河北工業(yè)大學(xué) 軟件工程 教師課件 第五節(jié) 軟件實現(xiàn)與驗證

1、第五講第五講 軟件實現(xiàn)與驗證軟件實現(xiàn)與驗證 （Software Implementation and Validation） Welcome to Software Engineering Lecture 5 Zhang Jiannan 目標(biāo)目標(biāo) n了解編程和調(diào)試的基本工作內(nèi)容； n掌握軟件驗證和有效性確認(rèn)的基本知識和程序檢 查過程及方法； n熟悉軟件測試的基本方法； n了解有效性測試和缺陷測試的區(qū)別； n掌握系統(tǒng)及組件測試的原則和常用的測試用例設(shè) 計方法； n了解支持測試的CASE工具的工作原理。 內(nèi)容內(nèi)容 n程序設(shè)計與調(diào)試； n驗證與有效性確認(rèn)； n軟件測試 1 程序設(shè)計與調(diào)試程序設(shè)計與調(diào)

2、試 n程序設(shè)計的任務(wù)是把設(shè)計轉(zhuǎn)換成程序以及在程 序中去除錯誤，包括編程與調(diào)試兩個過程。 n編程是一種個人行為通常沒有統(tǒng)一的模式。 n通常，程序員要對自己開發(fā)的程序進(jìn)行測試， 這時程序中的一些明顯的錯誤會暴露出來并被 根除，這個過程叫調(diào)試。 調(diào)試過程調(diào)試過程 n驗證驗證: “Are we building the product right？”. n檢查軟件是否符合它的規(guī)格描述。 n有效性確認(rèn)有效性確認(rèn): “Are we building the right product？”. n檢查軟件是否滿足客戶的期待。 2 驗證和有效性確認(rèn)驗證和有效性確認(rèn)（ Verification & Validat

3、ion） n在軟件整個生命周期中 V & V 必須在軟件過程 的每一個階段得以執(zhí)行。 nV & V過程有兩個基本目標(biāo)： n發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的缺陷； n從操作的角度評價系統(tǒng)的有用性和可用性。 V & V 過程過程 V& V 目標(biāo)目標(biāo) n驗證和有效性確認(rèn)的最終目標(biāo)是要建立“軟件 達(dá)到了設(shè)計目標(biāo)”的信心信心。 n注意：注意：我們并不要求軟件系統(tǒng)完全無缺陷。而 是足以完成用戶所要求的任務(wù)。 V & V 信心信心 n對V & V所要求的信心程度信心程度取決于系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)、用 戶的期望和目前的市場環(huán)境： n軟件功能軟件功能 nThe level of confidence depends on how crit

4、ical the software is to an organisation. n用戶期望用戶期望 nUsers may have low expectations of certain kinds of software. n市場環(huán)境市場環(huán)境 nGetting a product to market early may be more important than finding defects in the program. n軟件審查軟件審查 通過對系統(tǒng)的各種靜態(tài)成果，如需求文檔、設(shè)計文 檔、源代碼，進(jìn)行檢查和分析發(fā)現(xiàn)問題。 nMay be supplement by tool-bas

5、ed document and code analysis n軟件測試軟件測試 通過使用測試數(shù)據(jù)執(zhí)行系統(tǒng)，檢查運行結(jié)果來發(fā)現(xiàn) 問題。 nThe system is executed with test data and its operational behaviour is observed 靜態(tài)與動態(tài)驗證靜態(tài)與動態(tài)驗證 靜態(tài)與動態(tài)驗證靜態(tài)與動態(tài)驗證 Software inspections Software testing n測試的目的是為了揭示程序中存在錯誤，而不 是沒有錯誤。 n靜態(tài)檢查無法檢驗軟件是否可用，也不能檢驗 非功能需求，因此程序測試是必不可少的，是 起決定性作用的V & V

6、技術(shù)。 n在V & V過程中，程序測試和靜態(tài)檢查通常是 結(jié)合在一起使用的。 程序測試程序測試 n缺陷測試缺陷測試 nTests designed to discover system defects. nA successful defect test is one which reveals the presence of defects in a system. n有效性測試有效性測試 nIntended to show that the software meets its requirements. nA successful test is one that shows that a

7、 requirements has been properly implemented. 測試類型測試類型 n缺陷測試和調(diào)試是不同的過程，通常交叉進(jìn)行。 n檢驗和有效性驗證的目的是確定系統(tǒng)中存在缺 陷； n調(diào)試考慮的是定位和修改缺陷。 測試和調(diào)試測試和調(diào)試 調(diào)試過程調(diào)試過程 n仔細(xì)的規(guī)劃能夠使程序檢查和測試的工作得到 更多的回報。 nV & V過程的規(guī)劃應(yīng)該從開發(fā)過程的早期就開 始。 nV & V規(guī)劃應(yīng)該明確的說明靜態(tài)檢查與測試任 務(wù)與分工。 n測試規(guī)劃主要是制定測試過程標(biāo)準(zhǔn)，而不是描 述測試本身。 2.1 V & V 規(guī)劃規(guī)劃 系統(tǒng)開發(fā)的系統(tǒng)開發(fā)的 V 模型模型 軟件測試計劃的結(jié)構(gòu)軟件測試計

8、劃的結(jié)構(gòu) n測試過程測試過程 n需求跟蹤需求跟蹤 n測試項目測試項目 n測試進(jìn)度測試進(jìn)度 n測試記錄程序測試記錄程序 n硬軟件需求硬軟件需求 n約束約束 2.2 軟件審查軟件審查 n軟件審查是一個靜態(tài)的V&V過程，這個過程中 通過對軟件系統(tǒng)復(fù)查來發(fā)現(xiàn)錯誤、遺漏和異常。 n通常，審查的對象是源代碼，但也可以是任何 可讀文檔。 n軟件審查是一種比程序測試更有效的缺陷發(fā)現(xiàn) 技術(shù)。 審查的好處審查的好處 n單一的審查工作就可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)很多錯誤； n無需額外的成本就可以檢查系統(tǒng)的不完全版本； n審查也能夠檢查更廣泛的程序?qū)傩浴?審查與測試審查與測試 n審查與測試各有優(yōu)缺點，它們是互補的而不是 對立的測試

9、技術(shù)； n兩種技術(shù)在V&V過程中應(yīng)該一同配合使用； n審查能夠檢查程序與規(guī)格描述是否相符，但不 能檢查程序的運行效果是否符合用戶的預(yù)期， 也不能檢查如性能、可用性的非功能需求。 程序?qū)彶檫^程程序?qū)彶檫^程 n程序?qū)彶槭菍Τ绦蛭臋n的正式復(fù)查，目標(biāo)是檢 查程序的缺陷。 n這里所說的缺陷可能是邏輯錯誤，可能是代碼 中能夠指示錯誤條件的異常，還可能是與機(jī)構(gòu) 和項目目標(biāo)不相符的情況。 程序?qū)彶榈那皸l件程序?qū)彶榈那皸l件 n對被審查的代碼有一個精確的描述； n審查小組成員應(yīng)該熟悉機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)； n有一個最新的、語法正確的、完整的代碼版本， 并發(fā)給所有的團(tuán)隊成員； n準(zhǔn)備一個程序員常出錯誤的核對清單； n管理者要

10、接受程序?qū)彶樵陂_發(fā)早期會增加成本 這一事實。 審查過程審查過程 審查清單審查清單 n審查中，常見錯誤核查清單是必要的準(zhǔn)備，是 核查人員進(jìn)行程序檢查的基本依據(jù)； n對于不同的程序設(shè)計語言要準(zhǔn)備不同的清單， 因為不同的語言有不同的錯誤特征。 審查清單審查清單 3 軟件測試軟件測試 思考： 結(jié)合自己編程經(jīng)驗，思考測試的目的是什么 ？單元測試過程有哪些活動？什么樣的輸入數(shù)據(jù) 是有效的? 3 軟件測試軟件測試 測試階段測試階段 測試階段測試階段 n組件測試組件測試 n測試單個的程序組件； n通常由程序開發(fā)者完成（除了要求特別高的系統(tǒng)）； n這個階段的測試大多依靠測試者的經(jīng)驗。 n系統(tǒng)測試系統(tǒng)測試 n測試

11、由組件整合成的子系統(tǒng)和系統(tǒng)； n有專門的測試團(tuán)隊進(jìn)行測試； n測試要依據(jù)需求規(guī)格說明進(jìn)行。 測試過程的目標(biāo)測試過程的目標(biāo) n有效性測試有效性測試 n目標(biāo)是向開發(fā)者和用戶證實系統(tǒng)滿足了用戶需求； n每個需求至少要有一個測試，以證明系統(tǒng)是按預(yù)期 運行的。 n缺陷測試缺陷測試 n目標(biāo)是找出軟件中的缺陷和不足； n一個成功的測試就是找出了系統(tǒng)存在某個目前未知 的缺陷。 軟件測試過程軟件測試過程 n進(jìn)行無遺漏測試是不可能的。 n應(yīng)該有如何選擇測試用例的策略： n所有能從菜單中得到的功能都應(yīng)被測試到； n可以從同一個菜單中訪問的組合功能都需要被測試； n在需要用戶輸入的地方，所有功能都必須用正確的 輸入和

12、不正確的輸入進(jìn)行測試。 測試策略測試策略 3.1 組件測試組件測試 n組件測試（單元測試）是測試系統(tǒng)中單個組件的過程， 這個過程通常和編程工作一起進(jìn)行，作為單元代碼的 檢驗手段。組件測試是一個缺陷測試的過程。 n這里所說的組件包括：單個函數(shù)單個函數(shù)；對象類對象類 ；復(fù)合組件復(fù)合組件 。 n由于組件要在一定上下文環(huán)境中運行，所以進(jìn)行單元 測試要為每個待測組件開發(fā)額外的驅(qū)動模塊和樁模塊。 組件測試環(huán)境組件測試環(huán)境 驅(qū)動模塊 待測模塊 樁模塊樁模塊 不與最終產(chǎn)品一起 交付 3.2 系統(tǒng)測試系統(tǒng)測試 n系統(tǒng)測試包括集成組件形成子系統(tǒng)和系統(tǒng)進(jìn)行 測試。 n可以結(jié)合增量式交付。 n兩個不同的階段： n集成

13、測試集成測試 - the test team have access to the system source code. The system is tested as components are integrated. n發(fā)布測試發(fā)布測試 - the test team test the complete system to be delivered as a black-box. 集成測試集成測試 n自頂向下集成自頂向下集成 n從主控模塊開始，沿著控制層次結(jié)構(gòu)逐步向 下，利用深度優(yōu)先或廣度優(yōu)先的方式將從屬 于主控模塊的其他模塊集成到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中。 n自底向上集成自底向上集成 n從原子模塊

14、開始，從底層把模塊逐步向上集 成為更大規(guī)模的子系統(tǒng)和系統(tǒng)。 集成測試包括把組件集成為系統(tǒng)和對合成的系統(tǒng)進(jìn)行 測試，以發(fā)現(xiàn)組件集成過程帶來的問題，集成方式可以分 為： M1 M2M3M4 M5M6 M8 M7 M9 增量集成測試增量集成測試 為了簡化測試中錯誤定位的問題，可以采用增量集成的方法。 發(fā)布測試發(fā)布測試 n發(fā)布測試是對將要發(fā)布給用戶的系統(tǒng)版本進(jìn)行 測試的過程。 n目標(biāo)是驗證交付的產(chǎn)品是否達(dá)到了要求。 n發(fā)布測試通常是一個“黑盒測試過程”： n只依據(jù)系統(tǒng)規(guī)格說明進(jìn)行測試； n測試者不需了解有關(guān)系統(tǒng)實現(xiàn)的任何細(xì)節(jié)。 黑盒測試黑盒測試 測試指導(dǎo)測試指導(dǎo) n以下測試指導(dǎo)原則能夠幫助測試者選擇使

15、系統(tǒng) 產(chǎn)生錯誤的輸入： n選擇能夠迫使系統(tǒng)產(chǎn)生所有錯誤消息的輸入； n設(shè)計能夠使系統(tǒng)的輸入緩沖溢出的輸入； n重復(fù)相同的輸入或一系列輸入很多次； n設(shè)計能夠產(chǎn)生無效的輸入； n迫使輸出結(jié)果太大或太小的輸入。 3.3 測試用例設(shè)計測試用例設(shè)計 n設(shè)計測試用例是系統(tǒng)測試與組件測試的關(guān)鍵工作，主 要是通過設(shè)計輸入數(shù)據(jù)設(shè)計輸入數(shù)據(jù)與預(yù)計的輸出預(yù)計的輸出來測試系統(tǒng)。 n測試用例設(shè)計的目的是建立一組測試用例集合，用盡 可能少的測試代價有效的發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)缺陷并證明系統(tǒng)能 夠滿足需求。 n設(shè)計測試用例的常用方法：設(shè)計測試用例的常用方法： n劃分測試與邊界值分析；劃分測試與邊界值分析； n結(jié)構(gòu)化測試（白盒測試）。結(jié)

16、構(gòu)化測試（白盒測試）。 3.3.1 劃分測試劃分測試 n劃分測試又叫做等價類劃分測試法，是一種黑盒 測試方法。 n程序的輸入與輸出結(jié)果總會落到幾個不同的類中， 這些類中的數(shù)據(jù)有著共同的特征，我們把這些類 叫作等價類等價類或等價劃分等價劃分。 n合理劃分等價類，在每一個等價類中取一個或少 數(shù)幾個數(shù)據(jù)作為測試輸入，就可以用少數(shù)有代表 性的數(shù)據(jù)，取得較好的測試效果。 等價劃分等價劃分 例：三角形判定例：三角形判定 n某程序的功能是“輸入三個正整數(shù)作為邊長，判斷該三條 邊構(gòu)成的三角形是等邊、等腰或一般三角形”。請對該程 序的算法用等價類和邊界值分析法設(shè)計測試用例，并檢查 邏輯覆蓋標(biāo)準(zhǔn)。 輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)

17、據(jù)合理等價類合理等價類不合理等價類不合理等價類 A，B，C1 正整數(shù)2 有非正整數(shù) 3 某兩個數(shù)相加小于或等于剩余的 數(shù) 4 有非數(shù)字字符 5 三邊相等 6 兩邊相等 7 三邊不相等 合理等價類測試用例表合理等價類測試用例表 不合理等價類測試用例表不合理等價類測試用例表 測試數(shù)據(jù)測試數(shù)據(jù)期望結(jié)果期望結(jié)果覆蓋范圍覆蓋范圍 3，4，5輸出“一般 三角形” 1正整數(shù) 7三邊不相 等 3，3，3輸出“等邊 三角形” 1正整數(shù)， 5三邊相等 3，3，2輸出“等腰 三角形” 1正整數(shù)， 6兩邊相等 測試數(shù)據(jù)測試數(shù)據(jù)期望結(jié)果期望結(jié)果覆蓋范圍覆蓋范圍 -3，4，5輸入無效2有非正整 數(shù) 3，3，6輸入無效3某

18、兩個數(shù) 相加小 于或等 于剩余 的數(shù) A，B，C輸入無效4 有非數(shù)字 字符 邊界值分析邊界值分析 n人們從長期的測試工作經(jīng)驗得知，大量的錯誤是發(fā)生 在輸入或輸出范圍的邊界上，而不是在輸入范圍的內(nèi) 部。因此針對各種邊界情況設(shè)計測試用例，可以查出 更多的錯誤。 n比如，在做三角形判定時，要輸入三角形的三個邊長： A、B和C。 我們應(yīng)注意到這三個數(shù)值應(yīng)當(dāng)滿足A0、B 0、C0、ABC、ACB、BCA，才能構(gòu)成 三角形。但如果把六個不等式中的任何一個大于號 “”錯寫成大于等于號“”，那就不能構(gòu)成三角 形。問題恰出現(xiàn)在容易被疏忽的邊界附近。這里所說 的邊界值分析是指找到等價類中稍高于其邊界值及稍 低于其

19、邊界值的一些特定情況。 等價類等價類測試用例說明測試用例說明測試數(shù)據(jù)測試數(shù)據(jù)期望結(jié)果期望結(jié)果 輸入值1個非數(shù)字字符 2個非數(shù)字字符 全部都是非數(shù)字字符 兩正整數(shù)之和等于第 三個數(shù) 兩正整數(shù)之和小于第 三邊 3,4,Ok A,B,3 A,B,C 3,3,6 3,3,7 輸入無效 輸入無效 輸入無效 輸入無效 輸入無效 三邊相等 A=B =C 3,3,3輸出“等邊三角形” 兩邊相等A=B，AC A=C, AB B=C, BA 3,3,2 5,3,5 5,3,3 輸出“等腰三角形” 三邊不等 A B C 3,4,5輸出“一般三角形” 三角形判定三角形判定 n結(jié)構(gòu)化測試是根據(jù)軟件的結(jié)構(gòu)知識導(dǎo)出測試用

20、例的測試方法。 n又叫做“白盒測試法”。 n對組件中所用的算法結(jié)構(gòu)的理解可以幫助我們 找出更多的測試用例。 3.3.3 結(jié)構(gòu)化測試結(jié)構(gòu)化測試 結(jié)構(gòu)化測試結(jié)構(gòu)化測試 結(jié)構(gòu)化測試的目標(biāo)結(jié)構(gòu)化測試的目標(biāo) n目標(biāo)： （1）保證一個模塊中的所有保證一個模塊中的所有 獨立路徑至少被執(zhí)行一次；獨立路徑至少被執(zhí)行一次； （2）對所有的邏輯值均需測）對所有的邏輯值均需測 試真和假；試真和假； （3）在上下邊界以及可操作）在上下邊界以及可操作 的范圍內(nèi)執(zhí)行所有循環(huán)；的范圍內(nèi)執(zhí)行所有循環(huán)； （4）檢驗內(nèi)部結(jié)構(gòu)以確保其）檢驗內(nèi)部結(jié)構(gòu)以確保其 有效性。有效性。 n白盒測試能夠比黑盒測試發(fā)現(xiàn) 更細(xì)小的缺陷。 白盒測試法白

21、盒測試法 n白盒測試把測試對象看做一個打開的盒子，允 許測試人員利用程序內(nèi)部的邏輯結(jié)構(gòu)及有關(guān)信 息，設(shè)計或選擇測試用例，對程序所有邏輯路 徑進(jìn)行測試。 n白盒測試主要有邏輯覆蓋法邏輯覆蓋法和基本路徑測試法基本路徑測試法。 1) 1) 邏輯覆蓋法邏輯覆蓋法 n邏輯覆蓋一系列測試過程的總稱，這組測試會 逐漸進(jìn)行越來越完整的通路測試。 n由于覆蓋測試的目標(biāo)不同，邏輯覆蓋又可分為： 語句覆蓋、判定覆蓋、條件覆蓋、判定條件 覆蓋、條件組合覆蓋及路徑覆蓋。 語句覆蓋 n語句覆蓋就是設(shè)計若干個測試用例，使得每一 可執(zhí)行語句至少執(zhí)行一次。 n它是最弱的邏輯覆蓋策略，效果有限，必須與 其它方法交互使用。 判定覆

22、蓋判定覆蓋 n判定覆蓋就是設(shè)計若干個測試用例，使 得程序中每個判斷的取真分支和取假分 支至少執(zhí)行一次。判定覆蓋又稱為分支 覆蓋。 n判定覆蓋比語句覆蓋強(qiáng)，但對程序邏輯 的覆蓋程度依然不高。 條件覆蓋條件覆蓋 n條件覆蓋就是設(shè)計若干個測試用例，使得程 序中每個判斷的每個條件的每個可能取值至 少執(zhí)行一次。 n條件覆蓋深入到判定中的每個條件，使每個 條件都取到了兩個不同的結(jié)果，覆蓋性強(qiáng)于 判定覆蓋，但有時可能會不滿足判定覆蓋的 要求。 判定條件覆蓋判定條件覆蓋 n判定條件覆蓋就是設(shè)計足夠的測試用例，使 得判斷中每個條件的所有可能取值至少執(zhí)行一 次，同時每個判斷本身的所有可能判斷結(jié)果至 少執(zhí)行一次。

23、n從表面上來看，判定條件覆蓋測試了所有條 件的取值。但存在多個判定時，可能會遺漏某 些判定條件取值錯誤的情況。 多重條件覆蓋多重條件覆蓋 n多重條件覆蓋就是設(shè)計足夠的測試用例，使 得每個判斷的所有可能的條件取值組合至少 執(zhí)行一次。也稱為條件組合覆蓋。 n這是一種相當(dāng)強(qiáng)的覆蓋準(zhǔn)則，可以有效地檢 查各種可能的條件取值的組合是否正確。它 不但可覆蓋所有條件的可能取值的組合，還 可覆蓋所有判斷的可取分支，但并不一定可 以使程序中的每條路徑都執(zhí)行到。 路徑測試路徑測試 n路徑測試就是設(shè)計足夠的測試用例，覆蓋程序 中所有可能的路徑。這是最強(qiáng)的覆蓋準(zhǔn)則。 n但在路徑數(shù)目很大時，真正做到完全覆蓋是很 困難的，

24、必須把覆蓋路徑數(shù)目壓縮到一定限度。 Example: 兩個判定：d1, (A1)and(B=0) d2, (A=2)or(x1) 四個條件： 1、A1，2、B=0， 3、A=2，4、 x1 四條路徑： ace、 abd、 abe、 acd Td1 and Td2 ace Fd1 and Fd2 abd Fd1 and Td2 abe Td1 and Fd2 acd T1 and T2 Td1 F1 or F2 Fd1 T3 or T4 Td2 F3 and F4 Fd2 覆蓋方式輸入數(shù)據(jù)(A,B,X)輸出數(shù)據(jù)(A,B,X)取真條件覆蓋路徑 語句覆蓋2，0，42，0，3T1T2T3T4ace 判

25、定覆蓋2，0，1 1，1，1 2，0，3/2 1，1，1 T1T2T3ace abd 條件覆蓋2，0，1 1，1，2 2，0，3/2 1，1，3 T1T2T3 T4 ace abe 判定條件覆蓋2，0，4 1，1，1 2，0，3 1，1，1 T1T2T3T4ace abd 條件組合覆蓋2，0，4 2，1，1 1，0，3 1，1，1 2，0，3 2，1，2 1，0，4 1，1，1 T1T2T3T4 T1T3 T2T4 ace abd abd abd 路徑覆蓋2，0，4 1，1，1 1，1，2 3，0，3 2，0，3 1，1，1 1，1，3 3，0，1 T1T2T3T4 T4 T1T2T4 ace abd ade acd Example: 2) 2) 基本路徑測試基本路徑測試 n基本路徑測試的原理：基本路徑測試的原理： “在程序控制流圖的基礎(chǔ)上，分析控制結(jié)構(gòu)的環(huán)路 復(fù)雜度,并用這個復(fù)雜度為指南定義執(zhí)行路徑的基本集 合，從而導(dǎo)出基本可執(zhí)行路徑集合，設(shè)計出測試用例 并保證每個可執(zhí)行語句至少執(zhí)行一次，而且每個條件每個可執(zhí)行語句至少執(zhí)行一次，而且每個條件 在執(zhí)行時都將分別取真、假兩種值在執(zhí)行時都將分別取真、假