciones

SI activo O claveCorrecta — defecto: debía ser Y.

Caso	activo	clave	Esperado (Y)	Obtenido (O)
C1	V	V	ACCESO	ACCESO
C2	V	F	DENEGADO	ACCESO
C3	F	V	DENEGADO	ACCESO
C4	F	F	DENEGADO	DENEGADO

Cobertura de condiciones: cada condición simple toma V y F al menos una vez.

Cuatro criterios sobre la misma decisión

Criterio	Un conjunto mínimo	¿Detecta?
Decisiones	C1, C4	No
Condiciones	C2, C3	Sí
Decisión/condición	C1, C4	No
Condición múltiple (2ⁿ)	C1–C4	Sí

Condiciones no incluye decisiones: con C2 y C3 la rama ACCESO nunca se ejecuta. C1 y C4 también cumplen condiciones y no detectan: importa qué conjunto eliges.

Cobertura de todas las rutas

D1: costo ← costo + 80 · D2: costo ← 50 * 2 (línea 6 de calcularPrecioEnvio)

Ruta	Datos	Esperado	Con D1	Con D2
F-F	(2, FALSO)	50	50	50
V-F	(6, FALSO)	80	80	80
F-V	(2, VERDADERO)	100	130	100
V-V	(6, VERDADERO)	160	160	100

¿Qué conjunto detecta cada defecto?

Criterio	Conjunto	D1	D2
Instrucciones	(6, V)	No	Sí
Decisiones	(6, V), (2, F)	No	Sí
Rutas base B1–B3	(2, F), (6, F), (2, V)	Sí	No
Todas las rutas	Las cuatro	Sí	Sí

Ninguna base de tres rutas detecta ambos. Todas las rutas sí, pero con ciclos pueden ser ilimitadas: los demás criterios son aproximaciones.

Resumen de criterios

Criterio	Exige	Casos (calcularPrecioEnvio)	Incluye a
Instrucciones	Cada instrucción	1	—
Decisiones	Cada arista de decisión	2	Instrucciones
Rutas base	V(G) rutas independientes	3	Decisiones
Todas las rutas	Cada ruta completa	4	Rutas base

"Incluye a": cumplir la fila implica cumplir lo indicado. Ningún criterio garantiza encontrar todos los defectos.

Prueba de ciclos: ciclo simple

Probar 0, 1, 2 y un número típico de vueltas. Si el ciclo se detiene una vuelta antes, el último préstamo nunca se revisa: el caso de una vuelta lo revela.

Ciclo con máximo

Carrito: máximo 10 artículos. Si llegan más, se agregan 10 y se responde “LÍMITE ALCANZADO”.

Defecto longitud(carrito) <= 10: con 10 artículos todo funciona. Solo el caso de 11 lo revela.

Artículos	Esperado
0, 1, 2	OK
5 (típico)	OK
9 (máx. − 1)	OK, 9
10 (máx.)	OK, 10
11 (máx. + 1)	LÍMITE, 10

Ciclos anidados y concatenados

Anidados

Combinar 7 valores por ciclo da 49 casos. Empieza por el ciclo interno con los externos al mínimo. Después avanza hacia afuera con los internos en un valor típico: unos 14 casos.

Concatenados

Si son independientes, cada uno se prueba como ciclo simple. Si el segundo usa un valor del primero, se tratan como anidados.

Flujo de datos: conceptos

Los criterios anteriores miran por dónde pasa la ejecución. El flujo de datos mira si cada valor llega a donde se usa (REF-U3-02).

Concepto	Ejemplo
Definición (def)	costo ← 50
Uso computacional (c-use)	RETORNAR costo
Uso en predicado (p-use)	SI peso > 5
Par definición-uso (du)	Def y uso con una ruta entre ellos sin otra definición en medio

costo ← costo + 30 es a la vez uso y nueva definición.

Pares du de costo

Par	Ruta	Datos
def 1 → uso 3	Decisión 1 en V	(6, FALSO)
def 1 → uso 6	F-V	(2, VERDADERO)
def 1 → uso 8	F-F	(2, FALSO)
def 3 → uso 6	V-V	(6, VERDADERO)
def 3 → uso 8	V-F	(6, FALSO)
def 6 → uso 8	Decisión 2 en V	(2, VERDADERO)

D2 (costo ← 50 * 2) rompe el par def 3 → uso 6, que ninguna ruta de B1–B3 recorre.

Criterios de flujo de datos

Criterio	Exige	Casos	¿Detecta D2?
Todas las definiciones (all-defs)	Cada definición llega a un uso	2	Sí
Todos los usos (all-uses)	Cada definición llega a todos sus usos	4	Sí

En esta función pequeña, todos los usos coincide con todas las rutas. En código más grande exige bastante menos: solo sigue las rutas por las que viajan los valores.

Anomalías de flujo de datos

// Suma de adeudos + recargo de 15
1  recargo ← 10
2  i ← 1
3  MIENTRAS i <= longitud(adeudos)
4      total ← total + adeudos[i]
5      i ← i + 1
6  FIN MIENTRAS
7  recargo ← 15
8  RETORNAR total

Anomalía	Dónde
Uso sin definición (ur)	total, línea 4
Doble definición (dd)	recargo, líneas 1 y 7
Definición sin uso (du)	recargo, línea 7

Se detectan leyendo el código, sin ejecutarlo.

Análisis estático de código

Examina el código sin ejecutarlo: en una revisión o inspección (Unidad I, 1.1.4) o con analizadores estáticos (linters).

Prueba dinámica

Ejecuta, observa una falla y después busca el defecto que la causó.

Análisis estático

Señala el defecto directamente, antes de que haya una falla.

Se agrupa con la caja blanca porque necesita el código, pero se clasifica como prueba estática: no diseña casos (REF-U3-04, REF-U3-19).

Qué detecta el análisis estático

Hallazgo	Ejemplo
Código inalcanzable	Línea 4 de clasificarEdad
Variable sin valor o sin uso	total y recargo en sumarAdeudos
Condición siempre verdadera	SI dias >= 1 O dias <= 14
División entre posible cero	suma / longitud(multas) con lista vacía
Complejidad excesiva	Módulo con V(G) muy alto

No compara contra la especificación: D1 (costo + 80) es código válido y ningún analizador lo detecta.

Límites de la caja blanca

No ve lo que falta

Si nadie programó un requisito, no hay ruta que lo ejecute.

Oráculo

El esperado sale de la especificación. Si sale del código, el defecto se copia.

Cobertura ≠ corrección

Algunos defectos solo aparecen con ciertos datos de la misma ruta.

Necesita el código

Se usa sobre todo en el nivel unitario.

Caja gris: entre los dos enfoques

Casos diseñados con conocimiento parcial del diseño interno, ejecutados por la interfaz externa. A veces el resultado se verifica en el estado interno.

Conocimiento interno	Casos que sugiere
Modelo de datos: titulo de 100 caracteres	Límites 100 y 101
Interfaz: el tipo de usuario viaja como texto	DOCENTE, Docente, docente
Estado: contador librosPrestados	Secuencia de préstamos y revisión del contador

Complemento de 3.2.1–3.2.2. No es un tema propio del programa. Se usa más en integración y sistema.

Caja gris: ejemplos (SPB)

Los datos de diseño son supuestos académicos.

Caso	Qué hace	Esperado	Busca
CG-02	Título de 101 caracteres	Mensaje claro de máximo excedido	Recorte silencioso
CG-04	Devolución de Docente, 4 días	12 MXN (RN-04)	20 MXN por la interfaz
CG-06	3.er préstamo de ESTUDIANTE, revisar librosPrestados e intentar el 4.º	3, y el 4.º rechazado (RN-02)	Contador sin incrementar

Si la especificación calla (CG-02), se registra la pregunta. El comportamiento actual no es el esperado por definición.

Negra, gris y blanca

Aspecto	Caja negra	Caja gris	Caja blanca
Conocimiento interno	Ninguno	Parcial: diseño, datos, interfaces	Completo: código
Base del diseño	Especificación	Especificación y diseño	Código
Ejecución	Interfaz externa	Interfaz externa y estado interno	Llamada directa al código
Nivel típico	Sistema, aceptación	Integración, sistema	Unitario

En los tres, el resultado esperado sale de la especificación. En las Unidades IV y V aplicarás la caja gris a bases de datos y APIs.

Relación con el Laboratorio 02

El grafo, las rutas y la complejidad ciclomática se practican en el Laboratorio 2 — Caja blanca: grafo, rutas y complejidad ciclomática: primero con calcularMulta del SPB y después con el pseudocódigo de una regla de tu proyecto base.

Qué sigue

Continúa con 5. Pruebas exploratorias y basadas en riesgos.