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第5章結(jié)構(gòu)化實(shí)現(xiàn) 通常把編碼和測(cè)試統(tǒng)稱為實(shí)現(xiàn) 所謂編碼就是把軟件設(shè)計(jì)翻譯成計(jì)算機(jī)可以理解的形式 用某種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言書寫的程序 作為軟件工程過程的一個(gè)階段 編碼是設(shè)計(jì)的自然結(jié)果 因此 程序的質(zhì)量主要取決于軟件設(shè)計(jì)的質(zhì)量 但是 所選用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的特點(diǎn)和編碼風(fēng)格 也會(huì)對(duì)程序的可靠性 可讀性 可測(cè)試性和可維護(hù)性產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響 無(wú)論怎樣強(qiáng)調(diào)軟件測(cè)試的重要性和它對(duì)軟件可靠性的影響都不過分 在開發(fā)大型軟件系統(tǒng)的漫長(zhǎng)過程中 面對(duì)著極其錯(cuò)綜復(fù)雜的問題 人的主觀認(rèn)識(shí)不可能完全符合客觀現(xiàn)實(shí) 與工程密切相關(guān)的各類人員之間的通信和配合也不可能完美無(wú)缺 因此 在軟件生命周期的每個(gè)階段都不可避免地會(huì)產(chǎn)生差錯(cuò) 我們力求在每個(gè)階段結(jié)束之前通過嚴(yán)格的技術(shù)審查 盡可能早地發(fā)現(xiàn)并糾正差錯(cuò) 但是 經(jīng)驗(yàn)表明審查并不能發(fā)現(xiàn)所有差錯(cuò) 此外在編碼過程中還不可避免地會(huì)引入新的錯(cuò)誤 如果在軟件投入生產(chǎn)性運(yùn)行之前 沒有發(fā)現(xiàn)并糾正軟件中的大部分差錯(cuò) 則這些差錯(cuò)遲早會(huì)在生產(chǎn)過程中暴露出來(lái) 那時(shí)不僅改正這些錯(cuò)誤的代價(jià)更高 而且往往會(huì)造成很惡劣的后果 測(cè)試的目的就是在軟件投入生產(chǎn)性運(yùn)行之前 盡可能多地發(fā)現(xiàn)軟件中的錯(cuò)誤 目前軟件測(cè)試仍然是保證軟件質(zhì)量的關(guān)鍵步驟 它是對(duì)軟件規(guī)格說(shuō)明 設(shè)計(jì)和編碼的最后復(fù)審 軟件測(cè)試在軟件生命周期中橫跨兩個(gè)階段 通常在編寫出每個(gè)模塊之后就對(duì)它做必要的測(cè)試 稱為單元測(cè)試 模塊的編寫者和測(cè)試者是同一個(gè)人 編碼和單元測(cè)試屬于軟件生命周期的同一個(gè)階段 在這個(gè)階段結(jié)束之后 對(duì)軟件系統(tǒng)還應(yīng)該進(jìn)行各種綜合測(cè)試 這是軟件生命周期中的另一個(gè)獨(dú)立的階段 通常由專門的測(cè)試人員承擔(dān)這項(xiàng)工作 大量統(tǒng)計(jì)資料表明 軟件測(cè)試的工作量往往占軟件開發(fā)總工作量的40 以上 在極端情況 測(cè)試那種關(guān)系人的生命安全的軟件所花費(fèi)的成本 可能相當(dāng)于軟件工程其他步驟總成本的3 5倍 因此 必須高度重視軟件測(cè)試工作 絕不要以為寫出程序之后軟件開發(fā)工作就接近完成了 實(shí)際上 大約還有同樣多的開發(fā)工作量需要完成 僅就測(cè)試而言 它的目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)軟件中的錯(cuò)誤 但是 發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并不是我們的最終目的 軟件工程的根本目標(biāo)是開發(fā)出高質(zhì)量的完全符合用戶需要的軟件 因此 通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤之后還必須診斷并改正錯(cuò)誤 這就是調(diào)試的目的 調(diào)試是測(cè)試階段最困難的工作 在對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行收集和評(píng)價(jià)的時(shí)候 軟件所達(dá)到的可靠性也開始明朗了 軟件可靠性模型使用故障率數(shù)據(jù) 估計(jì)軟件將來(lái)出現(xiàn)故障的情況并預(yù)測(cè)軟件的可靠性 5 1編碼 5 1 1選擇程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 總的說(shuō)來(lái) 高級(jí)語(yǔ)言明顯優(yōu)于匯編語(yǔ)言 因此 除了在很特殊的應(yīng)用領(lǐng)域 例如 對(duì)程度執(zhí)行時(shí)間和使用的空間都有很嚴(yán)格限制的情況 需要產(chǎn)生任意的甚至非法的指令序列 體系結(jié)構(gòu)特殊的微處理機(jī) 以致在這類機(jī)器上通常不能實(shí)現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言編譯程序 或者大型系統(tǒng)中執(zhí)行時(shí)間非常關(guān)鍵的 或直接依賴于硬件的 一小部分代碼需要用匯編語(yǔ)言書寫之外 其他程序應(yīng)該一律用高級(jí)語(yǔ)言書寫 為了使程序容易測(cè)試和維護(hù)以減少生命周期的總成本 選用的高級(jí)語(yǔ)言應(yīng)該有理想的模塊化機(jī)制 以及可讀性好的控制結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 為了便于調(diào)試和提高軟件可靠性 語(yǔ)言特點(diǎn)應(yīng)該使編譯程序能夠盡可能多地發(fā)現(xiàn)程序中的錯(cuò)誤 為了降低軟件開發(fā)和維護(hù)的成本 選用的語(yǔ)言應(yīng)該有良好的獨(dú)立編譯機(jī)制 上述這些要求是選擇語(yǔ)言的理想標(biāo)準(zhǔn) 但是在實(shí)際選用語(yǔ)言時(shí)不能僅僅考慮理論上的標(biāo)準(zhǔn) 還必須同時(shí)考慮實(shí)用方面的各種限制 5 1 2編碼風(fēng)格 源程序代碼的邏輯簡(jiǎn)明清晰 易讀易懂是好程序的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn) 為了做到這一點(diǎn) 應(yīng)該遵循下述規(guī)則 1 程序內(nèi)部的文檔 所謂程序內(nèi)部的文檔包括恰當(dāng)?shù)臉?biāo)識(shí)符 適當(dāng)?shù)淖⒔夂统绦虻囊曈X組織等等 2 數(shù)據(jù)說(shuō)明 雖然在設(shè)計(jì)期間已經(jīng)確定了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的組織和復(fù)雜程度 然而數(shù)據(jù)說(shuō)明的風(fēng)格卻是在寫程序時(shí)確定的 為了使數(shù)據(jù)更容易理解和維護(hù) 有一些比較簡(jiǎn)單的原則應(yīng)該遵循 3 語(yǔ)句構(gòu)造 構(gòu)造語(yǔ)句時(shí)應(yīng)該遵循的原則是 每個(gè)語(yǔ)句都應(yīng)該簡(jiǎn)單而直接 不能為了提高效率而使程序變得過分復(fù)雜 4 輸入 輸出 在設(shè)計(jì)和編寫程序時(shí)應(yīng)該考慮下述有關(guān)輸入 輸出風(fēng)格的規(guī)則 對(duì)所有輸入數(shù)據(jù)都進(jìn)行檢驗(yàn) 檢查輸入項(xiàng)重要組合的合法性 保持輸入格式簡(jiǎn)單 使用數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)記 不要要求用戶指定數(shù)據(jù)的數(shù)目 明確提示交互式輸入的請(qǐng)求 詳細(xì)說(shuō)明可用的選擇或邊界數(shù)值 當(dāng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言對(duì)格式有嚴(yán)格要求時(shí) 應(yīng)保持輸入格式一致 設(shè)計(jì)良好的輸出報(bào)表 給所有輸出數(shù)據(jù)加標(biāo)志 5 效率 效率主要指處理機(jī)時(shí)間和存儲(chǔ)器容量?jī)蓚€(gè)方面 雖然值得提出提高效率的要求 但是在進(jìn)一步討論這個(gè)問題之前應(yīng)該記住三條原則 首先 效率是性能要求 因此應(yīng)該在需求分析階段確定效率方面的要求 軟件應(yīng)該像對(duì)它要求的那樣有效 而不應(yīng)該如同人類可能做到的那樣有效 其次 效率是靠好設(shè)計(jì)來(lái)提高的 第三 程序的效率和程序的簡(jiǎn)單程度是一致的 不要犧牲程序的清晰性和可讀性來(lái)不必要地提高效率 5 2軟件測(cè)試基礎(chǔ) 5 2 1測(cè)試目標(biāo) G Myers給出了關(guān)于測(cè)試的一些規(guī)則 這些規(guī)則也可以看作是測(cè)試的目標(biāo)或定義 測(cè)試是為了發(fā)現(xiàn)程序中的錯(cuò)誤而執(zhí)行程序的過程 好的測(cè)試方案是極可能發(fā)現(xiàn)迄今為止尚未發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤的測(cè)試方案 成功的測(cè)試是發(fā)現(xiàn)了至今為止尚未發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤的測(cè)試 由于測(cè)試的目標(biāo)是暴露程序中的錯(cuò)誤 從心理學(xué)角度看 由程序的編寫者自己進(jìn)行測(cè)試是不恰當(dāng)?shù)?因此 在綜合測(cè)試階段通常由其他人員組成測(cè)試小組來(lái)完成測(cè)試工作 5 2 2黑盒測(cè)試和白盒測(cè)試對(duì)于軟件測(cè)試而言 黑盒測(cè)試法把程序看成一個(gè)黑盒子 完全不考慮程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和處理過程 也就是說(shuō) 黑盒測(cè)試是在程序接口進(jìn)行的測(cè)試 它只檢查程序功能是否能按照規(guī)格說(shuō)明書的規(guī)定正常使用 程序是否能適當(dāng)?shù)亟邮蛰斎霐?shù)據(jù)產(chǎn)生正確的輸出信息 并且保持外部信息 如 數(shù)據(jù)庫(kù)或文件 的完整性 黑盒測(cè)試又稱為功能測(cè)試 與黑盒測(cè)試法相反 白盒測(cè)試法的前提是可以把程序看成裝在一個(gè)透明的白盒子里 也就是完全了解程序的結(jié)構(gòu)和處理過程 這種方法按照程序內(nèi)部的邏輯測(cè)試程序 檢驗(yàn)程序中的每條通路是否都能按預(yù)定要求正確工作 白盒測(cè)試又稱為結(jié)構(gòu)測(cè)試 5 2 3測(cè)試準(zhǔn)則 為了能設(shè)計(jì)出有效的測(cè)試方案 軟件工程師必須充分理解并正確運(yùn)用指導(dǎo)軟件測(cè)試的基本準(zhǔn)則 主要的測(cè)試準(zhǔn)則如下所述 所有的測(cè)試都應(yīng)該能追溯到用戶需求 應(yīng)該在測(cè)試開始之前的相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間 就制定出測(cè)試計(jì)劃 把Pareto原理應(yīng)用于軟件測(cè)試 Pareto原理告訴我們 測(cè)試發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤中的80 很可能是由程序中20 的模塊造成的 測(cè)試應(yīng)該從 小規(guī)模 開始 并逐步進(jìn)行 大規(guī)模 測(cè)試 窮舉測(cè)試是不可能的 為了達(dá)到最佳的測(cè)試效果 應(yīng)該由獨(dú)立的第三方來(lái)從事測(cè)試工作 5 2 4流圖 在設(shè)計(jì)測(cè)試方案時(shí) 往往需要仔細(xì)分析程序的控制流 為了突出表示程序的控制流 可以使用流圖 也稱為程序圖 流圖僅僅描繪程序的控制流程 它完全不表現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的具體操作以及分支或循環(huán)的具體條件 在流圖中用圓表示節(jié)點(diǎn) 一個(gè)圓代表一條或多條語(yǔ)句 程序流程圖中的一個(gè)處理框序列和一個(gè)菱形判定框 可以映射成流圖中的一個(gè)節(jié)點(diǎn) 流圖中的箭頭線稱為邊 它和程序流程圖中的箭頭線類似 代表控制流 在流圖中一條邊必須終止于一個(gè)節(jié)點(diǎn) 即使這個(gè)節(jié)點(diǎn)并不代表任何語(yǔ)句 實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)空語(yǔ)句 由邊和節(jié)點(diǎn)圍成的面積稱為區(qū)域 當(dāng)計(jì)算區(qū)域數(shù)時(shí)應(yīng)該包括圖外部未被圍起來(lái)的那個(gè)區(qū)域 圖5 1舉例說(shuō)明把程序流程圖映射成流圖的方法 圖5 1把程序流程圖映射成流圖 a 程序流程圖 b 流圖 PDL procedure sort 1 dowhilerecordsremain readrecord 2 ifrecordfield1 0 3 thenprocessrecord storeinbuffer incremertcounter 4 elseifrecardfield2 0 5 thenresetcounter 6 elseprocessrecord storeinfile 7a endif endif 7b enddo 8 end 圖5 2由PDL翻譯成的流圖 圖5 3由包含復(fù)合條件的PDL映射成的流圖 5 3邏輯覆蓋 邏輯覆蓋是設(shè)計(jì)白盒測(cè)試方案的一種技術(shù) 設(shè)計(jì)測(cè)試方案是測(cè)試階段的關(guān)鍵技術(shù)問題 所謂測(cè)試方案包括具體的測(cè)試目的 例如 要測(cè)試的具體功能 應(yīng)該輸入的測(cè)試數(shù)據(jù)和預(yù)期的輸出結(jié)果 通常又把測(cè)試數(shù)據(jù)和預(yù)期的輸出結(jié)果稱為測(cè)試用例 不同的測(cè)試數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)程序錯(cuò)誤的能力差別很大 為了提高測(cè)試效率降低測(cè)試成本 應(yīng)該選用高效的測(cè)試數(shù)據(jù) 因?yàn)椴豢赡苓M(jìn)行窮盡的測(cè)試 選用少量 最有效的 測(cè)試數(shù)據(jù) 做到盡可能完備的測(cè)試就更重要了 有選擇地執(zhí)行程序中某些最有代表性的通路是對(duì)窮盡測(cè)試的唯一可行的替代辦法 所謂邏輯覆蓋是對(duì)一系列測(cè)試過程的總稱 這組測(cè)試過程逐漸進(jìn)行越來(lái)越完整的通路測(cè)試 測(cè)試數(shù)據(jù)執(zhí)行 或叫覆蓋 程序邏輯的程度可以劃分成哪些不同的等級(jí) 從覆蓋源程序語(yǔ)句的詳盡程度分析 大致有以下一些不同的覆蓋標(biāo)準(zhǔn) 1 語(yǔ)句覆蓋 為了暴露程序中的錯(cuò)誤 至少每個(gè)語(yǔ)句應(yīng)該執(zhí)行一次 語(yǔ)句覆蓋的含義是 選擇足夠多的測(cè)試數(shù)據(jù) 使被測(cè)程序中每個(gè)語(yǔ)句至少執(zhí)行一次 圖5 4被測(cè)試模塊的流程圖 2 判定覆蓋 判定覆蓋又叫分支覆蓋 它的含義是 不僅每個(gè)語(yǔ)句必須至少執(zhí)行一次 而且每個(gè)判定的每種可能的結(jié)果都應(yīng)該至少執(zhí)行一次 也就是每個(gè)判定的每個(gè)分支都至少執(zhí)行一次 3 條件覆蓋 條件覆蓋的含義是 不僅每個(gè)語(yǔ)句至少執(zhí)行一次 而且使判定表達(dá)式中的每個(gè)條件都取到各種可能的結(jié)果 4 判定 條件覆蓋 既然判定覆蓋不一定包含條件覆蓋 條件覆蓋也不一定包含判定覆蓋 自然會(huì)提出一種能同時(shí)滿足這兩種覆蓋標(biāo)準(zhǔn)的邏輯覆蓋 這就是判定 條件覆蓋 它的含義是 選取足夠多的測(cè)試數(shù)據(jù) 使得判定表達(dá)式中的每個(gè)條件都取到各種可能的值 而且每個(gè)判定表達(dá)式也都取到各種可能的結(jié)果 5 條件組合覆蓋 條件組合覆蓋是更強(qiáng)的邏輯覆蓋標(biāo)準(zhǔn) 它要求選取足夠多的測(cè)試數(shù)據(jù) 使得每個(gè)判定表達(dá)式中條件的各種可能組合都至少出現(xiàn)一次 5 4控制結(jié)構(gòu)測(cè)試 5 4 1基本路徑測(cè)試 基本路徑測(cè)試是TomMcCabe提出的一種白盒測(cè)試技術(shù) 使用這種技術(shù)設(shè)計(jì)測(cè)試用例時(shí) 首先計(jì)算過程設(shè)計(jì)結(jié)果的邏輯復(fù)雜度 并以該復(fù)雜度為指南定義執(zhí)行路徑的基本集合 從該基本集合導(dǎo)出的測(cè)試用例可以保證程序中的每條語(yǔ)句至少執(zhí)行一次 而且每個(gè)條件在執(zhí)行時(shí)都將分別取true 真 和false 假 值 使用基本路徑測(cè)試技術(shù)設(shè)計(jì)測(cè)試用例的步驟如下 1 根據(jù)過程設(shè)計(jì)結(jié)果畫出相應(yīng)的流圖 圖5 5求平均值過程的流圖 PROCEDUREaverage 這個(gè)過程計(jì)算不超過100個(gè)在規(guī)定值域內(nèi)的有效數(shù)字的平均值 同時(shí)計(jì)算有效數(shù)字的總和及個(gè)數(shù) INTERFACERETURNSaverage total input total valid INTERFACECCEPTSvalue minimum maximum TYPEvalue 1 100 ISSCALARARRAY TYPEaverage total input total valid minimum maximum sumISSCALAR TYPEiISINTEGER 1 i 1 total input total valid 0 sum 0 2 DOWHILEvalue i 999 3 ANDtotal input 100 4 incrementtotal inputby1 5 IFvalue i minimum 6 ANDvalue i maximum 7 THENincrementtotal validby1 sum sum value i 8 ENDIF incrementiby1 9 ENDDO 10 IFtotal valid 0 11 THENaverage sum total valid 12 ELSEaverage 999 13 ENDIF ENDaverage 2 計(jì)算流圖的環(huán)形復(fù)雜度 用環(huán)形復(fù)雜度來(lái)定量度量程序的邏輯復(fù)雜性 有了描繪程序控制流的流圖之后 可以用下述三種方法之一來(lái)計(jì)算環(huán)形復(fù)雜度 流圖中的區(qū)域數(shù)等于環(huán)形復(fù)雜度 流圖G的環(huán)形復(fù)雜度V G E N 2 其中E是流圖中邊的條數(shù) N是流圖中節(jié)點(diǎn)數(shù) 流圖G的環(huán)形復(fù)雜度V G P 1 其中P是流圖中判定節(jié)點(diǎn)的數(shù)目 使用上述任何一種方法 都可以計(jì)算出圖5 5所示流圖的環(huán)形復(fù)雜度為6 3 確定線性獨(dú)立路徑的基本集合所謂獨(dú)立路徑 是指至少引入程序的一個(gè)新處理語(yǔ)句集合或一個(gè)新條件的路徑 用流圖術(shù)語(yǔ)描述 獨(dú)立路徑至少包含一條在定義該路徑之前不曾用過的邊 使用基本路徑測(cè)試法設(shè)計(jì)測(cè)試用例時(shí) 程序的環(huán)形復(fù)雜度決定了程序中獨(dú)立路徑的數(shù)量 而且這個(gè)數(shù)是確保程序中所有語(yǔ)句至少被執(zhí)行一次所需的測(cè)試數(shù)量的上界 對(duì)于圖5 5所描述的求平均值過程來(lái)說(shuō) 由于環(huán)形復(fù)雜度為6 因此共有6條獨(dú)立路徑 例如 下面列出了6條獨(dú)立路徑 路徑1 1 2 10 11 13 路徑2 1 2 10 12 13 路徑3 1 2 3 10 11 13 路徑4 1 2 3 4 5 8 9 2 路徑5 1 2 3 4 5 6 8 9 2 路徑6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2 路徑4 5 6后面的省略號(hào) 表示可以后接通過控制結(jié)構(gòu)其余部分的任意路徑 例如 10 11 13 通常在導(dǎo)出測(cè)試用例時(shí) 識(shí)別出判定節(jié)點(diǎn)是很有必要的 本例中節(jié)點(diǎn)2 3 5 6和10是判定節(jié)點(diǎn) 4 設(shè)計(jì)可強(qiáng)制執(zhí)行基本集合中每條路徑的測(cè)試用例 應(yīng)該選取數(shù)據(jù) 使得在測(cè)試每條路徑時(shí)都適當(dāng)?shù)卦O(shè)置好了各個(gè)判定節(jié)點(diǎn)的條件 可以測(cè)試上述基本集合的測(cè)試用例如下 路徑1的測(cè)試用例 Value k 有效輸入值 其中k i i的定義在下面 value i 999 其中2 i 100 預(yù)期結(jié)果 基于k的正確平均值和總數(shù)注意 路徑1無(wú)法獨(dú)立測(cè)試 必須作為路徑4 5和6的一部分來(lái)測(cè)試 路徑2的測(cè)試用例 value 1 999 預(yù)期結(jié)果 average 999 其他都保持初始值 路徑5的測(cè)試用例 value i 有效輸入值 其中i 100 value k maximum 其中k I預(yù)期結(jié)果 其于k的正確平均值和總數(shù) 路徑6的測(cè)試用例 value i 有效輸入值 其中i 100預(yù)期結(jié)果 正確的平均值和總數(shù) 5 4 2條件測(cè)試 盡管基本路徑測(cè)試技術(shù)簡(jiǎn)單而且高效 但是僅有這種技術(shù)還不夠 還需要使用其他控制結(jié)構(gòu)測(cè)試技術(shù) 才能進(jìn)一步提高白盒測(cè)試的質(zhì)量 用條件測(cè)試技術(shù)設(shè)計(jì)出的測(cè)試用例 能夠檢查程序模塊中包含的邏輯條件 一個(gè)簡(jiǎn)單條件是一個(gè)布爾變量或一個(gè)關(guān)系表達(dá)式 在布爾變量或關(guān)系表達(dá)式之前還可能有一個(gè)NOT 算符 關(guān)系表達(dá)式的形式如下 E1 關(guān)系算符 E2 其中 E1和E2是算術(shù)表達(dá)式 而 關(guān)系算符 是下列算符之一 或 復(fù)合條件由兩個(gè)或多個(gè)簡(jiǎn)單條件 布爾算符和括弧組成 布爾算符有OR AND 和NOT 不包含關(guān)系表達(dá)式的條件稱為布爾表達(dá)式 在上述種種條件測(cè)試技術(shù)的基礎(chǔ)上 K C Tai提出了一種被稱為BRO BranchandRelationalOperalor 測(cè)試的條件測(cè)試策略 如果在條件中所有布爾變量和關(guān)系算符都只出現(xiàn)一次而且沒有公共變量 則BRO測(cè)試保證能發(fā)現(xiàn)該條件中的分支錯(cuò)和關(guān)系算符錯(cuò) BRO測(cè)試?yán)脳l件C的條件約束來(lái)設(shè)計(jì)測(cè)試用例 包含n個(gè)簡(jiǎn)單條件的條件C的條件約束定義為 D1 D2 Dn 其中D i 0 i n 表示條件C中第i個(gè)簡(jiǎn)單條件的輸出約束 如果在條件C的一次執(zhí)行過程中 C中每個(gè)簡(jiǎn)單條件的輸出都滿足D中對(duì)應(yīng)的約束 則稱C的這次執(zhí)行覆蓋了C的條件約束D 對(duì)于布爾變量B來(lái)說(shuō) B的輸出約束指出 B必須是真 t 或假 f 類似地 對(duì)于關(guān)系表達(dá)式來(lái)說(shuō) 用符號(hào) 和 指定表達(dá)式的輸出約束 作為一個(gè)例子 考慮下列條件 C1 B1 B2 其中 B1和B2是布爾變量 C1的條件約束形式為 D1 D2 其中D1和D2中的每一個(gè)都是 t 或 f 值 t f 是C1的一個(gè)條件約束 并由使B1值為真B2值為假的測(cè)試所覆蓋 BRO測(cè)試策略要求 約束集 t t f t t f 被C1的執(zhí)行所覆蓋 如果C1因布爾算符錯(cuò)誤而不正確 則至少上述約束集中的一個(gè)約束將迫使C1失敗 5 4 3數(shù)據(jù)流測(cè)試 數(shù)據(jù)流測(cè)試方法根據(jù)程序中變量定義和使用的位置 選擇程序的測(cè)試路徑 為了說(shuō)明數(shù)據(jù)流測(cè)試方法 假設(shè)已賦予程序每條語(yǔ)句一個(gè)唯一的語(yǔ)句號(hào) 而且每個(gè)函數(shù)都不修改它的參數(shù)或全局變量 對(duì)于語(yǔ)句號(hào)為S的語(yǔ)句 DEF S X 語(yǔ)句S包含變量X的定義 USE S X 語(yǔ)句S使用變量X 如果S是if或循環(huán)語(yǔ)句 則它的DEF集為空 而它的USE集取決于S的條件 如果存在從語(yǔ)句S到語(yǔ)句S 的路徑 而且在該路徑中不包含X的任何其他定義 則稱變量X在語(yǔ)句S中的定義在語(yǔ)句S 仍然有效 變量X的定義 使用鏈 或稱為DU鏈 的形式為 X S S 其中S和S 是語(yǔ)句號(hào) X在集合DEF S 和USE S 中 而且在語(yǔ)句S中對(duì)X的定義在語(yǔ)句S 仍然有效 一種簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)流測(cè)試策略要求 每個(gè)DU鏈至少被覆蓋一次 這種策略稱為DU測(cè)試策略 5 4 4循環(huán)測(cè)試 循環(huán)測(cè)試是一種白盒測(cè)試技術(shù) 它專注于測(cè)試循環(huán)結(jié)構(gòu)的有效性 在結(jié)構(gòu)化的程序中通常只有三種循環(huán) 分別是簡(jiǎn)單循環(huán) 串接循環(huán)和嵌套循環(huán) 如圖5 6所示 下面分別討論不同類型循環(huán)的測(cè)試方法 1 簡(jiǎn)單循環(huán) 應(yīng)該使用下列測(cè)試集來(lái)測(cè)試簡(jiǎn)單循環(huán) 其中n是允許通過循環(huán)的最大次數(shù) 跳過循環(huán) 只通過循環(huán)一次 通過循環(huán)兩次 通過循環(huán)m次 其中m n 1 通過循環(huán)n 1 n n 1次 2 嵌套循環(huán) 如果把簡(jiǎn)單循環(huán)的測(cè)試方法直接應(yīng)用到嵌套循環(huán) 可能的測(cè)試數(shù)就會(huì)隨嵌套層數(shù)的增加按幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng) 這會(huì)導(dǎo)致不切實(shí)際的測(cè)試數(shù)目 B Beizer提出了一種能減少測(cè)試數(shù)的方法 從最內(nèi)層循環(huán)開始測(cè)試 把所有其他循環(huán)都設(shè)置為最小值 對(duì)最內(nèi)層循環(huán)使用簡(jiǎn)單循環(huán)測(cè)試方法 而使外層循環(huán)的迭代參數(shù) 例如 循環(huán)計(jì)數(shù)器 取最小值 并為越界值或非法值增加一些額外的測(cè)試 由內(nèi)向外 對(duì)下一個(gè)循環(huán)進(jìn)行測(cè)試 但保持所有其他外層循環(huán)為最小值 其他嵌套循環(huán)為 典型 值 繼續(xù)進(jìn)行下去 直到測(cè)試完所有循環(huán) 3 串接循環(huán) 如果串接循環(huán)的各個(gè)循環(huán)都彼此獨(dú)立 則可以使用前述的測(cè)試簡(jiǎn)單循環(huán)的方法來(lái)測(cè)試串接循環(huán) 但是 如果兩個(gè)循環(huán)串接 而且第一個(gè)循環(huán)的循環(huán)計(jì)數(shù)器值是第二個(gè)循環(huán)的初始值 則這兩個(gè)循環(huán)并不是獨(dú)立的 當(dāng)循環(huán)不獨(dú)立時(shí) 建議使用測(cè)試嵌套循環(huán)的方法來(lái)測(cè)試串接循環(huán) 圖5 6三種循環(huán) 5 5黑盒測(cè)試技術(shù) 黑盒測(cè)試著重測(cè)試軟件的功能需求 也就是說(shuō) 黑盒測(cè)試讓軟件工程師設(shè)計(jì)出能充分檢查程序所有功能需求的輸入條件集 黑盒測(cè)試并不能取代白盒測(cè)試技術(shù) 它是與白盒測(cè)試互補(bǔ)的方法 它很可能發(fā)現(xiàn)白盒測(cè)試不易發(fā)現(xiàn)的其他不同類型的錯(cuò)誤 黑盒測(cè)試力圖發(fā)現(xiàn)下述類型的錯(cuò)誤 功能不正確或遺漏了功能 界面錯(cuò)誤 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤或外部數(shù)據(jù)庫(kù)訪問錯(cuò)誤 性能錯(cuò)誤 初始化和終止錯(cuò)誤 白盒測(cè)試在測(cè)試過程的早期階段進(jìn)行 而黑盒測(cè)試主要用于測(cè)試過程的后期 黑盒測(cè)試故意不考慮程序的控制結(jié)構(gòu) 而把注意力集中于信息域 5 5 1等價(jià)劃分 等價(jià)劃分是一種黑盒測(cè)試方法 這種方法把程序的輸入域劃分成數(shù)據(jù)類 據(jù)此可以導(dǎo)出測(cè)試用例 一個(gè)理想的測(cè)試用例能獨(dú)自發(fā)現(xiàn)一類錯(cuò)誤 例如 對(duì)所有字符數(shù)據(jù)的處理都不正確 如果把所有可能的輸入數(shù)據(jù) 有效的和無(wú)效的 劃分成若干個(gè)等價(jià)類 則可以合理地做出下述假定 每類中的一個(gè)典型值在測(cè)試中的作用與這一類中所有其他值的作用相同 因此 可以從每個(gè)等價(jià)類中只取一組數(shù)據(jù)作為測(cè)試數(shù)據(jù) 這樣選取的測(cè)試數(shù)據(jù)最有代表性 最可能發(fā)現(xiàn)程序中的錯(cuò)誤 使用等價(jià)劃分法設(shè)計(jì)測(cè)試方案首先需要?jiǎng)澐州斎霐?shù)據(jù)的等價(jià)類 為此需要研究程序的功能說(shuō)明 從而確定輸入數(shù)據(jù)的有效等價(jià)類和無(wú)效等價(jià)類 在確定輸入數(shù)據(jù)的等價(jià)類時(shí)常常還需要分析輸出數(shù)據(jù)的等價(jià)類 以便根據(jù)輸出數(shù)據(jù)的等價(jià)類導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的輸入數(shù)據(jù)等價(jià)類 劃分等價(jià)類需要經(jīng)驗(yàn) 下述幾條啟發(fā)式規(guī)則可能有助于等價(jià)類的劃分 如果規(guī)定了輸入值的范圍 則可劃分出一個(gè)有效的等價(jià)類 輸入值在此范圍內(nèi) 兩個(gè)無(wú)效的等價(jià)類 輸入值小于最小值或大于最大值 如果規(guī)定了輸入數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù) 則類似地也可以劃分出一個(gè)有效的等價(jià)類和兩個(gè)無(wú)效的等價(jià)類 如果規(guī)定了輸入數(shù)據(jù)的一組值 而且程序?qū)Σ煌斎胫底霾煌幚?則每個(gè)允許的輸入值是一個(gè)有效的等價(jià)類 此外還有一個(gè)無(wú)效的等價(jià)類 任一個(gè)不允許的輸入值 如果規(guī)定了輸入數(shù)據(jù)必須遵循的規(guī)則 則可以劃分出一個(gè)有效的等價(jià)類 符合規(guī)則 和若干個(gè)無(wú)效的等價(jià)類 從各種不同角度違反規(guī)則 如果規(guī)定了輸入數(shù)據(jù)為整型 則可以劃分出正整數(shù) 零和負(fù)整數(shù)等三個(gè)有效類 如果程序的處理對(duì)象是表格 則應(yīng)該使用空表 以及含一項(xiàng)或多項(xiàng)的表 劃分出等價(jià)類以后 等價(jià)類設(shè)計(jì)測(cè)試方案時(shí)主要使用下面兩個(gè)步驟 設(shè)計(jì)一個(gè)新的測(cè)試方案以盡可能多地覆蓋尚未被覆蓋的有效等價(jià)類 復(fù)重這一步驟直到所有有效等價(jià)類都被覆蓋為止 設(shè)計(jì)一個(gè)新的測(cè)試方案 使它覆蓋一個(gè)而且只覆蓋一個(gè)尚未被覆蓋的無(wú)效等價(jià)類 重復(fù)這一步驟直到所有無(wú)效等價(jià)類都被覆蓋為止 下面用等價(jià)劃分法設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單程序的測(cè)試方案 假設(shè)有一個(gè)把數(shù)字串轉(zhuǎn)變成整數(shù)的函數(shù) 運(yùn)行程序的計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)16位 用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示整數(shù) 這個(gè)函數(shù)是用PASCAL語(yǔ)言編寫的 它的說(shuō)明如下 functionstrtoint dstr shortstr integer 函數(shù)的參數(shù)類型是shortstr 它的說(shuō)明是 typeshortstr array 1 6 ofchar 被處理的數(shù)字串是右對(duì)齊的 也就是說(shuō) 如果數(shù)字串比六個(gè)字符短 則在它的左邊補(bǔ)空格 如果數(shù)字串是負(fù)的 則負(fù)號(hào)和最高位數(shù)字緊相鄰 負(fù)號(hào)在最高位數(shù)字左邊一位 考慮到PASCAL編譯程序固有的檢錯(cuò)功能 測(cè)試時(shí)不需要使用長(zhǎng)度不等于6的數(shù)組做實(shí)在參數(shù) 更不需要使用任何非字符數(shù)組類型的實(shí)在參數(shù) 分析這個(gè)程序的規(guī)格說(shuō)明 可以劃分出如下等價(jià)類 1 有效輸入的等價(jià)類有 1 6個(gè)數(shù)字字符組成的數(shù)字串 最高位數(shù)字不是零 最高位數(shù)字是零的數(shù)字串 最高位數(shù)字左鄰是負(fù)號(hào)的數(shù)字串 2 無(wú)效輸入的等價(jià)類有 空字符串 全是空格 左部填充的字符既不是零也不是空格 最高位數(shù)字右面由數(shù)字和空格混合組成 最高位數(shù)字右面由數(shù)字和其他字符混合組成 負(fù)號(hào)與最高位數(shù)字之間有空格 3 合法輸出的等價(jià)類有 在計(jì)算機(jī)能表示的最小負(fù)整數(shù)和零之間的負(fù)整數(shù) 零 在零和計(jì)算機(jī)能表示的最大正整數(shù)之間的正整數(shù) 4 非法輸出的等價(jià)類有 比計(jì)算機(jī)能表示的最小負(fù)整數(shù)還小的負(fù)整數(shù) 比計(jì)算機(jī)能表示的最大正整數(shù)還大的正整數(shù) 因?yàn)樗玫挠?jì)算機(jī)字長(zhǎng)16位 用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示整數(shù) 所以能表示的最小負(fù)整數(shù)是 32768 能表示的最大正整數(shù)是32767 根據(jù)上面劃分出的等價(jià)類 可以設(shè)計(jì)出下述測(cè)試方案 注意 每個(gè)測(cè)試方案由三部分內(nèi)容組成 1 6個(gè)數(shù)字組成的數(shù)字串 輸出是合法的正整數(shù) 輸入 1 預(yù)期的輸出 1 最高位數(shù)字是零的數(shù)字串 輸出是合法的正整數(shù) 輸入 000001 預(yù)期的輸出 1 負(fù)號(hào)與最高位數(shù)字緊相鄰 輸出合法的負(fù)整數(shù) 輸入 00001 預(yù)期的輸出 1 最高位數(shù)字是零 輸出也是零 輸入 000000 預(yù)期的輸出 0 太小的負(fù)整數(shù) 輸入 47561 預(yù)期的輸出 錯(cuò)誤 無(wú)效輸入 太大的正整數(shù) 輸入 132767 預(yù)期的輸出 錯(cuò)誤 無(wú)效輸入 空字符串 輸入 預(yù)期的輸出 錯(cuò)誤 沒有數(shù)字 字符串左部字符既不是零也不是空格 輸入 1 預(yù)期的輸出 錯(cuò)誤 填充錯(cuò) 最高位數(shù)字后面有空格 輸入 12 預(yù)期的輸出 錯(cuò)誤 無(wú)效輸入 最高位數(shù)字后面有其他字符 輸入 1 2 預(yù)期的輸出 錯(cuò)誤 無(wú)效輸入 負(fù)號(hào)和最高位數(shù)字之間有空格 輸入 12 預(yù)期的輸出 錯(cuò)誤 負(fù)號(hào)位置錯(cuò) 5 5 2邊界值分析 經(jīng)驗(yàn)表明 處理邊界情況時(shí)程序最容易發(fā)生錯(cuò)誤 例如 許多程序錯(cuò)誤出現(xiàn)在下標(biāo) 純量 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和循環(huán)等的邊界附近 因此 設(shè)計(jì)使程序運(yùn)行在邊界情況附近的測(cè)試方案 暴露出程序錯(cuò)誤的可能性更大一些 使用邊界值分析方法設(shè)計(jì)測(cè)試方案首先應(yīng)該確定邊界情況 這需要經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)造性 通常輸入等價(jià)類和輸出等價(jià)類的邊界 就是應(yīng)該著重測(cè)試的程序邊界情況 選取的 測(cè)試數(shù)據(jù)應(yīng)該剛好等于 剛剛小于和剛剛大于邊界值 也就是說(shuō) 按照邊界值分析法 應(yīng)該選取剛好等于 稍小于和稍大于等價(jià)類邊界值的數(shù)據(jù)作為測(cè)試數(shù)據(jù) 而不是選取每個(gè)等價(jià)類內(nèi)的典型值或任意值作為測(cè)試數(shù)據(jù) 5 5 3錯(cuò)誤推測(cè)錯(cuò)誤推測(cè)法在很大程度上靠直覺和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行 它的基本想法是列舉出程序中可能有的錯(cuò)誤和容易發(fā)生錯(cuò)誤的特殊情況 并且根據(jù)它們選擇測(cè)試方案 5 6測(cè)試策略 5 6 1測(cè)試步驟 從過程的觀點(diǎn)考慮測(cè)試 在軟件工程環(huán)境中的測(cè)試過程 實(shí)際上是順序進(jìn)行的四個(gè)步驟的序列 最開始 著重測(cè)試每個(gè)單獨(dú)的模塊 以確保它作為一個(gè)單元來(lái)說(shuō)功能是正確的 因些 這種測(cè)試稱為單元測(cè)試 單元測(cè)試大量使用白盒測(cè)試技術(shù) 檢查模塊控制結(jié)構(gòu)中的特定路徑 以確保做到完全覆蓋并發(fā)現(xiàn)最大數(shù)量的錯(cuò)誤 接下來(lái) 必須把模塊裝配 即集成 在一起形成完整的軟件包 在裝配的同時(shí)進(jìn)行測(cè)試 因此稱為集成測(cè)試 集成測(cè)試同時(shí)解決程序驗(yàn)證和程序構(gòu)造這兩個(gè)問題 在集成過程中最常用的是黑盒測(cè)試用例設(shè)計(jì)技術(shù) 當(dāng)然 為了保證覆蓋主要的控制路徑 也可能使用一定數(shù)量的白盒測(cè)試 在軟件集成完成之后 還需要進(jìn)行一系列高級(jí)測(cè)試 必須測(cè)試在需求分析階段確定下來(lái)的確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn) 確認(rèn)測(cè)試是對(duì)軟件滿足所有功能的 行為的和性能的需求的最終保證 在確認(rèn)測(cè)試過程中僅使用黑盒測(cè)試技術(shù) 5 6 2單元測(cè)試 通常 單元測(cè)試和編碼屬于軟件工程過程的同一個(gè)階段 在編寫出源程序代碼并通過了編譯程序的語(yǔ)法檢查之后 可以應(yīng)用人工測(cè)試和計(jì)算機(jī)測(cè)試這樣兩種類型的測(cè)試 完成單元測(cè)試工作 這兩種類型的測(cè)試各有所長(zhǎng) 互相補(bǔ)充 下面分別討論人工測(cè)試和計(jì)算機(jī)測(cè)試的問題 1 代碼審查 人工測(cè)試源程序可以由編寫者本人非正式地進(jìn)行 也可以由審查小組正式進(jìn)行 后者稱為代碼審查 它是一種非常有效的程序驗(yàn)證技術(shù) 對(duì)于典型的程序來(lái)說(shuō) 可以查出30 70 的邏輯設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和編碼錯(cuò)誤 審查小組最好由下述四人組成 組長(zhǎng) 他應(yīng)該是一個(gè)很有能力的程序員 而且沒有直接參與這項(xiàng)工程 程序的設(shè)計(jì)者 程序的編寫者 程序的測(cè)試者 實(shí)踐表明 對(duì)于查找某些類型的錯(cuò)誤來(lái)說(shuō) 人工測(cè)試比計(jì)算機(jī)測(cè)試更有效 對(duì)于其他類型的錯(cuò)誤來(lái)說(shuō)則剛好相反 因此 人工測(cè)試和計(jì)算機(jī)測(cè)試是互相補(bǔ)充 相輔相成的 缺少其中任何一種方法都會(huì)使查找錯(cuò)誤的效率降低 2 測(cè)試軟件 模塊并不是一個(gè)獨(dú)立的程序 因此必須為每個(gè)單元測(cè)試開發(fā)驅(qū)動(dòng)軟件和 或 存根軟件 通常驅(qū)動(dòng)程序也就是一個(gè) 主程序 它接收測(cè)試數(shù)據(jù) 把這些數(shù)據(jù)傳送給被測(cè)試的模塊 并且印出有關(guān)的結(jié)果 存根程序代替被測(cè)試的模塊所調(diào)用的模塊 因此存根程序也可以稱為 虛擬子程序 它使用被它代替的模塊的接口 可能做最少量的數(shù)據(jù)操作 印出對(duì)入口的檢驗(yàn)或操作結(jié)果 并且把控制歸還給調(diào)用它的模塊 圖5 7正文加工系統(tǒng)的層次圖 I TESTSTUB 測(cè)試正文編輯模塊用的存根程序 初始化 輸出信息 進(jìn)入了正文編輯程序 輸出 輸入的控制信息是 CFUNCT 輸出緩沖區(qū)中的字符串 IFCFUNCT CHANGE THEN 把緩沖區(qū)中第二個(gè)字改為 ELSE 在緩沖區(qū)的尾部加 ENDIF 輸出緩沖區(qū)中的新字符串 ENDTESTSTUB TESTDRIVER 測(cè)試正文編輯模塊用的驅(qū)動(dòng)程序 說(shuō)明長(zhǎng)度為2500個(gè)字符的一個(gè)緩沖區(qū) 把CFUNCT置為希望測(cè)試的狀態(tài) 輸入字符串 調(diào)用正文編輯模塊 停止或再次初啟 ENDTESTDRIVER 5 6 3集成測(cè)試 集成測(cè)試是測(cè)試和組裝軟件的系統(tǒng)化技術(shù) 在把模塊按照設(shè)計(jì)要求組裝起來(lái)的同時(shí)進(jìn)行測(cè)試 主要目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)與接口有關(guān)的問題 由模塊組裝成程序時(shí)有兩種方法 一種方法是先分別測(cè)試每個(gè)模塊 再把所有模塊按設(shè)計(jì)要求放在一起結(jié)合成所要的程序 這種方法稱為非漸增式測(cè)試方法 另一種方法是把下一個(gè)要測(cè)試的模塊同已經(jīng)測(cè)試好的那些模塊結(jié)合起來(lái)進(jìn)行測(cè)試 測(cè)試完以后再把下一個(gè)應(yīng)該測(cè)試的模塊結(jié)合進(jìn)來(lái)測(cè)試 這種每次增加一個(gè)模塊的方法稱為漸增式測(cè)試 1 自頂向下集成 自頂向下的集成 結(jié)合 方法是一個(gè)日益為人們廣泛采用的組裝軟件的途徑 從主控制模塊 主程序 開始 沿著軟件的控制層次向下移動(dòng) 從而逐漸把各個(gè)模塊結(jié)合起來(lái) 在把附屬于 以及最終附屬于 主控制模塊的那些模塊組裝到軟件結(jié)構(gòu)中去時(shí) 或者使用深度優(yōu)先的策略 或者使用寬度優(yōu)先的策略 把模塊結(jié)合進(jìn)軟件結(jié)構(gòu)的具體過程由下述四個(gè)步驟完成 對(duì)主控制模塊進(jìn)行測(cè)試 測(cè)試時(shí)用存根程序代替所有直接附屬于主控制模塊的模塊 根據(jù)選定的結(jié)合策略 深度優(yōu)先或?qū)挾葍?yōu)先 每次用一個(gè)實(shí)際模塊代換一個(gè)存根程序 新結(jié)合進(jìn)來(lái)的模塊往往又需要新的存根程序 在結(jié)合進(jìn)一個(gè)模塊的同時(shí)進(jìn)行測(cè)試 為了保證加入模塊沒有引進(jìn)新的錯(cuò)誤 可能需要進(jìn)行回歸測(cè)試 即 全部或部分地重復(fù)以前做過的測(cè)試 從第二步開始不斷地重復(fù)進(jìn)行上述過程 直到構(gòu)造起完整的軟件結(jié)構(gòu)為止 圖5 8自頂向下結(jié)合 2 自底向上集成 自底向上測(cè)試從 原子 模塊 即在軟件結(jié)構(gòu)最低層的模塊 開始組裝和測(cè)試 因?yàn)槭菑牡撞肯蛏辖Y(jié)合模塊 總能得到需要的下層模塊處理功能 所以不需要存根程序 用下述步驟可以實(shí)現(xiàn)自底向上的結(jié)合策略 把低層模塊組合成實(shí)現(xiàn)某個(gè)特定的軟件子功能的簇 寫一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序 用于測(cè)試的控制程序 協(xié)調(diào)測(cè)試數(shù)據(jù)的輸入和輸出 對(duì)由模塊組成的子功能簇進(jìn)行測(cè)試 去掉驅(qū)動(dòng)程序 沿軟件結(jié)構(gòu)自下向上移動(dòng) 把子功能簇組合起來(lái)形成更大的子功能簇 上述第2步到第4步實(shí)質(zhì)上構(gòu)成了一個(gè)循環(huán) 圖5 9自底向上結(jié)合 3 回歸測(cè)試 每當(dāng)一個(gè)新模塊作為集成測(cè)試的一部分加進(jìn)來(lái)的時(shí)候 軟件就發(fā)生了變化 建立了新的數(shù)據(jù)流路徑 可能出現(xiàn)了新的I O操作 激活了新的控制邏輯 這些變化可能使原來(lái)工作正常的功能出現(xiàn)問題 在集成測(cè)試的范疇中 所謂回歸測(cè)試是指重新執(zhí)行已經(jīng)做過的測(cè)試的某個(gè)子集 以保證上述這些變化沒有帶來(lái)非預(yù)期的副作用 回歸測(cè)試集 已執(zhí)行過的測(cè)試用例的子集 包括下述三種不同的測(cè)試用例 檢測(cè)軟件全部功能的代表性測(cè)試用例 專門針對(duì)可能受修改影響的軟件功能的附加測(cè)試 針對(duì)被修改過的軟件成分的測(cè)試 4 不同集成測(cè)試策略的比較 自頂向下測(cè)試方法的主要優(yōu)點(diǎn)是不需要測(cè)試驅(qū)動(dòng)程序 能夠在測(cè)試階段的早期實(shí)現(xiàn)并驗(yàn)證系統(tǒng)的主要功能 而且能在早期發(fā)現(xiàn)上層模塊的接口錯(cuò)誤 自頂向下測(cè)試方法的主要缺點(diǎn)是需要存根程序 可能遇到與此相聯(lián)系的測(cè)試?yán)щy 低層關(guān)鍵模塊中的錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)較晚 而且用這種方法在早期不能充分展開人力 可以看出 自底向上測(cè)試方法的優(yōu)缺點(diǎn)與上述自頂向下測(cè)試方法的優(yōu)缺點(diǎn)剛好相反 在測(cè)試實(shí)際的軟件系統(tǒng)時(shí) 應(yīng)該根據(jù)軟件的特點(diǎn)以及工程進(jìn)度安排 選用適當(dāng)?shù)臏y(cè)試策略 一般說(shuō)來(lái) 純粹自頂向下或純粹自底向上的策略可能都不實(shí)用 人們?cè)趯?shí)踐中創(chuàng)造出許多混合策略 5 6 4確認(rèn)測(cè)試 確認(rèn)測(cè)試也稱為驗(yàn)收測(cè)試 它的目標(biāo)是驗(yàn)證軟件的有效性 上面我們使用了確認(rèn) Validation 和驗(yàn)證 Verification 這樣兩個(gè)不同的術(shù)語(yǔ) 為了避免混淆 首先扼要地解釋一下這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)的含義 通常 驗(yàn)證指的是保證軟件正確地實(shí)現(xiàn)了某一特定要求的一系列活動(dòng) 而確認(rèn)指的是保證軟件的實(shí)現(xiàn)滿足了用戶需求的一系列活動(dòng) 1 確認(rèn)測(cè)試的范圍 確認(rèn)測(cè)試必須有用戶積極參與 或者以用戶為主進(jìn)行 2 軟件配置復(fù)查 確認(rèn)測(cè)試的一個(gè)重要內(nèi)容是復(fù)查軟件配置 3 Alpha和Beta測(cè)試 如果一個(gè)軟件是為許多客戶開發(fā)的 例如 向大眾出售的盒裝軟件產(chǎn)品 那么讓每個(gè)客戶都進(jìn)行正式的驗(yàn)收測(cè)試是不現(xiàn)實(shí)的 在這種情況下 絕大多數(shù)軟件開發(fā)商都使用被稱為Alpha測(cè)試和Beta測(cè)試的過程 來(lái)發(fā)現(xiàn)那些看起來(lái)只有最終用戶才能發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤 Alpha測(cè)試由用戶在開發(fā)者的場(chǎng)所進(jìn)行 并且在開發(fā)者對(duì)用戶的 指導(dǎo) 下進(jìn)行測(cè)試 開發(fā)者負(fù)責(zé)記錄錯(cuò)誤和使用中遇到的問題 總之 Alpha測(cè)試是在受控的環(huán)境中進(jìn)行的 Beta測(cè)試由軟件的最終用戶們?cè)谝粋€(gè)或多個(gè)客戶場(chǎng)所進(jìn)行 與Alpha測(cè)試不同 開發(fā)者通常不在Beta測(cè)試的現(xiàn)場(chǎng) 因此 Beta測(cè)試是軟件在開發(fā)者不能控制的環(huán)境中的 真實(shí) 應(yīng)用 用戶記錄下在Beta測(cè)試過程中遇到的一切問題 真實(shí)的或想像的 并且定期把這些問題報(bào)告給開發(fā)者 接收到Beta測(cè)試期間報(bào)告的問題之后 軟件開發(fā)者對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行修改 并準(zhǔn)備向全體客戶發(fā)布最終的軟件產(chǎn)品 5 7調(diào)試 調(diào)試 也稱為糾錯(cuò) 作為成功的測(cè)試的后果而出現(xiàn) 也就是說(shuō) 調(diào)試是在測(cè)試發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤之后排除錯(cuò)誤的過程 5 7 1調(diào)試過程 調(diào)試不是測(cè)試 但是它總是發(fā)生在測(cè)試之后 如圖5 10所示 調(diào)試過程從執(zhí)行一個(gè)測(cè)試用例開始 評(píng)估測(cè)試結(jié)果 如果發(fā)現(xiàn)實(shí)際結(jié)果與預(yù)期結(jié)果不一致 則這種不一致就是一個(gè)癥狀 它表明在軟件中存在著隱藏的問題 調(diào)試過程試圖找出產(chǎn)生癥狀的原因 以便改正錯(cuò)誤 圖5 10調(diào)試過程 5 7 2調(diào)試途徑 無(wú)論采用什么方法 調(diào)試的根本目標(biāo)都是尋找軟件錯(cuò)誤的原因并改正之 這個(gè)目標(biāo)是通過把系統(tǒng)地評(píng)估 直覺和運(yùn)氣組合起來(lái)實(shí)現(xiàn)的 一般來(lái)說(shuō) 有下列三種調(diào)試途徑可以采用 蠻干法 回溯法 原因排除法 5 8軟件可靠性 5 8 1基本概念 1 軟件可靠性的定義 對(duì)于軟件可靠性有許多不同的定義 其中多數(shù)人承認(rèn)的一個(gè)定義是 軟件可靠性是程序在給定的時(shí)間間隔內(nèi) 按照規(guī)格說(shuō)明書的規(guī)定成功地運(yùn)行的概率 2 軟件的可用性 通常用戶也很關(guān)注軟件系統(tǒng)可以使用的程度 一般來(lái)說(shuō) 對(duì)于任何其故障是可以修復(fù)的系統(tǒng) 都應(yīng)該同時(shí)使用可靠性和可用性衡量它的優(yōu)劣程度 軟件可用性的一個(gè)定義是 軟件可用性是程序在給定的時(shí)間點(diǎn) 按照規(guī)格說(shuō)明書的規(guī)定 成功地運(yùn)行的概率 如果在一段時(shí)間內(nèi) 軟件系統(tǒng)故障停機(jī)時(shí)間分別為td1 td2 正常運(yùn)行時(shí)間分別為tu1 tu2 則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)可用性為 其中Tup tui Tdown tdi 如果引入系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間MTTF和平均維修時(shí)間MTTR的概念 則 5 1 式可以變成 平均維修時(shí)間MTTR是修復(fù)一個(gè)故障平均需要用的時(shí)間 它取決于維護(hù)人員的技術(shù)水平和對(duì)系統(tǒng)的熟悉程度 也和系統(tǒng)的可維護(hù)性有重要關(guān)系 平均無(wú)故障時(shí)間MTTF是系統(tǒng)按規(guī)格說(shuō)明書規(guī)定成功地運(yùn)行的平均時(shí)間 它主要取決于系統(tǒng)中潛伏的錯(cuò)誤的數(shù)目 因此和測(cè)試的關(guān)系十分密切 5 8 2估算平均無(wú)故障時(shí)間的方法 軟件的平均無(wú)故障時(shí)間MTTF是一個(gè)重要的質(zhì)量指標(biāo) 往往作為對(duì)軟件的一項(xiàng)要求 由用戶提出來(lái) 為了估算MTTF 首先引入一些有關(guān)的量 1 符號(hào) 在估算MTTF的過程中使用下述符號(hào)表示有關(guān)的數(shù)量 ET 測(cè)試之前程序中錯(cuò)誤總數(shù) IT 程序長(zhǎng)度 機(jī)器指令總數(shù) 測(cè)試 包括調(diào)試 時(shí)間 Ed 在0至 期間發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤數(shù) Ec 在0至 期間改正的錯(cuò)誤數(shù) 2 基本假定 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 可以作出下述假定 在類似的程序中 單位長(zhǎng)度里的錯(cuò)誤數(shù)ET IT近似為常數(shù) 美國(guó)的一些統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明 通常 0 5 10 2 ET IT 2 10 2 也就是說(shuō) 在測(cè)試之前每1000條指令中大約有5 20個(gè)錯(cuò)誤 失效率正比于軟件中剩余的 潛藏的 錯(cuò)誤數(shù) 而平均無(wú)故障時(shí)間MTTF與剩余的錯(cuò)誤數(shù)成反比 此外 為了簡(jiǎn)化討論 假設(shè)發(fā)現(xiàn)的每一個(gè)錯(cuò)誤都立即正確地改正了 即 調(diào)試過程沒有引入新的錯(cuò)誤 因此 Ec Ed 剩余的錯(cuò)誤數(shù)為 Er ET Ec 單位長(zhǎng)度程序中剩余的錯(cuò)誤數(shù)為 r ET Ir Ec IT 3 估算平均無(wú)故障時(shí)間 經(jīng)驗(yàn)表明 平均無(wú)故障時(shí)間與單位長(zhǎng)度程序中剩余的錯(cuò)誤數(shù)成反比 即 其中K為常數(shù) 它的值應(yīng)該根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取 美國(guó)的一些統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明 K的典型值是200 估算平均無(wú)故障時(shí)間的公式 可以評(píng)價(jià)軟件測(cè)試的進(jìn)展情況 此外 由 5 5 式可得 因此 也可以根據(jù)對(duì)軟件平均無(wú)故障時(shí)間的要求 估計(jì)需要改正多少個(gè)錯(cuò)誤之后 測(cè)試工作才能結(jié)束 4 估計(jì)錯(cuò)誤總數(shù)的方法 1 植入錯(cuò)誤法 使用這種估計(jì)方法 在測(cè)試之前由專人在程序中隨機(jī)地植入一些錯(cuò)誤 測(cè)試之后 根據(jù)測(cè)試小組發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤中原有的和植入的兩種錯(cuò)誤的比例 來(lái)估計(jì)程序中原有錯(cuò)誤的總數(shù)ET 假設(shè)人為地植入的錯(cuò)誤數(shù)為Ns 經(jīng)過一段時(shí)間的測(cè)試之后發(fā)現(xiàn)ns個(gè)植入的錯(cuò)誤 此外還發(fā)現(xiàn)了n個(gè)原有的錯(cuò)誤 如果可以認(rèn)為測(cè)試方案發(fā)現(xiàn)植入錯(cuò)誤和發(fā)現(xiàn)原有錯(cuò)誤的能力相同 則能夠估計(jì)出程序中原有錯(cuò)誤的總數(shù)為 其中即是錯(cuò)誤總數(shù)E T的估計(jì)值 2 分別測(cè)試法 為了隨機(jī)地給一部分錯(cuò)誤加標(biāo)記 分別測(cè)試法使用兩個(gè)測(cè)試員 或測(cè)試小組 彼此獨(dú)立地測(cè)試同一個(gè)程序的兩個(gè)副本 把其中一個(gè)測(cè)試員發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤作為有標(biāo)記的錯(cuò)誤 具體做法是 在測(cè)試過程的早期階段 由測(cè)試員甲和測(cè)試員乙分別測(cè)試同一個(gè)程序的兩個(gè)副本 由另一名分析員分析他們的測(cè)試結(jié)果 用 表示測(cè)試時(shí)間 假設(shè) 0時(shí)錯(cuò)誤總數(shù)為B0 1時(shí)測(cè)試員甲發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤數(shù)為B1 1時(shí)測(cè)試員乙發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤數(shù)為B2 1時(shí)兩個(gè)測(cè)試員發(fā)現(xiàn)的相同錯(cuò)誤數(shù)為bc 如果認(rèn)為測(cè)試員甲發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤是有標(biāo)記的 即程序中有標(biāo)記的錯(cuò)誤總數(shù)為B1 則測(cè)試員乙發(fā)現(xiàn)的B2個(gè)錯(cuò)誤中有bc個(gè)是有標(biāo)記的 假定測(cè)試員乙發(fā)現(xiàn)有標(biāo)記錯(cuò)誤和發(fā)現(xiàn)無(wú)標(biāo)記錯(cuò)誤的概率相同 則可以估計(jì)出測(cè)試前程序中的錯(cuò)誤總數(shù)為 使用分別測(cè)試法 在測(cè)試階段的早期 每隔一段時(shí)間分析員分析兩名測(cè)試員的測(cè)試結(jié)果 并且用 5 8 式計(jì)算B0 如果幾次估算的結(jié)果相差不多 則可用B0的平均值作為ET的估計(jì)值 此后一名測(cè)試員可以改做其他工作 由余下的一名測(cè)試員繼續(xù)完成測(cè)試工作 因?yàn)樗梢岳^承另一名測(cè)試員的測(cè)試結(jié)果 所以分別測(cè)試法增加的測(cè)試成本并不太多 5 9小結(jié) 實(shí)現(xiàn)包括編碼和測(cè)試兩個(gè)階段 按照傳統(tǒng)的軟件工程方法學(xué) 編碼是在對(duì)軟件進(jìn)行了概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)之后進(jìn)行的 編碼不過是把軟件設(shè)計(jì)的結(jié)果翻譯成用某種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言書寫的程序 因此 程序的質(zhì)量基本上由設(shè)計(jì)的質(zhì)量決定 但是 編碼使用的語(yǔ)言 特別是寫程序的風(fēng)格 也對(duì)程序質(zhì)量有相當(dāng)大的影響 大量實(shí)踐結(jié)果表明 高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言較匯編語(yǔ)言有很多優(yōu)點(diǎn) 因此 除非在非常必要的場(chǎng)合 一般不要使用匯編語(yǔ)言寫程序 至于具體選用哪種高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 則不僅要考慮語(yǔ)言本身的特點(diǎn) 還應(yīng)該考慮使用環(huán)境等一系列實(shí)際因素 程序內(nèi)部的良好文檔資料 有規(guī)律的數(shù)據(jù)說(shuō)明格式 簡(jiǎn)單清晰的語(yǔ)句構(gòu)造和輸入 輸出格式等 都對(duì)提高程序的可讀性有很大作用 也在相當(dāng)大的程度上改進(jìn)了程序的可維護(hù)性 目前 軟件測(cè)試仍然是保證軟件可靠性的主要手段 測(cè)試階段的根本任務(wù)是發(fā)現(xiàn)并改正軟件中的錯(cuò)誤 設(shè)計(jì)測(cè)試方案是測(cè)試階段的關(guān)鍵技術(shù)問題 其基本目標(biāo)是選用盡可能少的高效測(cè)試數(shù)據(jù) 做到盡可能完善的測(cè)試 從而盡可能多地發(fā)現(xiàn)軟件中的錯(cuò)誤 白盒測(cè)試和黑盒測(cè)試是軟件測(cè)試的兩類不同方法 這兩類方法各有所長(zhǎng) 相互補(bǔ)充 在測(cè)試過程中應(yīng)該聯(lián)合使用這兩類方法 通常 在測(cè)試過程的早期階段主要使用白盒測(cè)試技術(shù) 而在測(cè)試的后期主要使用黑盒測(cè)試技術(shù) 為了設(shè)計(jì)出有效的測(cè)試方案 軟件工程師必須深入理解并應(yīng)用指導(dǎo)軟件測(cè)試的基本準(zhǔn)則 設(shè)計(jì)白盒測(cè)試方案的技術(shù)主要有邏輯覆蓋和控制結(jié)構(gòu)測(cè)試 設(shè)計(jì)黑盒測(cè)試方案的技術(shù)主要有等價(jià)劃分 邊界值分析和錯(cuò)誤推測(cè) 大型軟件的測(cè)試應(yīng)該分階段進(jìn)行 通常分為單元測(cè)試 集成測(cè)試 確認(rèn)測(cè)試和系統(tǒng)測(cè)試 如果軟件是新開發(fā)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一部分 第四個(gè)階段 在測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)的軟件錯(cuò)誤必須及時(shí)改正 這就是調(diào)試的任務(wù) 為了改正錯(cuò)誤 首先必須確定錯(cuò)誤的準(zhǔn)確位置 這是調(diào)試過程中最困難的任務(wù) 需要審慎周密的思考和推理 改正錯(cuò)誤往往需要修正原來(lái)的設(shè)計(jì) 必須通盤考慮而不能 頭疼醫(yī)頭腳疼醫(yī)腳 應(yīng)該盡量避免在調(diào)試過程中引進(jìn)新的錯(cuò)誤 測(cè)試和調(diào)試是軟件測(cè)試階段中的兩個(gè)關(guān)系極端密切的過程 它們常常交替進(jìn)行 程序中潛藏的錯(cuò)誤的數(shù)目 直接決定了軟件的可靠性 通過測(cè)試可以估計(jì)出程序中剩余的錯(cuò)誤數(shù) 根據(jù)測(cè)試和調(diào)試過程中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和改正的錯(cuò)誤數(shù) 可以估計(jì)軟件的平均無(wú)故障時(shí)間 反之 根據(jù)要求達(dá)到的軟件平均無(wú)故障時(shí)間 可以估計(jì)應(yīng)該發(fā)現(xiàn)和改正的錯(cuò)誤數(shù) 從而能夠判斷測(cè)試階段何時(shí)可以結(jié)束