軟件測試方法與實踐講義-第八章

第八章

基于狀態(tài)的軟件測試技術Tuesday,

December

10,1軟件測試講義主要內(nèi)容狀態(tài)轉換圖狀態(tài)圖Harel狀態(tài)圖的屬性從狀態(tài)圖變換到STDUML狀態(tài)圖基于狀態(tài)的測試測試步驟產(chǎn)生測試用例覆蓋分析12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術2回歸測試簡介12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術3基于狀態(tài)的軟件測試技術是一種基于模型的測試技術（Model-Based

Testing，MBT）。MBT利用系統(tǒng)需求模型和特殊功能模型，自動生成有效的測試用例。一種定義明確的有限狀態(tài)機常用來幫助描述系統(tǒng)的行為。從測試角度看，MBT技術帶來的最大的好處是針對可用的有限狀態(tài)機或變種，生成測試用例需要遍歷狀態(tài)機。MBT技術帶來的所有益處都在一個假設條件

下，即所建立的被測系統(tǒng)的狀態(tài)機“正確地”描述了系統(tǒng)的行為；換句話說，模型的質量決定著

MBT技術的成敗?；貧w測試簡介12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術4狀態(tài)轉換圖（StateTransitionDiagram，STD作為一種圖形化標記用來描述計算機系統(tǒng)。20世紀50年代中期，G.H.Mealy和E.F.Moore同時引入了兩種狀態(tài)轉換圖的基本模型，這兩種模型在硬件設計領域一直發(fā)揮著重要的作用。近些年來，兩種模型得到廣泛擴展，增加了對諸如層次結構（Hierarchy）、適時（Timing）和通信這些方面的表達能力，使得可以使用這兩種模型對復雜的軟件系統(tǒng)進行建模。8.1狀態(tài)轉換圖12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術51.Mealy自動機的定義Mealy和Moore奠定了有限自動機的理論。一個Mealy有限自動機是一個六元組（S，I，O，δr，s0），其中：√S—為有限狀態(tài)集；√I—為有限輸入字符表；√O—為有限輸出字符表；√δ：S×I→S為狀態(tài)轉換函數(shù)；√r：S×I→O為輸出函數(shù)；√s0

∈S為初始狀態(tài)。8.1狀態(tài)轉換圖12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術61.Mealy自動機的定義Moore的有限自動機和Mealy有限自動機類似，只是輸出函數(shù)r被r’:S→O所代替，也就是說，輸出是和狀態(tài)有關而不是和轉換有關。從上述形式化定義，可以看到狀態(tài)轉換圖（STD）是一個簡單的有向圖，其中節(jié)點表示狀態(tài)，表示在不同時刻的不同輸入值組合；標有觸發(fā)事件和條件的箭頭表示轉換，轉換是由輸入引起的狀態(tài)轉換，狀態(tài)轉換圖可以幫助理解系統(tǒng)的行為。8.1狀態(tài)轉換圖12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術72.自動售貨機的例子在自動售貨機中。Bill和Coin處可以投入紙幣和

硬幣；Display是一個液晶顯示器，可以顯示投入的金額或還須投入的金額；Button處是多個按鈕，可以選擇不同的飲料；Change處遞出找回的零錢，而Dispenser處遞出飲料。8.1狀態(tài)轉換圖2.自動售貨機的例子S1:Idel/Star

StateS5:Return

MoneyS3:Display

AmountNeededS4:Deliver

Soda，Return

ChangePower

off12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術8Power

onMoney

InputCancelEnough

MoneyCancelEnough

MoneyFake

MoneyNot

EnoughMoneyS2:Display

Amount

Money

Not

Enough8.1狀態(tài)轉換圖12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術9自動售貨機的例子S={S1,S2,S3,S4,S5}I={EM,NEM,CL,FM,ε}O={Soda,Change,FM}δ={δi|1≤i≤11}δ1(S1,EM)=S2,δ2(S1,NEM)=S2,δ3(S1,FM)=S5,δ4(S2,EM)=S4,δ5(S2,NEM)=S3,δ6(S2,CL)=S5,δ7(S3,EM)=S4,δ8(S3,NEM)=S3,δ9(S3,CL)=S5,δ10(S4

,ε)=S1,

δ11(S5,

ε)=S1r

={ri|1≤i≤11}r1(S1,FM)=FM,

r2(S2,EM)=Soda,

r3(S3,EM)=Soda,r4(S2,CL)=Change,

r5(S3,

CL)=ChangeS0

=Sb8.2狀態(tài)圖12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術101.狀態(tài)圖的概念狀態(tài)轉換圖是無層次結構，狀態(tài)數(shù)目與轉移數(shù)目隨著系統(tǒng)復雜性的增加呈指數(shù)增長趨勢，導致狀態(tài)雜亂，難以理解。為了解決STD圖的缺陷，Harel提出了狀態(tài)圖（Statechart），Harel的狀態(tài)圖是狀態(tài)轉換圖、有限自動機的擴展。狀態(tài)圖表示系統(tǒng)行為，提供可視化形式，以模塊化風格描述其狀態(tài)和轉移。狀態(tài)圖用來控制和組織詳細信息，如果這些信息采用表格形式表示，則所能提供的清晰度將降低。8.2狀態(tài)圖1.狀態(tài)圖的概念STUEH/CG/AFE/BF狀態(tài)轉換圖STUEH/CG/AE/BF12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術11DH/C表示事件H觸發(fā)，執(zhí)行動作C。狀態(tài)圖D是由S和T合并而成的超級狀態(tài)。8.2狀態(tài)圖2.Harel狀態(tài)圖的屬性狀態(tài)圖提供層次結構可減少系統(tǒng)建模復雜性，支持內(nèi)容抽象并發(fā)、正交性、全局通信機制、歷史狀態(tài)，具有簡潔性、表達能力強、可進行狀態(tài)分解。（1）“或（OR）”狀態(tài)：一個超態(tài)可以分解為任意多個OR子狀態(tài)，當一個對象處于超態(tài)時，它必須處于其中的一個或者是唯一的一個“或”子狀態(tài)。UVt1t0S12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術128.2狀態(tài)圖YSt1

t3t0

t1Zt22.Harel狀態(tài)圖的屬性（2）“與（AND）”狀態(tài)：一個超態(tài)可以分解為任意多個AND子狀態(tài)，當一個對象處于超態(tài)時，它必須處于每一個活性的“與”子狀態(tài)（對象正處于的狀態(tài)稱為活性狀態(tài)）。CA

BX

R12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術138.2狀態(tài)圖2.Harel狀態(tài)圖的屬性（3）聚類與細化：聚類（Clustering）是自底向上的概念，而細化（Refining）是自頂向下的概念。二者都是描述一個狀態(tài)和子狀態(tài)的關系。聚類是減少狀態(tài)圖中轉換的數(shù)量。為了看清狀態(tài)轉換內(nèi)部的細節(jié)情況，超態(tài)可以按照需要分解，展開，這個過程稱為細化。STUEH/CG/AE/BF12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術14F8.2狀態(tài)圖STUEH/CG/AE/BFDUH/CF2.Harel狀態(tài)圖的屬性DE12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術15聚類后的狀態(tài)圖細化后的狀態(tài)圖8.2狀態(tài)圖12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術162.Harel狀態(tài)圖的屬性（4）歷史態(tài)：狀態(tài)圖的歷史態(tài)（History

State）給出了超態(tài)最近被訪問的狀態(tài)。歷史態(tài)分為“淺”歷史態(tài)和“深”歷史態(tài)。簡單地說，“淺”歷史態(tài)H表示最近進入的并與其處于同級的狀態(tài)，而“深”歷史態(tài)H*表示最近訪問的處于任意深度級別上的子狀態(tài)。8.2狀態(tài)圖2.Harel狀態(tài)圖的屬性（4）歷史態(tài)ABEEDHKABEEDH*K12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術178.2狀態(tài)圖12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術182.Harel狀態(tài)圖的屬性（5）正交性：正交性本質上是一個AND分解，但注重描述AND狀態(tài)之間和組件之間的同期并發(fā)情況。對于一個Y狀態(tài)有兩個正交組件組成：A和D，由AND運算關聯(lián)。處于狀態(tài)Y等價于既處于狀態(tài)A又處于狀態(tài)

D。那么我們可以通過將A和D中的兩個狀態(tài)合成表示目前Y所處于的子狀態(tài)。8.2狀態(tài)圖UVXYWRe12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術19gjke3.從狀態(tài)圖變換到STD為了導出測試用例，需將層次化的狀態(tài)圖變換為

“平面”版的狀態(tài)轉換圖。pAf[in(Y)]T8.2狀態(tài)圖3.從狀態(tài)圖變換到STDApU,XU,WV,WV,XV,YU,Yj12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術20ejkegegke

f8.2狀態(tài)圖12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術214.UML狀態(tài)圖David

Harel發(fā)明的狀態(tài)圖最初是為面向功能的系統(tǒng)開發(fā)的，后來做少量的修改后用在面向對象系統(tǒng)。

UML狀態(tài)圖為對象管理服務，是在Harel的狀態(tài)圖

的基礎上擴展了一些新特性。屬性Harel狀態(tài)圖UML狀態(tài)圖內(nèi)嵌與正交狀態(tài)支持支持單個轉移代表從不同子狀態(tài)的相同的事件支持支持事件廣播支持支持歷史狀態(tài)支持支持8.2狀態(tài)圖12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術224.UML狀態(tài)圖屬性Harel狀態(tài)圖UML狀態(tài)圖子狀態(tài)機支持支持重疊狀態(tài)支持無偽狀態(tài)無，但其連接符同樣操作支持Fork與Join方法利用Fork和Merge用偽狀態(tài)實現(xiàn)事件可以帶參數(shù)無支持自由轉移退出轉移離開組合邊界時，不一致通過定義自有邊界退出轉移實現(xiàn)同期的方法有限的方法，廣播通信多種方法對于事件的處理有最外層狀態(tài)機負責由最內(nèi)層狀態(tài)機負責8.3基于狀態(tài)的測試12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術231.基于狀態(tài)的測試概念√定義基于狀態(tài)的測試是一種基于模型的測試技術，也就是通過建立描述系統(tǒng)行為的狀態(tài)機，來自動生成測試用例。√和白盒測試的區(qū)別基于狀態(tài)的測試一般是用狀態(tài)圖來描述事件序列，

或稱為用例場景，并由此產(chǎn)生測試用例。白盒測試

技術是以代碼覆蓋為標準來決定測試用例產(chǎn)生數(shù)量、測試結束標準；基于狀態(tài)的測試評價標準是狀態(tài)、

轉移覆蓋及對不正常、不相關事件的考慮，并由此

決定測試用例產(chǎn)生數(shù)量和測試結束條件。8.3基于狀態(tài)的測試2.測試步驟圖形化的規(guī)格說明書中介規(guī)格說明書測試說明書層次化的狀態(tài)圖平面狀態(tài)圖測試說明書使用標記表示特殊狀態(tài)轉移12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術24使用通用方法產(chǎn)生測試用例8.3基于狀態(tài)的測試12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術252.測試步驟（1）創(chuàng)建圖形化的規(guī)格說明書需求的圖形化表示模型包括數(shù)據(jù)流圖（DFD）、

實體關系圖（ERD）、狀態(tài)圖（Statechart）、狀態(tài)轉換圖（STD）、對話圖和類圖，它們可以作

為需求分析工具。用這些圖對問題域進行建模，

對于復雜的系統(tǒng)行為、語義進行描述，或者用于

創(chuàng)建新系統(tǒng)的概念表示法。另外，圖形有助于分

析者和客戶在需求方面形成一致的、綜合的理解，可以發(fā)現(xiàn)需求的錯誤。8.3基于狀態(tài)的測試12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術262.測試步驟（2）產(chǎn)生中介規(guī)格說明書選用圖形規(guī)格說明書的目的是要方便生成測試說明書。其中狀態(tài)轉換圖和狀態(tài)圖是兩種常用的圖形化技術?？紤]到測試不正常和不相關事件，可能需要在狀態(tài)轉化圖添加特殊狀態(tài)轉移標記；對于層次化狀態(tài)圖，需要將其轉換成狀態(tài)轉移圖即平面化。8.3基于狀態(tài)的測試12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術272.測試步驟（3）生成測試規(guī)格說明書上面中介規(guī)格說明書是一種有向圖。其中一個節(jié)點為始點（可能是啞節(jié)點），一個節(jié)點為終點（也可能是啞節(jié)點）。遍歷從始點到終點的所有路徑，包括有效路徑和無效路徑。每條路徑對應于一個測試序列。有效路徑是指對于一系列有效輸入，系統(tǒng)相應的一系列相應；無效路徑是指對于一系列無效輸入，系統(tǒng)相應的一系列“意外”處理。8.3基于狀態(tài)的測試12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術283.產(chǎn)生測試用例（1）ATM系統(tǒng)需求√用戶必須能從ATM卡的任一有效賬戶上提取現(xiàn)金，提取的金額是20的整數(shù)倍；√用戶必須能在ATM卡的任一有效賬戶上存款，指放入信封里的現(xiàn)金或支票；√用戶必須能在ATM卡的任兩個有效賬戶之間進行貨幣轉賬；√用戶必須能查詢ATM卡的任一有效賬戶上的存款余額。8.3基于狀態(tài)的測試3.產(chǎn)生測試用例（2）繪出狀態(tài)圖S1:ReadyS2:Asking

for

PINS9:Asking“Continue？”S5:PerformingWithdrawalS6:PerformingDepositT15:Power

offT1：Power

onS7:PerformingTransferS8:Report

failure12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術29T3:PIN

is

invalidFirst

and

sencondT2:Insert

cardT14:Not

continueT13:continueT5:PIN

is

validT4:PIN

is

invalidThird

timeS3:Absobingthe

cardT6:WithdrawS4:asking

foTr7:Deposit

transactionT8:TransferT12:TransactionfinishedT11:FailedT9:Withdrawalaccountis

InvalidPerform

TransactionT10:Transferaccountis

Invalid8.3基于狀態(tài)的測試12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術303.產(chǎn)生測試用例（3）由狀態(tài)轉換圖產(chǎn)生測試場景√從圖中抽取一條路徑，代表一個測試場景：

TS1:Sb·T1·S1

·T2

·S2

·T5

·S4

·T6

·S5

·T9

·S√把TS1中的S5狀態(tài)分別替換成S6或者S7，有：TS2:Sb·T1·S1

·T2

·S2

·T5

·S4

·T7

·S6

·T12

·TS3:Sb·T1·S1

·T2

·S2

·T5

·S4

·T8

·S7

·

T10

··S9

·T14√再考慮一條無效路徑，如下：TS4:Sb·T1·S1

·T2

·S2

·T3

·S2

·T3

·S2

·

T4

·S8.3基于狀態(tài)的測試3.產(chǎn)生測試用例（4）由測試場景產(chǎn)生測試用例√測試場景TS1S1:ReadyS2:Asking

for

PINS9:Asking“Continue？”S5:PerformingWithdrawalT1：Power

onS4:asking

fortransactionT2:Insert

card12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術31T5:PIN

is

validT6:WithdrawT9:Withdrawalaccountis

InvalidT12:Transactionfinished8.3基于狀態(tài)的測試12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測試技術323.產(chǎn)生測試用例（4√：賬號）由測試場假設銀行的PIN景產(chǎn)生測試用數(shù)據(jù)庫中的用賬戶余額例戶信息如下977764435433543452765￥5760977764436571288332456￥355.568.3基于狀態(tài)的測試3.產(chǎn)生測試用例（4）由測試場景產(chǎn)生測試用例√使用賬戶977764435433543產(chǎn)生測試用例TC1測試場景測試用例輸入輸出輸出說明TS112/10/2019TC1SC1歡迎界面插卡SC2要求用戶輸入PIN452765SC3要求用戶選擇服務選擇“取款”服務SC4要求用戶輸入取款金額0SC4提示輸入無效，重新輸入20

第八章基S于C狀5

態(tài)的軟件詢測問試是技術否繼續(xù)

338.3基于狀態(tài)的測試3.產(chǎn)生測試用例（4）由測試場景產(chǎn)生測試用例√使用賬戶977764435433543產(chǎn)生測試用例TC2測試場景測試用例輸入輸出輸出說明TS112/10/2019TC2SC1歡迎界面插卡SC2要求用戶輸入PIN452765SC3要求用戶選擇服務選擇“取款”服務SC4要求用戶輸入取款金額635SC4提示輸入無效，重新輸入5760