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Requirements Document

Introduction

本规范定义了为 FastQTools 项目引入高级 C++ 开发工具的需求，包括内存检查、线程分析、静态分析、代码覆盖率、模糊测试等工具，以提升项目的代码质量和可靠性。

Glossary

  • Sanitizer: 编译器内置的运行时检测工具，用于发现内存错误、数据竞争等问题
  • ASan: AddressSanitizer，内存错误检测器
  • TSan: ThreadSanitizer，线程数据竞争检测器
  • UBSan: UndefinedBehaviorSanitizer，未定义行为检测器
  • MSan: MemorySanitizer，未初始化内存读取检测器
  • Valgrind: 动态分析工具套件，包含内存检查、缓存分析等
  • Cppcheck: 开源 C++ 静态分析工具
  • Include-What-You-Use (IWYU): 头文件依赖分析工具
  • Gcov/Lcov: 代码覆盖率分析工具
  • Fuzzing: 模糊测试，通过随机输入发现程序漏洞
  • Build_System: CMake 构建系统

Requirements

Requirement 1: Sanitizer 集成

User Story: 作为开发者，我希望能够使用编译器 Sanitizer 工具来检测内存错误和线程问题，以便在开发阶段发现潜在的运行时错误。

Acceptance Criteria

  1. WHEN 开发者使用 --sanitizer asan 选项构建时，THE Build_System SHALL 启用 AddressSanitizer 并生成可执行文件
  2. WHEN 开发者使用 --sanitizer tsan 选项构建时，THE Build_System SHALL 启用 ThreadSanitizer 并生成可执行文件
  3. WHEN 开发者使用 --sanitizer ubsan 选项构建时，THE Build_System SHALL 启用 UndefinedBehaviorSanitizer 并生成可执行文件
  4. WHEN 开发者使用 --sanitizer msan 选项构建时（仅 Clang），THE Build_System SHALL 启用 MemorySanitizer 并生成可执行文件
  5. WHEN Sanitizer 检测到问题时，THE Sanitizer SHALL 输出详细的错误报告，包含堆栈跟踪和源代码位置
  6. THE Build_System SHALL 在 CMake 中提供 ENABLE_SANITIZERS 选项来控制 Sanitizer 的启用

Requirement 2: Valgrind 集成

User Story: 作为开发者，我希望能够使用 Valgrind 进行深度内存分析和性能剖析，以便发现更复杂的内存问题。

Acceptance Criteria

  1. WHEN 开发者运行 ./scripts/core/test --valgrind 时，THE Test_Runner SHALL 使用 Valgrind Memcheck 运行测试
  2. WHEN Valgrind 检测到内存泄漏时，THE Valgrind SHALL 输出泄漏详情并返回非零退出码
  3. THE Build_System SHALL 提供 Valgrind 抑制文件来过滤已知的第三方库误报
  4. WHEN 开发者运行 ./scripts/tools/valgrind-cachegrind 时，THE Tool SHALL 使用 Cachegrind 分析缓存性能

Requirement 3: 静态分析工具增强

User Story: 作为开发者，我希望有更全面的静态分析工具来发现代码中的潜在问题，以便提高代码质量。

Acceptance Criteria

  1. WHEN 开发者运行 ./scripts/core/lint cppcheck 时，THE Lint_Tool SHALL 使用 Cppcheck 分析代码
  2. WHEN 开发者运行 ./scripts/core/lint iwyu 时，THE Lint_Tool SHALL 使用 Include-What-You-Use 分析头文件依赖
  3. WHEN 开发者运行 ./scripts/core/lint all 时，THE Lint_Tool SHALL 依次运行 clang-format、clang-tidy、cppcheck
  4. THE Cppcheck SHALL 使用项目配置文件来定义检查规则和抑制项
  5. WHEN 静态分析发现问题时，THE Lint_Tool SHALL 输出问题详情并返回非零退出码

Requirement 4: 代码覆盖率分析

User Story: 作为开发者，我希望能够生成详细的代码覆盖率报告，以便了解测试覆盖情况并改进测试。

Acceptance Criteria

  1. WHEN 开发者运行 ./scripts/core/test --coverage 时，THE Test_Runner SHALL 生成代码覆盖率数据
  2. WHEN 覆盖率数据生成后，THE Coverage_Tool SHALL 生成 HTML 格式的覆盖率报告
  3. THE Coverage_Report SHALL 显示行覆盖率、分支覆盖率和函数覆盖率
  4. THE Coverage_Tool SHALL 支持生成 Cobertura XML 格式报告用于 CI 集成
  5. WHEN 覆盖率低于配置的阈值时，THE Coverage_Tool SHALL 返回非零退出码

Requirement 5: 模糊测试支持

User Story: 作为开发者，我希望能够对关键解析函数进行模糊测试，以便发现边界情况和潜在的安全漏洞。

Acceptance Criteria

  1. THE Build_System SHALL 支持使用 libFuzzer 构建模糊测试目标
  2. WHEN 开发者运行模糊测试时，THE Fuzzer SHALL 对 FASTQ 解析器进行随机输入测试
  3. WHEN Fuzzer 发现崩溃时，THE Fuzzer SHALL 保存导致崩溃的输入样本
  4. THE Build_System SHALL 提供语料库目录来存储有效的测试输入

Requirement 6: CI/CD 集成

User Story: 作为项目维护者，我希望所有质量检查工具都能集成到 CI/CD 流程中，以便自动化代码质量保证。

Acceptance Criteria

  1. THE CI_Pipeline SHALL 在每次 PR 时运行静态分析检查
  2. THE CI_Pipeline SHALL 在每次 PR 时运行带 ASan 的测试
  3. THE CI_Pipeline SHALL 生成并上传代码覆盖率报告
  4. WHEN 任何质量检查失败时，THE CI_Pipeline SHALL 阻止 PR 合并
  5. THE CI_Pipeline SHALL 定期运行完整的 Valgrind 检查（每日或每周）

Requirement 7: 开发者文档

User Story: 作为新加入的开发者，我希望有清晰的文档说明如何使用这些工具，以便快速上手项目开发。

Acceptance Criteria

  1. THE Documentation SHALL 包含每个工具的安装说明
  2. THE Documentation SHALL 包含每个工具的使用示例
  3. THE Documentation SHALL 说明如何解读工具输出
  4. THE Documentation SHALL 说明常见问题的解决方法