白盒測試用例設(shè)計(jì)方法

1、白盒測試用例設(shè)計(jì)方法一、白盒測試 根據(jù)軟件產(chǎn)品的內(nèi)部工作過程，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行測試，以證實(shí)每種內(nèi)部操作是否符合設(shè)計(jì)規(guī)格要求，所有內(nèi)部成分是否已經(jīng)過檢查。這種測試方法就是白盒測試。白盒測試把測試對象看做一個(gè)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(jì)或選擇測試用例，對程序所有邏輯路徑進(jìn)行測試。通過在不同點(diǎn)檢查程序的狀態(tài)，確定實(shí)際的狀態(tài)是否與預(yù)期的狀態(tài)一致。不論是黑盒測試，還是白盒測試，都不可能把所有可能的輸入數(shù)據(jù)都拿來進(jìn)行所謂的窮舉測試。因?yàn)榭赡艿臏y試輸入數(shù)據(jù)數(shù)目往往達(dá)到天文數(shù)字。下面讓我們看兩個(gè)例子。假設(shè)一個(gè)程序P有輸入X和Y及輸出Z，參看圖10-4-1。在字長為32位的計(jì)算機(jī)

2、上運(yùn)行。如果X 、Y只取整數(shù)，考慮把所有的X 、Y值都做為測試數(shù)據(jù)，按黑盒測試方法進(jìn)行窮舉測試，力圖全面、無遺漏地“挖掘”出程序中的所有錯(cuò)誤。這樣做可能采用的測試數(shù)據(jù)組（Xi，Yi）的最大可能數(shù)目為：。如果程序P測試一組X、Y數(shù)據(jù)需要 1毫秒，且一天工作24小時(shí)，一年工作365天，要完成264組測試，需要5億年。圖 10-4-1黑盒子而對一個(gè)具有多重選擇和循環(huán)嵌套的程序，不同的路徑數(shù)目也可能是天文數(shù)字。設(shè)給出一個(gè)如圖 10-4-2所示的小程序的流程圖，其中包括了一個(gè)執(zhí)行達(dá)20次的循環(huán)。那么它所包含的不同執(zhí)行路徑數(shù)高達(dá) 條，若要對它進(jìn)行窮舉測試，覆蓋所有的路徑。假使測試程序?qū)γ恳粭l路徑進(jìn)行測試需

3、要1毫秒，同樣假定一天工作24小時(shí)，一年工作365 天，那么要想把如圖 10-4-2所示的小程序的所有路徑測試完，則需要3170年。圖 10-4-2白盒測試中的窮舉測試以上的分析表明，實(shí)行窮舉測試，由于工作量過大，實(shí)施起來是不現(xiàn)實(shí)的。任何軟件開發(fā)項(xiàng)目都要受到期限、費(fèi)用、人力和機(jī)時(shí)等條件的限制，盡管為了充分揭露程序中所有隱藏錯(cuò)誤，需要針對所有可能的數(shù)據(jù)進(jìn)行測試，但事實(shí)告訴我們，這樣做是不可能的。軟件工程的總目標(biāo)是充分利用有限的人力、物力資源，高效率、高質(zhì)量、低成本地完成軟件開發(fā)項(xiàng)目。在測試階段既然窮舉測試不可行，為了節(jié)省時(shí)間和資源，提高測試效率，就必須要從數(shù)量極大的可用測試用例中精心地挑選少量的

4、測試數(shù)據(jù)，使得采用這些測試數(shù)據(jù)能夠達(dá)到最佳的測試效果，能夠高效率地把隱藏的錯(cuò)誤揭露出來。二、邏輯覆蓋邏輯覆蓋是以程序內(nèi)部的邏輯結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)測試用例的技術(shù)。屬白盒測試。這一方法要求測試人員對程序的邏輯結(jié)構(gòu)有清楚的了解，甚至要能掌握源程序的所有細(xì)節(jié)。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、判定條件覆蓋、條件組合覆蓋及路徑覆蓋。1.語句覆蓋語句覆蓋就是設(shè)計(jì)若干個(gè)測試用例，運(yùn)行被測程序，使得每一可執(zhí)行語句至少執(zhí)行一次。這種覆蓋又稱為點(diǎn)覆蓋，它使得程序中每個(gè)可執(zhí)行語句都得到執(zhí)行，但它是最弱的邏輯覆蓋準(zhǔn)，效果有限，必須與其他方法交互使用。2.判定覆蓋判定覆蓋就是設(shè)計(jì)若干個(gè)測試用例

5、，運(yùn)行被測程序，使得程序中每個(gè)判斷的取真分支和取假分支至少經(jīng)歷一次。判定覆蓋又稱為分支覆蓋。判定覆蓋只比語句覆蓋稍強(qiáng)一些，但實(shí)際效果表明，只是判定覆蓋，還不能保證一定能查出在判斷的條件中存在的錯(cuò)誤。因此，還需要更強(qiáng)的邏輯覆蓋準(zhǔn)則去檢驗(yàn)判斷內(nèi)部條件。3.條件覆蓋條件覆蓋就是設(shè)計(jì)若干個(gè)測試用例，運(yùn)行被測程序，使得程序中每個(gè)判斷的每個(gè)條件的可能取值至少執(zhí)行一次。條件覆蓋深入到判定中的每個(gè)條件，但可能不能滿足判定覆蓋的要求。4.判定條件覆蓋判定條件覆蓋就是設(shè)計(jì)足夠的測試用例，使得判斷中每個(gè)條件的所有可能取值至少執(zhí)行一次，同時(shí)每個(gè)判斷本身的所有可能判斷結(jié)果至少執(zhí)行一次。換言之，即是要求各個(gè)判斷的所有可能

6、的條件取值組合至少執(zhí)行一次。判定條件覆蓋有缺陷。從表面上來看，它測試了所有條件的取值。但是事實(shí)并非如此。往往某些條件掩蓋了另一些條件。會遺漏某些條件取值錯(cuò)誤的情況。為徹底地檢查所有條件的取值，需要將判定語句中給出的復(fù)合條件表達(dá)式進(jìn)行分解，形成由多個(gè)基本判定嵌套的流程圖。這樣就可以有效地檢查所有的條件是否正確了。圖 10-4-3（a）復(fù)合判定的例子圖 10-4-3（b）改為單個(gè)條件判定的嵌套結(jié)構(gòu)的例子5.多重條件覆蓋多重條件覆蓋就是設(shè)計(jì)足夠的測試用例，運(yùn)行被測程序，使得每個(gè)判斷的所有可能的條件取值組合至少執(zhí)行一次。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

7、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，但可能有的路徑會遺漏掉。測試還不完全。6.路徑測試路徑測試就是設(shè)計(jì)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。但在路徑數(shù)目很大時(shí)，真正做到完全覆蓋是很困難的，必須把覆蓋路徑數(shù)目壓縮到一定限度。下面我們做一分析。三、關(guān)于控制結(jié)構(gòu)測試的一些討論1.分支結(jié)構(gòu)的路徑數(shù)當(dāng)程序中判定多于一個(gè)時(shí)，形成的分支結(jié)構(gòu)可以分為兩類：嵌套型分支結(jié)構(gòu)和連鎖型分支結(jié)構(gòu)。如圖 10-4-4所示。對于嵌套型分支結(jié)構(gòu)，若有n個(gè)判定語句，則需要n+1個(gè)測試用例；但對連鎖型分支結(jié)構(gòu)，若有n個(gè)判定語句，則需要有 個(gè)測試用例，去覆蓋它的 條路徑。當(dāng)n較大時(shí)將無

8、法測試。（a）嵌套型分支結(jié)構(gòu)（b）連鎖型分支結(jié)構(gòu)圖 10-4-4分支的兩種類型為減少測試用例的數(shù)目，可采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)法，抽取部分路徑進(jìn)行測試。由于抽樣服從均勻分布，因此，在假定各條路徑的重要性相同，或暫不明確各條路徑的重要性的情況下可以做到均勻抽樣。如果明確了各條路徑的重要性，還可以采取加權(quán)的辦法，篩選掉部分路徑，再用如下的措施進(jìn)行抽樣。具體步驟如下：（1） 設(shè)耦合型分支結(jié)構(gòu)中有n個(gè)判定，計(jì)算滿足關(guān)系式的最小自然數(shù)m；（2） 設(shè)，取正交表L4，并利用它設(shè)計(jì)測試數(shù)據(jù)。例如，一個(gè)耦合型分支結(jié)構(gòu)中有三個(gè)判定語句P1，P2，P3。它全部路徑是238條。先計(jì)算的t，得t= 4。取正交表L4，如圖10-4-

9、5（a）所示，把每一列當(dāng)做一個(gè)判定，每一行當(dāng)做可取的測試用例，則正交表L4最多可取三個(gè)判定，分別代之以P1，P2，P3。判定P1，P2，P3的取假分支和取真分支分別記作S1、S2；S3、S4；S5、S6，用各個(gè)判定的取假分支取代正交表L4中的“0”，用取真分支取代正交表中的“1”，就建立起一個(gè)測試路徑矩陣，如圖 10-4-5（b）所示。這樣，測試路徑數(shù)目從條減少到314條。圖 10-4-5（a）正交表L4圖 10-4-5（b）路徑抽樣矩陣2.條件測試的策略程序中的條件分為簡單條件和復(fù)合條件。簡單條件是一個(gè)布爾變量或一個(gè)關(guān)系表達(dá)式（可加前綴NOT），復(fù)合條件由簡單條件通過邏輯運(yùn)算符（AND、OR

10、、NOT）和括號連接而成。如果條件出錯(cuò)，至少是條件中某一成分有錯(cuò)。條件中可能的出錯(cuò)類型有：布爾運(yùn)算符錯(cuò)、布爾變量錯(cuò)、布爾括號錯(cuò)、關(guān)系運(yùn)算符錯(cuò)、算術(shù)表達(dá)式錯(cuò)。如果在一個(gè)判定的復(fù)合條件表達(dá)式中每個(gè)布爾變量和關(guān)系運(yùn)算符最多只出現(xiàn)一次，而且沒有公共變量，應(yīng)用一種稱之為BRO（分支與關(guān)系運(yùn)算符）的測試法可以發(fā)現(xiàn)多個(gè)布爾運(yùn)算符或關(guān)系運(yùn)算符錯(cuò)，以及其他錯(cuò)誤。BRO策略引入條件約束的概念。設(shè)有n個(gè)簡單條件的復(fù)合條件C，其條件約束為，其中是條件C中第i個(gè)簡單條件的輸出約束。如果在C的執(zhí)行過程中，其每個(gè)簡單條件的輸出都滿足D中對應(yīng)的約束，則稱條件C的條件約束D由C的執(zhí)行所覆蓋。特別地，布爾變量或布爾表達(dá)式的輸出約

11、束必須是真（t）或假（f）；關(guān)系表達(dá)式的輸出約束為符號>、=、<。（1） 設(shè)條件為。其中是布爾變量， 的輸出約束為 ，在此，和或?yàn)閠或?yàn)閒。則 是可能的一個(gè)約束。覆蓋此約束的測試（一次運(yùn)行）將令 為t，為f。BRO策略要求對 的可能約束集合 中的每一個(gè)，分別設(shè)計(jì)一組測試用例。如果布爾運(yùn)算符有錯(cuò)，這三組測試用例的運(yùn)行結(jié)果必有一組導(dǎo)致 失敗。（2） 設(shè)條件為。其中是布爾表達(dá)式，和是算術(shù)表達(dá)式，的輸出約束為，在此，或?yàn)閠或?yàn)閒；則是<、= 或>。因此，只有與中的不同，可以修改 的約束集合，導(dǎo)出的約束集合。因?yàn)樵谥?，“t”相當(dāng)于“=”，“f”相當(dāng)于“<”或“>”，則

12、的約束集合為 。據(jù)此設(shè)計(jì)4組測試用例，檢查中可能的布爾或關(guān)系運(yùn)算符中的錯(cuò)誤。（3） 設(shè)條件為。其中都是算術(shù)表達(dá)式， 的輸出約束為 ，在此，和的約束均為<、=、>。 中只有與中的不同，可以修改 的約束集合，導(dǎo)出的約束集合。因?yàn)樵?中，“t” 相當(dāng)于“>”，"f"相當(dāng)于“<”或“=”，則 的約束集合為 。根據(jù)這個(gè)約束集合設(shè)計(jì)測試用例，就能夠檢測 中的關(guān)系運(yùn)算符中的錯(cuò)誤。3.循環(huán)測試循環(huán)分為4種不同類型：簡單循環(huán)、連鎖循環(huán)、嵌套循環(huán)和非結(jié)構(gòu)循環(huán)，見圖 10-4-6。圖 10-4-6循環(huán)的分類對于簡單循環(huán)，測試應(yīng)包括以下幾種，其中的n表示循環(huán)允許的最大次數(shù)。

13、（1） 零次循環(huán)：從循環(huán)入口直接跳到循環(huán)出口。（2） 一次循環(huán)：查找循環(huán)初始值方面的錯(cuò)誤。（3） 二次循環(huán)：檢查在多次循環(huán)時(shí)才能暴露的錯(cuò)誤。（4） m次循環(huán)：此時(shí)的mn，也是檢查在多次循環(huán)時(shí)才能暴露的錯(cuò)誤。·最大次數(shù)循環(huán)、比最大次數(shù)多一次的循環(huán)、比最大次數(shù)少一次的循環(huán)。對于嵌套循環(huán)，不能將簡單循環(huán)的測試方法簡單地?cái)U(kuò)大到嵌套循環(huán)，因?yàn)榭赡艿臏y試數(shù)目將隨嵌套層次的增加呈幾何倍數(shù)增長。這可能導(dǎo)致一個(gè)天文數(shù)字的測試數(shù)目。下面給出一種有助于減少測試數(shù)目的測試方法。·除最內(nèi)層循環(huán)外，從最內(nèi)層循環(huán)開始，置所有其他層的循環(huán)為最小值；·對最內(nèi)層循環(huán)做簡單循環(huán)的全部測試。測試時(shí)保持所

14、有外層循環(huán)的循環(huán)變量為最小值。另外，對越界值和非法值做類似的測試。·逐步外推，對其外面一層循環(huán)進(jìn)行測試。測試時(shí)保持所有外層循環(huán)的循環(huán)變量取最小值，所有其它嵌套內(nèi)層循環(huán)的循環(huán)變量取“典型”值。·反復(fù)進(jìn)行，直到所有各層循環(huán)測試完畢。·對全部各層循環(huán)同時(shí)取最小循環(huán)次數(shù)，或者同時(shí)取最大循環(huán)次數(shù)。對于后一種測試，由于測試量太大，需人為指定最大循環(huán)次數(shù)。對于連鎖循環(huán)，要區(qū)別兩種情況。如果各個(gè)循環(huán)互相獨(dú)立，則連鎖循環(huán)可以用與簡單循環(huán)相同的方法進(jìn)行測試。例如，有兩個(gè)循環(huán)處于連鎖狀態(tài)，則前一個(gè)循環(huán)的循環(huán)變量的值就可以做為后一個(gè)循環(huán)的初值。但如果幾個(gè)循環(huán)不是互相獨(dú)立的，則需要使用測試

15、嵌套循環(huán)的辦法來處理。對于非結(jié)構(gòu)循環(huán)，應(yīng)該使用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法重新設(shè)計(jì)測試用例。四、基本路徑測試如果把覆蓋的路徑數(shù)壓縮到一定限度內(nèi)，例如，程序中的循環(huán)體只執(zhí)行零次和一次，就成為基本路徑測試。它是在程序控制流圖的基礎(chǔ)上，通過分析控制構(gòu)造的環(huán)路復(fù)雜性，導(dǎo)出基本可執(zhí)行路徑集合，從而設(shè)計(jì)測試用例的方法。設(shè)計(jì)出的測試用例要保證在測試中，程序的每一個(gè)可執(zhí)行語句至少要執(zhí)行一次。1.程序的控制流圖控制流圖是描述程序控制流的一種圖示方法?；究刂茦?gòu)造的圖形符號如圖10-4-7所示。符號稱為控制流圖的一個(gè)結(jié)點(diǎn)，一組順序處理框可以映射為一個(gè)單一的結(jié)點(diǎn)?？刂屏鲌D中的箭頭稱為邊，它表示了控制流的方向，在選擇或多分支結(jié)

16、構(gòu)中分支的匯聚處，即使沒有執(zhí)行語句也應(yīng)該有一個(gè)匯聚結(jié)點(diǎn)。邊和結(jié)點(diǎn)圈定的區(qū)域叫做區(qū)域，當(dāng)對區(qū)域計(jì)數(shù)時(shí)，圖形外的區(qū)域也應(yīng)記為一個(gè)區(qū)域。圖 10-4-7控制流圖的各種圖形符號如果判定中的條件表達(dá)式是復(fù)合條件時(shí)，即條件表達(dá)式是由一個(gè)或多個(gè)邏輯運(yùn)算符（OR，AND，NAND，NOR）連接的邏輯表達(dá)式，則需要改復(fù)合條件的判定為一系列只有單個(gè)條件的嵌套的判定。例如對應(yīng)圖 10-4-8（a）的復(fù)合條件的判定，應(yīng)該畫成如圖 10-4-8（b）所示的控制流圖。條件語句ifaORb中條件a和條件b各有一個(gè)只有單個(gè)條件的判定結(jié)點(diǎn)。圖 10-4-8復(fù)合邏輯下的控制流圖2.計(jì)算程序環(huán)路復(fù)雜性進(jìn)行程序的基本路徑測試時(shí)，程序

17、的環(huán)路復(fù)雜性給出了程序基本路徑集合中的獨(dú)立路徑條數(shù)，這是確保程序中每個(gè)可執(zhí)行語句至少執(zhí)行一次所必需的測試用例數(shù)目的上界。所謂獨(dú)立路徑，是指包括一組以前沒有處理的語句或條件的一條路徑。如在圖10-4-9（b）所示的控制流圖中，一組獨(dú)立的路徑是path1：1-11path2：1-2-3-4-5-10-1-11path3：1-2-3-6-8-9-10-1-11path4：1-2-3-6-7-9-10-1-11路徑path1，path2，path3，path4組成了圖 10-4-9（b）所示控制流圖的一個(gè)基本路徑集。只要設(shè)計(jì)出的測試用例能夠確保這些基本路徑的執(zhí)行，就可以使得程序中的每個(gè)可執(zhí)行語句至少執(zhí)行一次，每個(gè)條件的取真和取假分支也能得到測試。基本路徑集不是唯一的，對于給定的控制流圖，