《軟件測(cè)試》第4章

1、第4章 白盒測(cè)試方法本章要點(diǎn)n白盒測(cè)試的含義n白盒測(cè)試無(wú)法實(shí)現(xiàn)窮舉測(cè)試的原因n白盒測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)和局限性n白盒測(cè)試中的靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試n邏輯覆蓋法、基本路徑測(cè)試及控制結(jié)構(gòu)測(cè)試n白盒測(cè)試方法的綜合使用策略4.1 白盒測(cè)試方法概述n4.1.1 白盒測(cè)試的概念白盒測(cè)試（White-box Testing）也稱結(jié)構(gòu)測(cè)試?！鞍缀小睂⒊绦蛐蜗蟮乇扔鳛榉旁谝粋€(gè)透明的盒子透明的盒子里，故測(cè)試人員了解被測(cè)程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)了解被測(cè)程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。測(cè)試人員利用程序的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)和相關(guān)信息，對(duì)程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和路徑進(jìn)行測(cè)試，檢驗(yàn)其是否達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。白盒方法和黑盒方法一樣，也不能做到窮舉測(cè)試。故測(cè)試人員必須在仔細(xì)研究

2、程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，從數(shù)量極大的可用測(cè)試用例中精心挑選盡可能少的測(cè)精心挑選盡可能少的測(cè)試用例試用例，來(lái)覆蓋程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。n4.1.2 白盒測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)和局限性n1白盒測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)與黑盒測(cè)試相比，白盒測(cè)試深入到程序的內(nèi)部進(jìn)行測(cè)試，更易于定位錯(cuò)誤的原因和具體位置易于定位錯(cuò)誤的原因和具體位置，彌補(bǔ)了黑盒測(cè)試只能從程序外部進(jìn)行測(cè)試的不足。n2白盒測(cè)試的局限性但白盒測(cè)試也有其局限性，即使白盒測(cè)試覆蓋了程序中的所有路徑，仍不一定能發(fā)現(xiàn)程序中的全部錯(cuò)誤。這是因?yàn)椋簄白盒測(cè)試不能查出程序中的設(shè)計(jì)缺陷。n白盒測(cè)試不能查出程序是否遺漏了功能或路徑。n白盒測(cè)試可能發(fā)現(xiàn)不了一些與數(shù)據(jù)相關(guān)的錯(cuò)誤。 n4.1.3 白盒

3、測(cè)試方法的分類n白盒測(cè)試分為靜態(tài)測(cè)試靜態(tài)測(cè)試（Static Testing）和動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)測(cè)試測(cè)試（Dynamic Testing）兩大類。靜態(tài)測(cè)試不實(shí)際執(zhí)行程序，靜態(tài)測(cè)試的主要目的是檢查軟件的表示和描述是否一致，沒(méi)有沖突和歧義。靜態(tài)測(cè)試可以由人工執(zhí)行，也可以借助一些自動(dòng)化工具完成。動(dòng)態(tài)測(cè)試需要實(shí)際運(yùn)行測(cè)試用例，以發(fā)現(xiàn)軟件中的錯(cuò)誤。白盒測(cè)試中的動(dòng)態(tài)測(cè)試主要包括功能確認(rèn)與接口測(cè)試、覆蓋率測(cè)試、性能分析、內(nèi)存分析等。 4.2 典型的白盒測(cè)試方法 n白盒測(cè)試方法中的代碼檢查法、靜態(tài)結(jié)構(gòu)代碼檢查法、靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析法、代碼質(zhì)量度量法分析法、代碼質(zhì)量度量法屬于靜態(tài)測(cè)試方法，而邏輯覆蓋法、基本路徑測(cè)試法、控邏輯覆

4、蓋法、基本路徑測(cè)試法、控制結(jié)構(gòu)測(cè)試、程序插樁制結(jié)構(gòu)測(cè)試、程序插樁則屬于動(dòng)態(tài)測(cè)試方法。n4.2.1 代碼檢查法代碼檢查包括桌面檢查、代碼審查和走查桌面檢查、代碼審查和走查等。代碼檢查主要檢查代碼和設(shè)計(jì)的一致性，代碼是否遵循標(biāo)準(zhǔn)，代碼的可讀性，代碼的邏輯正確性，代碼結(jié)構(gòu)的合理性等。代碼檢查應(yīng)在編譯和動(dòng)態(tài)測(cè)試之前進(jìn)行，并且應(yīng)盡早進(jìn)行。n4.2.2 靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析法靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析主要是以圖形的方式表現(xiàn)程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，供測(cè)試人員對(duì)程序結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。在靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析中，測(cè)試人員通過(guò)使用測(cè)試工具分析程序源代碼的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)接口、內(nèi)部控制邏輯等內(nèi)部結(jié)構(gòu)，生成函數(shù)調(diào)用關(guān)系圖、模塊控制流圖、內(nèi)部文件調(diào)用關(guān)系

5、圖、子程序表、宏和函數(shù)參數(shù)表等各類圖形圖表，以清晰地表示程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，供測(cè)試人員對(duì)其進(jìn)行分析，進(jìn)而查找程序中的錯(cuò)誤。n4.2.3 代碼質(zhì)量度量法n根據(jù)ISO/IEC 9126國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的定義，軟件質(zhì)量包括以下 六個(gè)方面：功能性（Functionality）可靠性（Reliability）可用性 (Usability)效率 (Efficiency)可維護(hù)性(Maintainability)可移植性（Portability）可根據(jù)ISO 9126質(zhì)量模型構(gòu)造軟件的靜態(tài)質(zhì)量度量模型，通過(guò)量化的數(shù)據(jù)評(píng)估被測(cè)程序的質(zhì)量。n4.2.4 邏輯覆蓋法 n邏輯覆蓋法（Logic-coverage Testing

6、）是以程序內(nèi)部的邏輯結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)測(cè)試用例的方法。根據(jù)對(duì)程序內(nèi)部的邏輯結(jié)構(gòu)的覆蓋程度，邏輯覆蓋法具有不同的覆蓋標(biāo)準(zhǔn)：語(yǔ)句覆蓋、判定覆蓋、條件覆蓋、判語(yǔ)句覆蓋、判定覆蓋、條件覆蓋、判定定條件覆蓋、條件組合覆蓋、修正條件條件覆蓋、條件組合覆蓋、修正條件判定覆蓋判定覆蓋。n1語(yǔ)句覆蓋語(yǔ)句覆蓋（語(yǔ)句覆蓋（Statement Coverage）的含義是：）的含義是：設(shè)計(jì)足夠多的測(cè)試用例，使設(shè)計(jì)足夠多的測(cè)試用例，使被測(cè)程序中的每條被測(cè)程序中的每條可執(zhí)行語(yǔ)句至少執(zhí)行一次可執(zhí)行語(yǔ)句至少執(zhí)行一次。語(yǔ)句覆蓋也稱為點(diǎn)。語(yǔ)句覆蓋也稱為點(diǎn)覆蓋。覆蓋。語(yǔ)句覆蓋是一種很弱的邏輯覆蓋標(biāo)準(zhǔn)，其對(duì)程語(yǔ)句覆蓋是一種很弱的邏輯覆蓋標(biāo)

7、準(zhǔn)，其對(duì)程序的邏輯覆蓋很少。序的邏輯覆蓋很少。 n圖4-1是一個(gè)被測(cè)程序的流程圖。n對(duì)圖4-1表示的程序，若要做到語(yǔ)句覆蓋，程序的執(zhí)行路徑應(yīng)是sacbed，為此可設(shè)計(jì)如下的測(cè)試用例（注意：A、B、X的值這里為輸入值，嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，測(cè)試用例還應(yīng)包括預(yù)期輸出，在此省略，下同）：nA=2,B=0,X=4圖4-1 一個(gè)被測(cè)程序的流程圖n2判定覆蓋判定覆蓋（Decision Coverage）的含義是，設(shè)計(jì)足夠多的測(cè)試用例，使被測(cè)程序中的每個(gè)判被測(cè)程序中的每個(gè)判定取到每種可能的結(jié)果定取到每種可能的結(jié)果，即覆蓋每個(gè)判定的所有分支。判定覆蓋也稱為分支覆蓋。顯然，若實(shí)現(xiàn)了判定覆蓋，則必然實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)句覆蓋。n對(duì)圖4-

8、1表示的源程序，若要實(shí)現(xiàn)判定覆蓋，則需覆蓋sacbed和sabd兩條路徑，或覆蓋sacbd和sabed兩條路徑，可設(shè)計(jì)如下兩組測(cè)試用例：A=3,B=0,X=3（覆蓋路徑sacbd）A=2,B=1,X=1（覆蓋路徑sabed）n3條件覆蓋條件覆蓋（Condition Coverage）的含義是：設(shè)計(jì)足夠多的測(cè)試用例，使被測(cè)程序中的每個(gè)條件取到各種可被測(cè)程序中的每個(gè)條件取到各種可能的結(jié)果能的結(jié)果。對(duì)圖4-1表示的源程序，考慮包含在兩個(gè)判定中的4個(gè)條件，每個(gè)條件均可取真假兩種值。若要實(shí)現(xiàn)條件覆蓋，應(yīng)使以下8種結(jié)果成立：nA1,A1,B=0,B0,A=2,A2,X1,X1這8種結(jié)果的前4種是在a點(diǎn)出現(xiàn)

9、的，而后4種是在b點(diǎn)出現(xiàn)的。n為覆蓋這8種結(jié)果，可設(shè)計(jì)如下兩組測(cè)試用例：A=2,B=0,X=4（覆蓋A1、B=0、A=2、X1，執(zhí)行路徑sacbed）A=1,B=1,X=1（覆蓋A1、B0、A2、X1，執(zhí)行路徑sabd）n條件覆蓋一般比判定覆蓋強(qiáng)，若實(shí)現(xiàn)了條件覆蓋，則也實(shí)現(xiàn)了判定覆蓋，如上述兩組測(cè)試用例也實(shí)現(xiàn)了判定覆蓋。但這不是絕對(duì)的，某些情況下，實(shí)現(xiàn)了條件覆蓋卻未能實(shí)現(xiàn)判定覆蓋。n4判定條件覆蓋n即設(shè)計(jì)足夠多的測(cè)試用例，使被測(cè)程序中的每個(gè)條件取到各種可能的結(jié)果，且每個(gè)判定取到各種可能的結(jié)果。n若實(shí)現(xiàn)了判定條件覆蓋，則必然也實(shí)現(xiàn)了判定覆蓋和條件覆蓋。n對(duì)圖4-1表示的源程序，若要實(shí)現(xiàn)判定條件覆

10、蓋，可設(shè)計(jì)如下兩組測(cè)試用例：A=2,B=0,X=4（覆蓋A1、B=0、A=2、X1，執(zhí)行路徑sacbed）A=1,B=1,X=1（覆蓋A1、B0、A2、X1，執(zhí)行路徑sabd）n5條件組合覆蓋條件組合覆蓋 n當(dāng)某個(gè)判定中存在多個(gè)條件時(shí)，僅僅考慮單個(gè)條件的取值是不夠的，條件組合覆蓋的含義是：設(shè)計(jì)足夠多的測(cè)試用例，使被設(shè)計(jì)足夠多的測(cè)試用例，使被測(cè)程序中每個(gè)判定的所有條件取值組合都測(cè)程序中每個(gè)判定的所有條件取值組合都至少出現(xiàn)一次至少出現(xiàn)一次。n對(duì)圖4-1表示的源程序，若要實(shí)現(xiàn)條件組合覆蓋，應(yīng)使如下的8種條件取值組合至少出現(xiàn)一次： A1，B=0 A1，B0 A1，B=0 A1，B0 A=2，X1 A=

11、2，X1 A2，X1 A2，X1n為覆蓋此8種組合，可設(shè)計(jì)如下的4組測(cè)試用例：A=2,B=0,X=4（覆蓋、兩種組合，執(zhí)行路徑sacbed）A=2,B=1,X=1（覆蓋、兩種組合，執(zhí)行路徑sabed）A=1,B=0,X=2（覆蓋、兩種組合，執(zhí)行路徑sabed）A=1,B=1,X=1（覆蓋、兩種組合，執(zhí)行路徑sabd）n對(duì)某被測(cè)程序，若實(shí)現(xiàn)了條件組合覆蓋，則一定實(shí)現(xiàn)了判定覆蓋、條件覆蓋及判定條件覆蓋 。n但條件組合覆蓋不一定能覆蓋程序中的每條路徑，如上述4組測(cè)試用例就沒(méi)有覆蓋到圖4-1所示源程序中的路徑sacbd。n6修正條件判定覆蓋這個(gè)覆蓋度量需要足夠的測(cè)試用例來(lái)確定各個(gè)條件能夠影響到包含的判

12、定的結(jié)果。它要求滿足兩個(gè)條件：n首先，每一個(gè)程序模塊的入口和出口點(diǎn)都要至少被調(diào)用一次，每個(gè)程序的判定到所有可能的結(jié)果值要至少轉(zhuǎn)換一次；n其次，程序的判定被分解為通過(guò)邏輯操作符（AND、OR）連接的布爾條件，每個(gè)條件對(duì)于判定的結(jié)果值是獨(dú)立的。 要實(shí)現(xiàn)修正條件判定覆蓋，需付出極大的成本。n4.2.5 基本路徑測(cè)試法n1. 基本路徑測(cè)試的概念圖4-1所示源程序共有4條路徑，若要覆蓋此4條路徑，可設(shè)計(jì)如下4組測(cè)試用例：nA=2,B=0,X=4（覆蓋路徑sacbed）nA=2,B=1,X=1（覆蓋路徑sabed）nA=1,B=1,X=1（覆蓋路徑sabd）nA=3,B=0,X=1（覆蓋路徑sacbd）n

13、圖4-1所示源程序是一個(gè)極簡(jiǎn)單的程序，大多數(shù)情況下，由于程序中選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)的存在，使得測(cè)試程序中的每一條路徑成為現(xiàn)實(shí)不允許的事情。故必須將測(cè)試的路徑數(shù)目壓縮到一定范圍內(nèi)。n基本路徑測(cè)試（Basic Path Testing）就是這樣的一種測(cè)試，其在程序的流圖基礎(chǔ)上，確定程序的環(huán)路復(fù)雜性，導(dǎo)出基本路徑的集合，進(jìn)而在其基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)測(cè)試用例，這些測(cè)試用例能覆蓋到程序覆蓋到程序中的每條可執(zhí)行語(yǔ)句中的每條可執(zhí)行語(yǔ)句。 n2. 流圖流圖也稱為程序圖，它將流程圖中的結(jié)構(gòu)化構(gòu)件改用一般有向圖一般有向圖的表示形式，如圖4-2所示。在圖4-2中，每個(gè)圓圈代表一個(gè)結(jié)點(diǎn)，表示源程序或PDL中的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)的無(wú)分

14、支語(yǔ)句。n圖4-3(a)所示的流程圖（假設(shè)每個(gè)判斷均不含復(fù)合條件），其對(duì)應(yīng)的流圖為圖4-3(b)所示。n流圖中用謂詞結(jié)點(diǎn)來(lái)表示簡(jiǎn)單條件判斷，即謂詞結(jié)點(diǎn)不允謂詞結(jié)點(diǎn)不允許含有復(fù)合條件許含有復(fù)合條件。對(duì)于程序（或流程圖）中的復(fù)合條件，應(yīng)將其轉(zhuǎn)化為多個(gè)簡(jiǎn)單條件判斷，在流圖中用相應(yīng)的謂詞結(jié)點(diǎn)加以表示。n如圖4-4(a)所示的流程圖，圖中的判斷含有兩個(gè)條件，即為復(fù)合條件判斷，故將此判斷在流圖中用兩個(gè)謂詞結(jié)點(diǎn)表示。圖4-4(a)對(duì)應(yīng)的流圖如圖4-4(b)所示。abXYabXY謂詞結(jié)點(diǎn)(a) 流程圖(b) 流圖圖4-4 流程圖和對(duì)應(yīng)的流圖n3. 程序的環(huán)路復(fù)雜性程序的環(huán)路復(fù)雜性環(huán)路復(fù)雜性（Cyclomati

15、c Complexity）又稱為圈復(fù)雜性，其值等于流圖中的區(qū)域個(gè)數(shù)流圖中的區(qū)域個(gè)數(shù)。在進(jìn)行基本路徑測(cè)試時(shí)，確定了程序的環(huán)路復(fù)雜性，則可在其基礎(chǔ)上確定程序基本路徑集合的獨(dú)立路徑數(shù)獨(dú)立路徑數(shù)目目，這個(gè)數(shù)目是確保程序中每條可執(zhí)行語(yǔ)句至少執(zhí)行一次的測(cè)試用例數(shù)目的最小值。獨(dú)立路徑是一條含有以前未處理的語(yǔ)句或判斷的路徑，在流圖中，獨(dú)立路徑表現(xiàn)為至少含有一條其他獨(dú)立路徑中均沒(méi)有的邊的路徑。n圖4-3(b)所示的流圖含有4個(gè)區(qū)域，故其對(duì)應(yīng)的程序的環(huán)路復(fù)雜性度量V（G）為4，程序有以下4條獨(dú)立路徑。路徑1：111路徑2：1234510111路徑3：12368910111路徑4：12367910111n可由此設(shè)計(jì)

16、測(cè)試用例，覆蓋以上4條獨(dú)立路徑，則可使程序中的所有可執(zhí)行語(yǔ)句和所有判斷的真、假分支至少執(zhí)行一次。n也可利用以下公式計(jì)算程序的環(huán)路復(fù)雜性度量V(G)。V(G)=E-N+2公式中的E代表流圖中的邊數(shù)，N代表流圖中的結(jié)點(diǎn)數(shù)。如圖4-3(b)所示的流圖中，邊數(shù)為11，結(jié)點(diǎn)數(shù)為9，故V(G)=11-9+2=4。n此外，還可利用流圖中的謂詞結(jié)點(diǎn)數(shù)來(lái)計(jì)算環(huán)路復(fù)雜性度量V(G)。V(G)=P+1公式中的P為流圖中的謂詞結(jié)點(diǎn)數(shù)。如圖4-3(b)所示的流圖中，謂詞結(jié)點(diǎn)數(shù)為3，故V(G)=3+1=4。若能事先確定程序中的簡(jiǎn)單條件判斷的個(gè)數(shù)（即等于流圖中的謂詞結(jié)點(diǎn)數(shù)），則可在不畫出流圖的情況下確定程序的環(huán)路復(fù)雜性。n

17、4. 基本路徑測(cè)試舉例（見書）n4.2.6 控制結(jié)構(gòu)測(cè)試(詳見書）詳見書）n4.2.7 程序插樁程序插樁（Instrumentation）是一種通過(guò)向被測(cè)程序中通過(guò)向被測(cè)程序中插入操作來(lái)發(fā)現(xiàn)和定位錯(cuò)誤的方法插入操作來(lái)發(fā)現(xiàn)和定位錯(cuò)誤的方法。在測(cè)試或調(diào)試程序時(shí)，常常需要在程序中插入一些打印語(yǔ)句，使其在程序執(zhí)行過(guò)程中能打印出我們關(guān)心的信息，通過(guò)這些信息來(lái)了解程序執(zhí)行過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性，如程序的實(shí)際執(zhí)行路徑、程序中某語(yǔ)句的執(zhí)行次數(shù)、程序中各路徑的被覆蓋程度、程序中某變量在特定時(shí)刻的值等。這些是可以通過(guò)程序插樁來(lái)完成的。n下面以計(jì)算整數(shù)X和整數(shù)Y的最大公約數(shù)的程序?yàn)槔瑏?lái)說(shuō)明程序插樁方法的要點(diǎn)。計(jì)算整數(shù)X

18、和整數(shù)Y的最大公約數(shù)的程序流程圖如圖4-9所示。n圖4-9中的虛線框是為了記錄語(yǔ)句的執(zhí)行次數(shù)而插入的，其形式為： C(i) = C(i) +1 i=1,2,6n程序從入口開始執(zhí)行到出口結(jié)束執(zhí)行，經(jīng)過(guò)的計(jì)數(shù)語(yǔ)句記錄下該程序點(diǎn)語(yǔ)句的執(zhí)行次數(shù)。若在程序的入口處插入了對(duì)計(jì)數(shù)器C(i)初始化的語(yǔ)句，在程序出口處則插入打印這些計(jì)數(shù)器的語(yǔ)句，則構(gòu)成了一個(gè)完整的插樁程序。開始c(1) = c(1) +1c(2) = c(2) +1為X、Y賦值C(4) = C(4) +1結(jié)束C(3) = C(3) +1XYX YC(5) = C(5) +1C(6) = C(6) +1X = X YY=YXFTFTn設(shè)計(jì)程序插樁方法時(shí)需考慮如下問(wèn)題：應(yīng)探測(cè)程序中的哪些信息。在程序的什么位置設(shè)置探測(cè)點(diǎn)。4.3 白盒測(cè)試方法的綜合使用策略(1) 靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試的時(shí)序關(guān)系 一般可先進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試，接著進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試。(2) 白盒測(cè)試的重點(diǎn) 覆蓋率測(cè)試是白盒測(cè)試的重點(diǎn)，一般可使用基本路徑測(cè)試方法來(lái)使基本路徑集合中的每條獨(dú)立路徑至少執(zhí)行一次。(3) 不同測(cè)試階段使用的白盒測(cè)試方法n在單元測(cè)試階段，以代碼檢查法、邏輯覆蓋法、基本路徑測(cè)試法為主。n在集成測(cè)試階段，需增加靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析法、代碼質(zhì)量度量法。n在集成測(cè)試之后的測(cè)試階段，應(yīng)盡量使用黑盒方法，有選擇性