軟件工程(chap10)

1、軟件工程及軟件開發(fā)應用第10章 軟件測試 10.1 軟件測試概述 10.1.1 軟件測試的概念 10.1.2 軟件測試的分類 10.1.3 軟件測試的基本步驟 10.2 白盒測試 10.2.1 邏輯覆蓋 10.2.2 路徑測試 10.3 黑盒測試 10.3.1 等價分類法 10.3.2 邊界值分析法 10.3.3 錯誤推測法 10.4 測試用例 10.4.1 測試用例概念 10.4.2 應用實例 第10章 軟件測試 10.5 調試 10.6 面向對象的測試 10.7 軟件測試的發(fā)展趨勢 10.8 小結 習題10 第10章 軟件測試 隨著軟件應用領域越來越廣泛，其質量的優(yōu)劣也日益受到人們的重視。

2、質量保證能力的強弱直接影響著軟件業(yè)的發(fā)展與生存。軟件測試是一個成熟軟件企業(yè)的重要組成部分，它是軟件生命周期中一項非常重要且非常復雜的工作，對軟件可靠性保證具有極其重要的意義。 本章主要介紹軟件測試的基本概念、分類和步驟，黑盒測試和白盒測試采用的技術和測試用例，軟件測試和調試的區(qū)別，最后介紹面向對象測試的方法。10.1 軟件測試概述 軟件測試是伴隨著軟件的產生而產生的，有了軟件生產和運行就必然有軟件測試。早期的軟件開發(fā)過程中，測試的含義比較狹窄，將測試等同于“調試”，目的是糾正軟件中已經知道的故障，常常由開發(fā)人員自己完成這部分的工作。對測試的投入極少，測試介入得也晚，常常是等到形成代碼，產品已經

3、基本完成時才進行測試。 10.1 軟件測試概述 直到20世紀80年代早期，“質量“的號角才開始吹響。軟件測試定義發(fā)生了改變，測試不單純是一個發(fā)現(xiàn)錯誤的過程，而且包含軟件質量評價的內容。軟件開發(fā)人員和測試人員開始坐在一起探討軟件工程和測試問題。 20世紀90年代，測試工具終于盛行起來。人們普遍意識到工具不僅是有用的，而且要對今天的軟件系統(tǒng)進行充分的測試，工具是必不可少的。 10.1 軟件測試概述 雖然軟件測試技術的發(fā)展很快，但是其發(fā)展速度仍落后于軟件開發(fā)技術的發(fā)展速度，使得軟件測試在今天面臨著很大的挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。 (1) 軟件在國防現(xiàn)代化、社會信息化和國民經濟信息化領域中的作用越

4、來越重要，由此產生的測試任務越來越繁重。 (2) 軟件規(guī)模越來越大，功能越來越復雜，如何進行充分而有效的測試成為難題。 (3) 面向對象的開發(fā)技術越來越普及，但是面向對象的測試技術卻剛剛起步。 (4) 對于分布式系統(tǒng)整體性能還不能進行很好的測試。 (5)對于實時系統(tǒng)來說，缺乏有效的測試手段。 (6)隨著安全問題的日益突出，信息系統(tǒng)的安全性如何進行有效的測試與評估，成為世界性的難題。10.1.1 軟件測試的概念 軟件測試的目的是為了發(fā)現(xiàn)軟件中存在的錯誤，但是，其根本目的是為了提高軟件質量，降低軟件項目的風險。軟件的質量風險表現(xiàn)在兩個方面，一種是內部風險，一種是外部風險。 軟件測試只能證明軟件存在

5、錯誤，而不能證明軟件沒有錯誤。 測試是為了發(fā)現(xiàn)程序中的錯誤而執(zhí)行程序的過程。 10.1.2 軟件測試的分類 1.按照測試過程是否在計算機上執(zhí)行進行的分類：靜態(tài)測試：被測軟件的目標程序不在計算機上執(zhí)行。動態(tài)測試：被測軟件的目標程序在計算機上執(zhí)行。解釋執(zhí)行：被測軟件的源程序在計算機上解釋執(zhí)行。 2.按照是否考察軟件的內部結構進行的分類：黑盒測試：測試過程只關心測試的輸入和結果的對應關系是否正確，即程序的功能，而不考察被測軟件內部結構。白盒測試：測試過程不但關心測試的輸入和結果的對應關系是否正確，而且考察被測軟件內部結構。 10.1.2 軟件測試的分類 3.按照軟件測試的對象進行的分類： 源程序走查

6、。 單元測試。 部件測試（組裝測試）。配置項測試（確認測試）。系統(tǒng)測試（可能包括硬件在一起測試）。軟件產品交付前的可靠性（增長）測試。軟件產品交付時的鑒定/驗收測試。軟件被修改時的回歸測試。10.1.2 軟件測試的分類 4.按照測試人員屬性進行的分類：內部測試：開發(fā)階段由軟件開發(fā)人員自己內部進行的各種測試。用戶測試/鑒定測試：由用戶（用戶代表/鑒定測試組）進行的驗證測試。資格測試：由特設機構（例如認證機構）人員進行的測試。第三方測試：由開發(fā)方和用戶之外的第三方進行的測試。 10.1.3 軟件測試的基本步驟 軟件測試過程按測試的先后次序可分為5個步驟進行：單元測試、集成測試、確認測試和系統(tǒng)測試，

7、最后進行驗收測試，如圖10-1所示。 1單元測試 單元測試分別完成每個單元的測試任務，以確保每個模塊能正常工作，也叫模塊測試。單元測試大量地采用了白盒測試方法，盡可能發(fā)現(xiàn)模塊內部的程序差錯。 10.1.3 軟件測試的基本步驟 圖10-1 軟件測試的基本步驟 10.1.3 軟件測試的基本步驟 模塊并不是一個獨立的程序，因此必須為每個單元測試開發(fā)驅動軟件和(或)存根軟件。 通常驅動程序也就是一個“主程序”，它接收測試數(shù)據(jù)，把這些數(shù)據(jù)傳送給被測試的模塊，并且印出有關的結果。存根程序代替被測試的模塊所調用的模塊。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，

8、印出對入口的檢驗或操作結果，并且把控制歸還給調用它的模塊。 10.1.3 軟件測試的基本步驟 例如，圖11-2是一個正文加工系統(tǒng)的部分層次圖，假定要測試其中編號為3.0的關鍵模塊正文編輯模塊。因為正文編輯模塊不是一個獨立的程序，所以需要有一個測試驅動程序來調用它。這個驅動程序說明必要的變量，接收測試數(shù)據(jù)字符串，并且設置正文編輯模塊的編輯功能。因為在原來的軟件結構中，正文編輯模塊通過調用它的下層模塊來完成具體的編輯功能，所以需要有存根程序簡化地模擬這些下層模塊。為了簡單起見，測試時可以設置的編輯功能只有修改(CHANGE)和添加(APPEND)兩種，用控制變量CFUNCT標記要求的編輯功能，而且

9、只用一個存根程序模擬正文編輯模塊的所有下層模塊。10.1.3 軟件測試的基本步驟 圖10-2正文加工系統(tǒng)的層次圖 10.1.3 軟件測試的基本步驟 . TEST STUB(*測試正文編輯模塊用的存根程序*)初始化；輸出信息“進入了正文編輯程序”；輸出“輸入的控制信息是”CFUNCT；輸出緩沖區(qū)中的字符串；IF CFUNCT=CHANGETHEN把緩沖區(qū)中第二個字改為*ELSE在緩沖區(qū)的尾部加?ENDIF；輸出緩沖區(qū)中的新字符串；END TEST STUB10.1.3 軟件測試的基本步驟 . TEST DRIVER(*測試正文編輯模塊用的驅動程序*)說明長度為2500個字符的一個緩沖區(qū)；把CFU

10、NCT置為希望測試的狀態(tài)；輸入字符串；調用正文編輯模塊；停止或再次初啟； END TEST DRIVER10.1.3 軟件測試的基本步驟 1. 2集成測試 集成測試把已測試過的模塊組裝起來，進行集成測試，也叫子系統(tǒng)測試。其目的在于檢驗與軟件設計相關的程序結構問題。這時較多地采用黑盒測試方法來設計測試用例。 子系統(tǒng)測試是把經過單元測試的模塊放在一起形成一個子系統(tǒng)來測試。模塊相互間的協(xié)調和通信是這個測試過程中的主要問題，因此，這個步驟著重測試模塊的接口。10.1.3 軟件測試的基本步驟 3確認測試 完成集成測試以后，要對開發(fā)工作初期制定的確認準則進行檢驗。確認測試是檢驗所開發(fā)的軟件能否滿足所有功能

11、和性能需求的最后手段，通常均采用黑盒測試方法。 4系統(tǒng)測試 完成確認測試以后，給出的應該是合格的軟件產品，但為檢驗它能否與系統(tǒng)的其他部分（如硬件，數(shù)據(jù)庫及操作人員）協(xié)調工作，需要進行系統(tǒng)測試。 系統(tǒng)測試是把經過測試的系統(tǒng)裝配成一個完整的系統(tǒng)來測試。 10.1.3 軟件測試的基本步驟 不論是子系統(tǒng)測試還是系統(tǒng)測試，都兼有檢測和組裝兩重含義，通常稱為集成測試。 5驗收測試 檢驗軟件產品質量的最后一道工序是驗收測試。與前面討論的各種測試活動的不同之處主要在于它突出了客戶的作用，同時軟件開發(fā)人員也應有一定程度的參與。 一般采用黑盒測試，軟件配置復查是驗收測試的一個重要內容。 10.1.3 軟件測試的基

12、本步驟 6測試階段的信息流 圖10-3描繪了測試階段的信息流，這個階段的輸入信息有兩類： (1)軟件配置，包括需求說明書、設計說明書和源程序清單等； (2)測試配置，包括測試計劃和測試方案。所謂測試方案不僅僅是測試時使用的輸入數(shù)據(jù)(稱為測試用例)，還應該包括每組輸入數(shù)據(jù)預定要檢驗的功能，以及每組輸入數(shù)據(jù)預期應該得到的正確輸出。實際上測試配置是軟件配置的一個子集，最終交出的軟件配置應該包括上述測試配置以及測試的實際結果和調試的記錄。 10.1.3 軟件測試的基本步驟 圖10-3 軟件測試的信息流 10.2 白盒測試 如果產品內部活動方式已經知道，可以測試它的內部活動是否符合設計要求。 將被測程序

13、視為一個透明的盒子，根據(jù)被測程序的內部結構來設計測試用例。 白盒測試采用邏輯覆蓋測試法和路徑測試法。10.2.1 邏輯覆蓋 所謂邏輯覆蓋是對一系列測試過程的總稱，這組測試過程逐漸進行越來越完整的通路測試。 通常用流程圖來設計測試用例，它考察的重點是流程圖中的判定框。 邏輯覆蓋有5種不同的覆蓋標準。 1語句覆蓋 語句覆蓋的含義是：選擇足夠的測試用例，使程序中的每個執(zhí)行語句至少執(zhí)行一次。 2判定覆蓋 判定覆蓋的含義是：執(zhí)行足夠的測試用例，使得程序中的每個判定至少都獲得一次“真”和“假”值。因此，判定覆蓋有稱為分支覆蓋。10.2.1 邏輯覆蓋 3條件覆蓋 條件覆蓋的含義是：設計若干個測試用例，執(zhí)行被

14、測程序以后，要使每個判定中的每個條件的可能取值至少滿足一次。 4判定條件覆蓋 判定條件覆蓋要求設計足夠的測試用例，使得判定中每個條件的所有可能至少出現(xiàn)一次，并且每個判定本身的判定結果（真/假）也至少出現(xiàn)一次。 5條件組合覆蓋 條件組合覆蓋的含義是：執(zhí)行足夠的測試用例，使得每個判定中條件的各種可能組合至少出現(xiàn)一次。10.2.1 邏輯覆蓋 例: 10.2.1 邏輯覆蓋 測試用例應滿足的條件: 語句覆蓋： AB = T 判定覆蓋： AB = T AB = F 條件覆蓋：A = T A = F B = T B = F 判定/條件覆蓋： 條件組合覆蓋：A = T B = T A = T B = F A

15、= F B = T A = F B = F10.2.2 路徑測試 路徑測試是對程序執(zhí)行的路徑進行測試。路徑測試采用程序圖。 程序圖是一種簡化的流程圖，在路徑測試中，它是用來考察測試路徑的有用工具。流程圖中各種不同形狀的框，在程序圖中都被簡化為用圓圈表示。10.2.2 路徑測試 (a)順序 (b)選擇 (c)循環(huán) 程序圖: 10.2.2 路徑測試 測試路徑 覆蓋結點/邊 覆蓋標準 acd (1)(2)(3)(4) 點覆蓋 acd,be a,b,c,d,e 邊覆蓋 acd,be,ae,bcd (1)(2)(3)(4)a,b,c,d,e 路徑覆蓋例:程序圖10.2.2 路徑測試 路徑測試的特點： 1

16、.滿足結構測試的最低要求 根據(jù)對路徑測試的要求可見：只要滿足了路徑覆蓋，就必然滿足語句覆蓋和判定覆蓋這一最低要求。 2.有利于安排循環(huán)測試 對單循環(huán)結構的路徑測試可包括: 零次循環(huán) 一次循環(huán) 典型次數(shù)的循環(huán) 最大次數(shù)的循環(huán) 對多重嵌套循環(huán)，某一指定的循環(huán)層遍歷單循環(huán)測試。 10.2.2 路徑測試 練習：寫出下列偽碼程序的語句覆蓋和路徑覆蓋的測試用例滿足的條件。 START INPUT(A,B,C) IF A5 THEN X=10 ELSE X=1 ENDIF IF B10 THEN Y=20 ELSE Y=2 ENDIF IF C0，B0，C0，且A+BC，B+CA，A+CB。如果是等腰的，還

17、要判斷A=B，或B=C，或A=C。如果是等邊的，則需判斷是否A=B，且B=C，且A=C。 這個程序要打印出信息，說明這個三角形是不等邊的、是等腰的、還是等邊的。 10.4.2 應用實例 在黑盒法中,首先用等價分類法劃分輸入的等價類, 然后用邊界值分析法和錯誤猜測法作補充。 1劃分有效等價類: (1) 兩數(shù)之和大于第三數(shù)。 (2) 三個數(shù)相等，等邊三角形。 (3) 兩個數(shù)相等，等腰三角形。 (4) 三個數(shù)都不等，任意三角形。 劃分無效等價類: (5) 有非數(shù)字字符 (6) 有非整數(shù) (7) 少于三個整數(shù) (8) 含有0數(shù)據(jù) (9) 含有負整數(shù)10.4.2 應用實例 2邊緣值分析法: 兩數(shù)之和等于

18、第三數(shù)。3.錯誤猜測法: (10)三個數(shù)為0數(shù)據(jù) (11)三個數(shù)為負數(shù)據(jù)10.4.2 應用實例 4.設計測試用例如下： 測試數(shù)據(jù) 期望結果 測試范圍 5，5，5 等邊三角形 （1）（2） 4，4，5 等腰三角形 （1）（3） 4，5，6 任意三角形 （1）（4） A，4，5 有非數(shù)字字符 （5) 3.3,4,5 有非整數(shù) （6） 4,5 少于三個整數(shù) （7）0,4,5 含有0數(shù)據(jù) （8） -5 ，4，5 含有負整數(shù) （9） 3，4，7 退化三角形 （10） 0，0，0 輸入無效 （11） -4，-5，-7 輸入無效 （12）10.5 調試 軟件測試的目的是盡可能多地發(fā)現(xiàn)軟件中的缺陷，而調試則是

19、在進行了成功的測試之后才開始的工作。其目的是確定錯誤的原因和位置，并改正錯誤，因此調試也稱為糾錯。 調試是一件較困難并具有很強技巧性的工作。因為，在分析測試結果時所發(fā)現(xiàn)的問題，往往只是潛在錯誤的外部表現(xiàn)，而外部表現(xiàn)與內在原因之間常常并無明顯的聯(lián)系。因此，要找出真正的原因，排除潛在的錯誤，并不是一件容易的事情。所以說調試是通過現(xiàn)象，找出原因的一個思維分析的過程。 10.5 調試 2.調試技術 常用的調試技術 在程序中插入打印語句、輸出存儲器內容和借助于調試工具。 2）歸納法技術 從特殊到一般的思維過程 3）演繹法技術1) 從一般的推測和前提出發(fā)，運用排除和推斷過程作出結論的思考方法。10.6 面

20、向對象的測試 當考慮面向對象的軟件時，單元的概念改變了?！胺庋b”導致了類和對象的定義，這意味著類和類的實例（對象）包裝了屬性（數(shù)據(jù)）和處理這些數(shù)據(jù)的操作（也稱為方法或服務）?，F(xiàn)在，最小的可測試單元是封裝起來的類和對象。一個類可以包含一組不同的操作，而一個特定的操作也可能存在于一組不同的類中。因此，對于面向對象的軟件來說，單元測試的含義發(fā)生了很大變化。10.6 面向對象的測試 1面向對象的集成測試 面向對象軟件的集成測試： 1）基于線程的測試（thread based testing)。這種策略把響應系統(tǒng)的一個輸入或一個事件所需要的那些類集成起來。分別集成并測試每個線程，同時應用回歸測試以保證沒

21、有產生副作用。 2）基于使用的測試（use based testing)。這種方法首先測試幾乎不使用服務器類的那些類（稱為獨立類），把獨立類都測試完之后，再測試使用獨立類的下一個層次的類（稱為依賴類）。對依賴類的測試一個層次一個層次地持續(xù)進行下去，直至把整個軟件系統(tǒng)構造完為止。 10.6 面向對象的測試 2面向對象的確認測試 在確認測試或系統(tǒng)測試層次，不再考慮類之間相互連接的細節(jié)。和傳統(tǒng)的確認測試一樣，面向對象軟件的確認測試也集中檢查用戶可見的動作和用戶可識別的輸出。為了導出確認測試用例，測試人員應該認真研究動態(tài)模型和描述系統(tǒng)行為的腳本，以確定最可能發(fā)現(xiàn)用戶交互需求錯誤的情景。 當然，傳統(tǒng)的黑

22、盒測試方法也可用于設計確認測試用例，但是，對于面向對象的軟件來說，主要還是根據(jù)動態(tài)模型和描述系統(tǒng)行為的腳本來設計確認測試用例。10.6 面向對象的測試 對面向對象的軟件來說，小型測試著重測試單個類和類中封裝的方法。測試單個類的方法主要有隨機測試、劃分測試和基于故障的測試等3種。 1隨機測試 下面通過銀行應用系統(tǒng)的例子，簡要地說明這種測試方法。該系統(tǒng)的account(賬戶）類有下列操作： open(打開），setup(建立），deposit(存款），withdraw(取款），balance(余額），summarize(清單），creditLimit(透支限額）和close(關閉）。上列每個操作都

23、可以應用于account類的實例，但是，該系統(tǒng)的性質也對操作的應用施加了一些限制，例如，必須在應用其他操作之前先打開賬戶，在完成了全部操作之后才能關閉賬戶。即使有這些限制，可做的操作也有許多種排列方法。10.6 面向對象的測試 一個account類實例的最小行為歷史包括下列操作： opensetupdepositwithdrawclose 這就是對account類的最小測試序列。但是，在下面的序列中可能發(fā)生許多其他行為： opensetupdepositdeposit|withdraw|balance|summarize|creditLimitnwithdrawclose 從上列序列可以隨機地

24、產生一系列不同的操作序列，例如： 測試用例#r1:opensetupdepositdepositbalancesummarizewithdrawclose 測試用例#r2:opensetupdepositwithdrawdepositbalancecreditLimitwithdrawclose 執(zhí)行上述這些及另外一些隨機產生的測試用例，可以測試類實例的不同生存歷史。10.6 面向對象的測試 2劃分測試 與測試傳統(tǒng)軟件時采用等價劃分方法類似，采用劃分測試（partition testing）方法可以減少測試類時所需要的測試用例的數(shù)量。首先，把輸入和輸出分類，然后設計測試用例以測試劃分出的每個類

25、別。 3基于故障的測試 基于故障的測試（fault based testing）與傳統(tǒng)的錯誤推測法類似，也是首先推測軟件中可能有的錯誤，然后設計出最可能發(fā)現(xiàn)這些錯誤的測試用例。例如，軟件工程師經常在問題的邊界處犯錯誤，因此，在測試SQRT（計算平方根）操作（該操作在輸入為負數(shù)時返回出錯信息）時，應該著重檢查邊界情況： 一個接近零的負數(shù)和零本身。10.7 軟件測試的發(fā)展趨勢 在軟件比較發(fā)達的國家，特別是美國，軟件測試已經發(fā)展成為一個獨立的產業(yè)，主要體現(xiàn)在：軟件測試在軟件公司中占有重要的地位。軟件測試理論研究蓬勃發(fā)展，每年舉辦各種各樣的測試技術年會，發(fā)表了大量的軟件測試研究論文，引領軟件測試理論研

26、究的國際潮流。軟件測試市場繁榮。美國有一些專業(yè)公司開發(fā)軟件測試標準與測試工具，MI、Compuware、MaCabe、Rational等都是著名的軟件測試工具提供商，它們出品的測試工具已經占領了國際市場，目前我國使用的主流測試工具大部分是國外的產品，而且在世界各地都可以看到它們出品的軟件測試工具，可見國外的軟件測試已經形成了較大的產業(yè)。 10.7 軟件測試的發(fā)展趨勢 中國的軟件測試技術研究起步于“六五”期間，主要是隨著軟件工程的研究而逐步發(fā)展起來的，由于起步較晚，與國際先進水平相比差距較大。直到1990年，成立了國家級的中國軟件評測中心，測試服務才逐步開展起來。因此，我國無論是在軟件測試理論研

27、究還是在測試實踐上，和國外發(fā)達國家都有不少的差距，主要體現(xiàn)在對軟件產品化測試的技術研究還比較貧乏，從業(yè)人員較少，測試服務沒有形成足夠的規(guī)模等方面。但是，隨著我國軟件產業(yè)的蓬勃發(fā)展以及對軟件質量的重視，軟件測試也越來越被人們所看重，軟件測試正在逐步成為一個新興的產業(yè)。經過一段時間的發(fā)展，我們會逐步縮小與國外發(fā)達國家的差距，從而帶動整個軟件產業(yè)的健康發(fā)展。10.7 軟件測試的發(fā)展趨勢 縱觀國內外軟件測試的發(fā)展現(xiàn)狀，可以看到軟件測試有以下的發(fā)展趨勢。 1測試工作將進一步前移。軟件測試不僅僅是單元測試、集成測試、系統(tǒng)測試和驗收測試，對需求的精確性和完整性的測試技術、對系統(tǒng)設計的測試技術將成為新的研究熱

28、點。 2軟件架構師、開發(fā)工程師、QA人員、測試工程師將進行更好的融合。他們相互之間要成為伙伴關系，而不是相互對立的關系，因為他們的工作可以相互借鑒，相互促進，而且軟件測試工程師應該盡早地介入整個工程，在軟件定義階段就要開發(fā)相應的測試方法，使得每一個需求定義都是可以測試的。 3測試職業(yè)將得到充分的尊重。測試工程師和開發(fā)工程師不僅是矛盾體，也是相互協(xié)調的統(tǒng)一體。 10.8 小結 軟件測試是軟件生存周期中一個獨立的、關鍵的階段，也是保證軟件質量的重要手段。軟件測試包括技術、工具、規(guī)程和管理四個方面，它是開發(fā)高質量軟件的重要手段。.測試只能發(fā)現(xiàn)軟件的錯誤，但是不能證明軟件已經沒有錯誤。 軟件測試過程按測試的先后次序可分為5個步驟進行：單元測試、集成測試、確認測試和系統(tǒng)測試，最后進行驗收測試。 白盒測試法是以程序的內部邏輯為依據(jù)。合理的白盒測試，就是要選取足夠的測試用例，對源代碼進行比較充分的覆蓋，以便盡可能多地發(fā)現(xiàn)程序中的錯誤。白盒法適用范圍：主要用于模塊測試、測試等。 10.8 小結 黑盒測試注重于測試軟件的功能性需求，需要測試軟件產品的功能，不需測試軟件產品的內部結構和處理過程。黑盒法不可能進行完全的測試，要企圖遍歷所有輸入數(shù)據(jù)的是不可能的。 軟件測試的目的是盡可能多地發(fā)現(xiàn)軟件中的缺陷，而調試則是在進行了成功的測試之后才開始的工作。其