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1、软件测试用例设计白盒第1页，本讲稿共54页测试用例测试用例 测试用例由测试输入数据以及与之对应的输出结果组成。测试用例设计的好坏直接决定了测试的效果和结果。所以说在软件测试活动中最关键的步骤就是设计有效的测试用例。测试用例可以针对黑盒测试设计用例，也可以针对白盒测试设计用例，我们今天只讲针对白盒测试的用例设计方法。第2页，本讲稿共54页概概 念念1.语句覆盖语句覆盖：语句覆盖就是设计若干个测试用例，运行被测试程序，使得每一条可执行语句至少执行一次；2.判定覆盖（也称为分支覆盖）：判定覆盖（也称为分支覆盖）：设计若干个测试用例，运行所测程序，使程序中每个判断的取真分支和取假分支至少执行一次；3.
2、条件覆盖条件覆盖：设计足够多的测试用例，运行所测程序，使程序中每个判断的每个条件的每个可能取值至少执行一次；4.判定判定-条件覆盖条件覆盖：设计足够多的测试用例，运行所测程序，使程序中每个判断的每个条件的所有可能取值至少执行一次，并且每个可能的判断结果也至少执行一次，换句话说，即是要求各个判断的所有可能的条件取值组合至少执行一次；5.条件组合测试：条件组合测试：设计足够多的测试用例，运行所测程序，使程序中每个判断的所有可能的条件取值组合至少执行一次；6.路径测试路径测试：设计足够多的测试用例，运行所测程序，要覆盖程序中所有可能的路径。第3页，本讲稿共54页下面以例子进行分析讲解：下面以例子进行
3、分析讲解：void DoWork(int x,int y,int z)int k=0,j=0;if(x3)&(z5)j=x*y+10;/语句块2 j=j%3;/语句块3第4页，本讲稿共54页画出上面函数的流程图如下：第5页，本讲稿共54页语句覆盖：语句覆盖：为了说明简略，分别对各个判断的取真、取假分支编号为b、c、d、e。为了测试语句覆盖率只要设计一个测试用例就可以把三个执行语句块中的语句覆盖了。测试用例输入为：x=4、y=5、z=5程序执行的路径是：abd该测试用例虽然覆盖了可执行语句，但并不能检查判断逻辑是否有问题，例如在第一个判断中把&错误的写成了|，则上面的测试用例仍可以覆盖所有的执行
4、语句。可以说语句覆盖率是最弱的逻辑覆盖准则。第6页，本讲稿共54页分支覆盖分支覆盖 对于上面的程序，如果设计两个测试用例则可以满足条件覆盖的要求。测试用例的输入为：x=4、y=5、z=5 x=2、y=5、z=5 上面的两个测试用例虽然能够满足条件覆盖的要求，但是也不能对判断条件进行检查，例如把第二个条件y5错误的写成y3 取真值为T1，取假值为-T1条件z5 取真值为T4，取假值为-T4第8页，本讲稿共54页则可以设计测试用例如下 测试用例测试用例 通过路径通过路径 条件取条件取值值覆盖分支覆盖分支x=4、y=6、z=5 abdT1、T2、T3、T4 bdx=2、y=5、z=5 ace-T1、
5、T2、-T3、-T4 cex=4、y=5、z=15 acdT1、-T2、T3、-T4 cd 上面的测试用例不但覆盖了所有分支的真假两个分支，而且覆盖了判断中的所有条件的可能值。第9页，本讲稿共54页 但是如果设计了下面的测试用例，则虽然满足了条件覆盖，但只覆盖了第一个条件的取假分支和第二个条件的取真分支，不满足分支覆盖的要求。测试用例测试用例 通过路径通过路径 条件取条件取值值覆盖分支覆盖分支x=2、y=6、z=5 acd-T1、T2、-T3、T4 cdx=4、y=5、z=5 acdT1、-T2、T3、-T4 cd第10页，本讲稿共54页分支条件覆盖：分支条件覆盖：分支条件覆盖就是设计足够的测
6、试用例，使得判断中每个条件的所有可能取值至少执行一次，同时每个判断的所有可能判断结果至少执行，即要求各个判断的所有可能的条件取值组合至少执行一次。根据定义只需设计以下两个测试用例便可以覆盖8个条件值以及4个判断分支。测试用例测试用例 通过路径通过路径 条件取条件取值值覆盖分支覆盖分支x=4、y=6、z=5 abdT1、T2、T3、T4 bdx=2、y=5、z=11ace-T1、-T2、-T3、-T4 ce第11页，本讲稿共54页分支条件覆盖从表面来看，它测试了所有条件的取值，但是实际上某些条件掩盖了另一些条件。例如对于条件表达式(x3)&(z3）为假则一般的编译器不在判断是否z5）来说，若x=
7、4测试结果为真，就认为表达式的结果为真，这时不再检查（y5）条件了。因此，采用分支条件覆盖，逻辑表达式中的错误不一定能够查出来了。第12页，本讲稿共54页条件组合覆盖：条件组合覆盖：条件组合覆盖就是设计足够的测试用例，运行被测试对象，使得每一个判断的所有可能的条件取值组合至少执行一次。现在对例子中的各个判断的条件取值组合加以标记如下：1.x3,z3,z=10 记做T1-T2，第一个判断的取假分支3.x=3,z0 记做-T1 T2，第一个判断的取假分支4.x=10 记做-T1-T2，第一个判断的取假分支5.x=4,y5 记做T3 T4，第二个判断的取真分支6.x=4,y5 记做-T3 T4，第二
8、个判断的取真分支8.x!=4,y 0)5 6 if(0=iType)7x=y+2;8 else9 if(1=iType)10 x=y+10;11 else12 x=y+20;13 14 第20页，本讲稿共54页第一步：画出控制流图第一步：画出控制流图c/c+语句中的控制语句表示含义如下：图中的每一个圆称为流图的结点，代表一条或多条语句。流图中的箭头称为边或连接，代表控制流。为了说明流图的用法，我们采用过程设计表示法，此处，流程图用来描述程序控制结构。可将流程图映射到一个相应的流图(假设流程图的菱形决定框中不包含复合条件)。在流图中，每一个圆，称为流图的结点，代表一个或多个语句。一个处理方框序列
9、和一个菱形决测框可被映射为一个结点，流图中的箭头，称为边或连接，代表控制流，类似于流程图中的箭头。一条边必须终止于一个结点，即使该结点并不代表任何语句(例如：参见if-else-then结构的符号)。由边和结点限定的范围称为区域。计算区域时应包括图外部的范围。任何过程设计都要被翻译成控制流图。第21页，本讲稿共54页画出其程序流程图和对应的控制流图如下：第22页，本讲稿共54页 程序设计中遇到复合条件时，生成的流图变得更为复杂。当条件语句中用到一个或多个布尔运算符(逻辑OR，AND，NAND，NOR)时，就出现了复合条件。下图为语句IF a OR b中的每一个a和b创建了一个独立的结点，包含条
10、件的结点被称为判定结点，从每一个判定结点发出两条或多条边。例如：1 if a or b 2 x 3 else 4 y 对应的逻辑为：第23页，本讲稿共54页第二步：计算圈复杂度第二步：计算圈复杂度 圈复杂度是一种为程序逻辑复杂性提供定量测度的软件度量，将该度量用于计算程序的基本的独立路径数目，为确保所有语句至少执行一次的测试数量的上界。独立路径必须包含一条在定义之前不曾用到的边。有以下三种方法计算圈复杂度：1.流图中区域的数量对应于环型的复杂性；2.给定流图G的圈复杂度V(G)，定义为V(G)=E-N+2，E是流图中边的数量，N是流图中结点的数量；3.给定流图G的圈复杂度V(G)，定义为V(G
11、)=P+1，P是流图G中判定结点的数量。第24页，本讲稿共54页对应上面图中的圈复杂度，计算如下：流图中有四个区域；V(G)=11条边-9结点+2=4;V(G)=3个判定结点+1=4。第25页，本讲稿共54页第三步：导出测试用例第三步：导出测试用例 根据上面的计算方法，可得出四个独立的路径：路径1：4-14路径2：4-6-7-14路径3：4-6-8-10-13-4-14路径4：4-6-8-11-13-4-14根据上面的独立路径，去设计输入数据，使程序分别执行到上面四条路径。第26页，本讲稿共54页第四步：准备测试用例第四步：准备测试用例为了确保基本路径集中的每一条路径的执行，根据判断结点给出的
12、条件，选择适当的数据以保证某一条路径可以被测试到，满足上面例子基本路径集的测试用例是：路径1：4-14输入数据：iRecordNum0，或者取iRecordNum0的某一个值预期结果：x0路径2：4-6-7-14输入数据：iRecordNum1,iType0预期结果：x2路径3：4-6-8-10-13-4-14输入数据：iRecordNum1,iType1预期结果：x10路径4：4-6-8-11-13-4-14输入数据：iRecordNum1,iType2预期结果：x20第27页，本讲稿共54页工具方法：图形矩阵工具方法：图形矩阵导出控制流图和决定基本测试路径的过程均需要机械化，为了开发辅助基
13、本路径测试的软件工具，称为图形矩阵(graph matrix)的数据结构很有用。利用图形矩阵可以实现自动地确定一个基本路径集。一个图形矩阵是一个方阵，其行/列数控制流图中的结点数，每行和每列依次对应到一个被标识的结点，矩阵元素对应到结点间的连接（即边）。在图中，控制流图的每一个结点都用数字加以标识，每一条边都用字母加以标识。如果在控制流图中第i个结点到第j个结点有一个名为x的边相连接，则在对应的图形矩阵中第i行/第j列有一个非空的元素x。第28页，本讲稿共54页 对每个矩阵项加入连接权值(link weight)，图矩阵就可以用于在测试中评估程序的控制结构，连接权值为控制流提供了另外的信息。最
14、简单情况下，连接权值是 1(存在连接)或0(不存在连接)，但是，连接权值可以赋予更有趣的属性：1.执行连接(边)的概率。2.穿越连接的处理时间。3.穿越连接时所需的内存。4.穿越连接时所需的资源。第29页，本讲稿共54页根据上面的方法对例子画出图形矩阵如下：连接权为“1”表示存在一个连接，在图中如果一行有两个或更多的元素“1”，则这行所代表的结点一定是一个判定结点，通过连接矩阵中有两个以上（包括两个）元素为“1”的个数，就可以得到确定该图圈复杂度的另一种算法。第30页，本讲稿共54页小结：小结：从上面的概念和例子可以看出要进行上面的白盒测试是需要投入巨大的测试资源，包括人力、物力和时间等。但是
15、为什么还要进行白盒测试呢？原因如下：1.逻辑错误和不正确假设与一条程序路径被运行的可能性成反比。当我们设计和实现主流之外的功能、条件或控制时，错误往往开始出现在我们的工作中。日常处理往往被很好地了解(和很好地细查)，而“特殊情况”的处理则难于发现。2.我们经常相信某逻辑路径不可能被执行，而事实上，它可能在正常的基础上被执行。程序的逻辑流有时是违反直觉的，这意味着我们关于控制流和数据流的一些无意识的假设可能导致设计错误，只有路径测试才能发现这些错误。3.印刷上的错误是随机的。当一个程序被翻译为程序设计语言源代码时，有可能产生某些打印错误，很多将被语法检查机制发现，但是，其他的会在测试开始时才会被
16、发现。打印错误出现在主流上和不明显的逻辑路径上的可能性是一样的。上述任何一条原因都是该进行白盒测试的论据，黑盒测试，不管它多么全面，都可能忽略前面提到的某些类型的错误。正如Beizer所说：“错误潜伏在角落里，聚集在边界上”。白盒测试更可能发现它们。第31页，本讲稿共54页前面所述的基本路径测试技术是控制结构测试技术之一。尽管基本路径测试简单高效，但是，其本身并不充分。下面讨论控制结构测试的其他变种，这些测试覆盖并提高了白盒测试的质量。包括：1.条件测试2.数据流测试3.循环测试。第32页，本讲稿共54页1、条件测试、条件测试 条件测试是检查程序模块中所包含逻辑条件的测试用例设计方法。一个简单
17、条件是一个布尔变量或一个可能带有NOT(“！”)操作符的关系表达式。关系表达式的形式如：E1关系操作符E2 其中E1和E2是算术表达式，而关系操作符是下列之一：“”、“”、“=”、“”(“！=”)、“”、或“”。复杂条件由简单条件、布尔操作符和括弧组成。我们假定可用于复杂条件的布尔算子包括OR“|”，AND“”和NOT“！”，不含关系表达式的条件称为布尔表达式。所以条件的成分类型包括布尔操作符、布尔变量、布尔括弧(括住简单或复杂条件)、关系操作符或算术表达式。第33页，本讲稿共54页 如果条件不正确，则至少有一个条件成分不正确，这样，条件的错误类型如下：1.布尔操作符错误(遗漏布尔操作符，布尔
18、操作符多余或布尔操作符不正确)；2.布尔变量错误；3.布尔括弧错误；4.关系操作符错误；5.算术表达式错误。条件测试方法注重于测试程序中的条件。条件测试策略主要有两个优点：首先，测度条件测试的覆盖率是简单的；其次，程序的条件测试覆盖率为产生另外的程序测试提供了指导。第34页，本讲稿共54页条件测试的目的条件测试的目的 条件测试是测试程序条件错误和程序的其他错误。如果程序的测试集能够有效地检测程序中的条件错误，则该测试集可能也会有效地检测程序中的其他错误。此外，如果测试策略对检测条件错误有效，则它也可能有效地检测程序错误。第35页，本讲稿共54页条件测试策略条件测试策略 分支测试可能是最简单的条
19、件测试策略，对于复合条件C，C的真分支和假分支以及C中的每个简单条件都需要至少执行一次。域测试(Domain testing)要求从有理表达式中导出三个或四个测试，有理表达式的形式如：E1关系操作符E2需要三个测试分别用于计算E1的值是大于、等于或小于E2的值。如果关系操作符错误，而E1和E2正确，则这三个测试能够发现关系算子的错误。为了发现E1和E2的错误，计算E1小于或大于E2的测试应使两个值间的差别尽可能小。有n个变量的布尔表达式需要2n个可能的测试(n0)。这种策略可以发现布尔操作符、变量和括弧的错误，但是只有在n很小时实用。第36页，本讲稿共54页 也可以派生出敏感布尔表达式错误的测
20、试。对于有n个布尔变量(n0)的单布尔表达式(每个布尔变量只出现一次)，可以很容易地产生测试数小于2n的测试集，该测试集能够发现多个布尔操作符错误和其他错误。建议在上述技术之上建立条件测试策略，称为BRO(branch and relational)测试集。测试保证能发现布尔变量和关系操作符只出现一次而且没有公共变量的条件中的分支和条件操作符错误。BRO策略利用条件C的条件约束。有n个简单条件的条件C的条件约束定义为(D1，D2，Dn)，其中Di(0in)表示条件C中第i个简单条件的输出约束。如果C的执行过程中C的每个简单条件的输出都满足D中对应的约束，则称条件C的条件约束D由C的执行所覆盖。
21、对于布尔变量B，B输出的约束说明B必须是真(T)或假(F)。类似地，对于关系表达式，符号、=、用于指定表达式输出的约束。第37页，本讲稿共54页作为简单的例子，考虑条件C1B1B2其中B1和B2是布尔变量。C1的条件约束式如(D1，D2)，其中D1和D2是“T”或“F”，值(T，F)是C1的条件约束，由使B1为真、B2为假的测试所覆盖。BRO测试策略要求约束集(T，T)，(F，T)，(T，F)由C1的执行所覆盖，如果C1由于布尔算子的错误而不正确，至少有一个约束强制C1失败。第38页，本讲稿共54页作为第二个例子，考虑C2B1(E3=E4)其中B1是布尔表达式，而E3和E4是算术表达式。C2的
22、条件约束形式如(D1，D2)，其中D1是“T”或“F”，D2是，=或。除了C2的第二个简单条件是关系表达式以外，C2和C1相同，所以可以修改C1的约束集(T，T)，(F，T)，(T，F)，得到C2的约束集，注意(E3=E4)的“T”意味着“=”，而(E3=E4)的“F”意味着“”或“”。分别用(T，=)和(F，=)替换(T，T)和(F，T)，并用(T，)和(T，)替换(T，F)，就得到C2的约束集(T，=)，(F，=)，(T，)，(T，)。上述条件约束集的覆盖率将保证检测C2的布尔和关系算子的错误。第39页，本讲稿共54页作为第三个例子，考虑C3(E1E2)(E3=E4)其中E1、E2、E3和
23、E4是算术表达式。C3的条件约束形式如(D1，D2)，其中D1和D2是、=或。除了C3的第一个简单条件是关系表达式以外，C3和C2相同，所以可以修改C2的约束集得到C3的约束集，结果为(，=)，(=，=)，(，=)，(，)，(，)上述条件约束集能够保证检测C3的关系操作符的错误。第40页，本讲稿共54页2、数据流测试数据流测试数据流测试方法按照程序中的变量定义和使用的位置来选择程序的测试路径。为了说明数据流测试方法，假设程序的每条语句都赋予了独特的语句号，而且每个函数都不改变其参数和全局变量。对于语句号为S的语句，DEF(S)=X语句S包含X的定义USE(S)=X语句S包含X的使用如果语句S是
24、if或循环语句，它的DEF集为空，而USE集取决于S的条件。如果存在从S到S的路径，并且该路径不含X的其他定义，则称变量X在语句S处的定义在语句S仍有效。第41页，本讲稿共54页变量X的定义使用链(或称DU链)形式如X，S，S，其中S和S是语句号，X在DEF(S)和USE(S)中，而且语句S定义的X在语句S有效。一种简单的数据流测试策略是要求覆盖每个DU链至少一次。我们将这种策略称为DU测试策略。已经证明DU测试并不能保证覆盖程序的所有分支，但是，DU测试不覆盖某个分支仅仅在于如下之类的情况：if-then-else中的then没有定义变量，而且不存在else部分。这种情况下，if语句的els
25、e分支并不需要由DU测试覆盖。数据流测试策略可用于为包含嵌套if和循环语句的程序选择测试路径，为此，考虑使用DU测试为如下的PDL选择测试路径：第42页，本讲稿共54页proc xB1；do while C1if C2thenif C4 then B4；else B5；endif；elseif C3 then B2；else B3；endif；endif；enddo；B6；end proc；第43页，本讲稿共54页为了用DU测试选择控制流图的测试路径，需要知道PDL条件或块中的变量定义和使用。假设变量X定义在块B1，B2，B3，B4和B5的最后一条语句之中，并在块B2，B3，B4，B5和B6的
26、第一条语句中使用。DU测试策略要求执行从每个B(0i5)到Bj(0j6)的最短路径(这样的测试也覆盖了条件C1，C2，C3和C4中的变量使用)。尽管有25条X的DU链，只需5条路径覆盖这些DU链。原因在于可用5条从Bi(0i5)到B6的路径覆盖X的链，而这5条链包含循环的迭代就可以覆盖其他的DU链。注意如果要用分支测试策略为上述的PDL选择测试路径，并不需要另外的信息。为了选择BRO测试的路径，只需知道每个条件和块的结构。(选择程序的路径之后，需要决定该路径是否实用于该程序，即是否存在执行该路径的至少一个输入)。由于变量的定义和使用，程序中的语句都彼此相关，所以数据流测试方法能够有效地发现错误
27、，但是，数据流测试的覆盖率测度和路径选择比条件测试更为困难。第44页，本讲稿共54页 3、循环测试循环测试 循环测试是一种白盒测试技术，注重于循环构造的有效性。有四种循环：简单循环，串接循环，嵌套循环和不规则循环。简单循环嵌套循环串接循环不规则循环第45页，本讲稿共54页简单循环：下列测试集用于简单循环，其中n是允许通过循环的最大次数。整个跳过循环；只有一次通过循环；两次通过循环；m次通过循环，其中mn；n-1，n,n+1次通过循环。第46页，本讲稿共54页嵌套循环：如果将简单循环的测试方法用于嵌套循环，可能的测试数就会随嵌套层数成几何级增加，这会导致不实际的测试数目，下面是一种减少测试数的方
28、法：从最内层循环开始，将其它循环设置为最小值；对最内层循环使用简单循环，而使外层循环的跌代参数（即循环计数）最小，并为范围外或排除的值增加其它测试；由内向外构造下以个循环的测试，但其它的外层循环为最小值，并使其它的嵌套循环为“典型”值；继续直到测试所有的循环。第47页，本讲稿共54页 串接循环：如果串接循环的循环都彼此独立，可是使用嵌套的策略测试。但是如果两个循环串接起来，而第一个循环是第二个循环的初始值，则这两个循环并不是独立的。如果循环不独立，则推荐使用的嵌套循环的方法进行测试。不规则循环：不能测试，尽量重新设计给结构化的程序结构后再进行测试。第48页，本讲稿共54页面向对象的白盒测试面向
29、对象的白盒测试对OO软件的类测试相当于传统软件的单元测试。和传统软件的单元测试不同，他往往关注模块的算法细节和模块接口间流动的数据，OO软件的类测试是由封装在类中的操作和类的状态行为所驱动的。OO软件测试的特点：因为属性和操作是被封装的，对类之外操作的测试通常是徒劳的。封装使对对象的状态快照难于获得。继承也给测试带来了难度，即使是彻底复用的，对每个新的使用语境也需要重新测试。多重继承更增加了需要测试的语境的数量，使测试进一步复杂化。如果从超类导出的测试用例被用于相同的问题域，有可能对超类导出的测试用例集可以用于子类的测试，然而，如果子类被用于完全不同的语境，则超类的测试用例将没有多大用途，必须
30、设计新的测试用例集。第49页，本讲稿共54页类测试一般有两种主要的方式：功能性测试和结构性测试，即对应于传统结构化软件的黑盒测试和白盒测试。功能性测试以类的规格说明为基础，它主要检查类是否符合其规格说明的要求。例如，对于Stack类，即检查它的操作是否满足LIFO规则；结构性测试则从程序出发，它需要考虑其中的代码是否正确，同样是Stack类，就要检查其中代码是否动作正确且至少执行过一次。第50页，本讲稿共54页结构性测试方法（白盒测试）结构性测试方法（白盒测试）结构性测试对类中的方法进行测试，它把类作为一个单元来进行测试。测试分为两层：第一层考虑类中各独立方法的代码；第二层考虑方法之间的相互作
31、用。每个方法的测试要求能针对其所有的输入情况，但这样还不够，只有对这些方法之间的接口也做同样测试，才能认为测试是完整的。对于一个类的测试要保证类在其状态的代表集上能够正确工作，构造函数的参数选择以及消息序列的选择都要满足这一准则。因此，在这两个不同的测试层次上应分别做到：第51页，本讲稿共54页l方法的单独测试：结构性测试的第一层是考虑各独立的方法，这可以与过程的测试采用同样的方法，两者之间最大的差别在于方法改变了它所在实例的状态，这就要取得隐藏的状态信息来估算测试的结果，传给其它对象的消息被忽略，而以桩来代替，并根据所传的消息返回相应的值，测试数据要求能完全覆盖类中代码，可以用传统的测试技术
32、来获取。l方法的综合测试：第二层要考虑一个方法调用本对象类中的其它方法和从一个类向其它类发送信息的情况。单独测试一个方法时，只考虑其本身执行的情况。而没有考虑动作的顺序问题，测试用例中加入了激发这些调用的信息，以检查它们是否正确运行了。对于同一类中方法之间的调用，一般只需要极少甚至不用附加数据，因为方法都是对类进行存取，故这一类测试的准则是要求遍历类的所有主要状态。第52页，本讲稿共54页白盒测试工具：白盒测试工具：内存资源泄漏检查：Numega中的bouncechecker,Rational的Purify等；代码覆盖率检查：Numega中的truecoverage,Rational的Pure
33、coverage，Telelogic公司的logiscope,Macabe公司的Macabe等；开源覆盖率测试软件gCov等。第53页，本讲稿共54页总结：总结：“白盒”法全面了解程序内部逻辑结构、对所有逻辑路径进行测试。“白盒”法是穷举路径测试。在使用这一方案时，测试者必须检查程序的内部结构，从检查程序的逻辑着手，得出测试数据。贯穿程序的独立路径数是天文数字。但即使每条路径都测试了仍然可能有错误。第一、穷举路径测试决不能查出程序违反了设计规范，即程第一、穷举路径测试决不能查出程序违反了设计规范，即程序本身是个错误的程序；序本身是个错误的程序；第二、穷举路径测试不可能查出程序中因遗漏路径而出错。第二、穷举路径测试不可能查出程序中因遗漏路径而出错。第三、穷举路径测试可能发现不了一些与数据相关的错误。第三、穷举路径测试可能发现不了一些与数据相关的错误。第54页，本讲稿共54页