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白盒測(cè)試時(shí)軟件測(cè)試中必不可少的環(huán)節(jié)，它是檢測(cè)一家軟件開發(fā)公司團(tuán)隊(duì)實(shí)力的重要指標(biāo)。
白盒測(cè)試又稱結(jié)構(gòu)測(cè)試,透明盒測(cè)試、邏輯驅(qū)動(dòng)測(cè)試或基于代碼的測(cè)試。白盒測(cè)試是一種測(cè)試用例設(shè)計(jì)方法，盒子指的是被測(cè)試的軟件，白盒指的是盒子是可視的,你清楚盒子內(nèi)部的東西以及里面是如何運(yùn)作的。 "白盒"法全面了解程序內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)、對(duì)所有邏輯進(jìn)行測(cè)試。"白盒"法是窮舉路徑測(cè)試。在使用這一方案時(shí)，測(cè)試者必須檢查程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從檢查程序的邏輯著手，得出測(cè)試數(shù)據(jù)。貫穿程序的獨(dú)立路徑數(shù)是天文數(shù)字。
采用什么方法對(duì)軟件進(jìn)行測(cè)試呢？常用的軟件測(cè)試方法有兩大類：靜態(tài)測(cè)試方法和動(dòng)態(tài)測(cè)試方法。其中軟件的靜態(tài)測(cè)試不要求在計(jì)算機(jī)上實(shí)際執(zhí)行所測(cè)程序，主要以一些人工的模擬技術(shù)對(duì)軟件進(jìn)行分析和測(cè)試；而軟件的動(dòng)態(tài)測(cè)試是通過輸入一組預(yù)先按照一定的測(cè)試準(zhǔn)則構(gòu)造的實(shí)例數(shù)據(jù)來動(dòng)態(tài)運(yùn)行程序，而達(dá)到發(fā)現(xiàn)程序錯(cuò)誤的過程。在動(dòng)態(tài)分析技術(shù)中,重要的技術(shù)是路徑和分支測(cè)試。下面要介紹的六種覆蓋測(cè)試方法屬于動(dòng)態(tài)分析方法。
測(cè)試方法
白盒測(cè)試的測(cè)試方法有代碼檢查法、靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析法、靜態(tài)質(zhì)量度量法、邏輯覆蓋法、基本路徑測(cè)試法、域測(cè)試、符號(hào)測(cè)試、Z路徑覆蓋程序變異。
白盒測(cè)試法的覆蓋標(biāo)準(zhǔn)有邏輯覆蓋、循環(huán)覆蓋和基本路徑測(cè)試。其中邏輯覆蓋包括語句覆蓋、判定覆蓋、條件覆蓋、判定/條件覆蓋、條件組合覆蓋和路徑覆蓋。
六種覆蓋標(biāo)準(zhǔn)：語句覆蓋、判定覆蓋、條件覆蓋、判定/條件覆蓋、條件組合覆蓋和路徑覆蓋發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的能力呈由弱至強(qiáng)的變化。語句覆蓋每條語句至少執(zhí)行一次。判定覆蓋每個(gè)判定的每個(gè)分支至少執(zhí)行一次。條件覆蓋每個(gè)判定的每個(gè)條件應(yīng)取到各種可能的值。判定/條件覆蓋同時(shí)滿足判定覆蓋條件覆蓋。條件組合覆蓋每個(gè)判定中各條件的每一種組合至少出現(xiàn)一次。路徑覆蓋使程序中每一條可能的路徑至少執(zhí)行一次。
要求
1.保證一個(gè)模塊中的所有獨(dú)立路徑至少 被使用一次
2.對(duì)所有邏輯值均需測(cè)試 true 和 false
3.在上下邊界及可操作范圍內(nèi)運(yùn)行所有循環(huán)
4.檢查內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以確保其有效性
目的
通過檢查軟件內(nèi)部的邏輯結(jié)構(gòu)，對(duì)軟件中的邏輯進(jìn)行覆蓋測(cè)試;在程序不同地方設(shè)立檢查點(diǎn)，檢查程序的狀態(tài)，以確定實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)與預(yù)期狀態(tài)是否一致。
特點(diǎn)
依據(jù)說明書進(jìn)行測(cè)試、對(duì)內(nèi)部細(xì)節(jié)的嚴(yán)密檢驗(yàn)、針對(duì)特定條件設(shè)計(jì)測(cè)試用例、對(duì)軟件的邏輯路徑進(jìn)行覆蓋測(cè)試。
實(shí)施步驟
1.測(cè)試計(jì)劃階段：根據(jù)需求說明書，制定測(cè)試進(jìn)度。
2.測(cè)試設(shè)計(jì)階段：依據(jù)程序設(shè)計(jì)說明書，按照一定規(guī)范化的方法進(jìn)行軟件結(jié)構(gòu)劃分和設(shè)計(jì)測(cè)試用例
3.測(cè)試執(zhí)行階段：輸入測(cè)試用例，得到測(cè)試結(jié)果。
4.測(cè)試總結(jié)階段：對(duì)比測(cè)試的結(jié)果和的預(yù)期結(jié)果，分析錯(cuò)誤原因，找到并解決錯(cuò)誤。
優(yōu)缺點(diǎn)
1. 優(yōu)點(diǎn)：迫使測(cè)試人員去仔細(xì)思考軟件；可以檢測(cè)代碼中的每條分支和路徑；揭示隱藏在代碼中的錯(cuò)誤；對(duì)代碼的測(cè)試比較徹底；最優(yōu)化。
2. 缺點(diǎn)：昂貴。無法檢測(cè)代碼中遺漏的路徑和數(shù)據(jù)敏感性錯(cuò)誤。不驗(yàn)證規(guī)格的正確性。
局限
但即使每條路徑都測(cè)試了仍然可能有錯(cuò)誤。第一，窮舉路徑測(cè)試程序違反了設(shè)計(jì)規(guī)范，即程序本身是個(gè)錯(cuò)誤的程序。第二，窮舉路徑測(cè)試不可能查出程序中因遺漏路徑而出錯(cuò)。第三，窮舉路徑測(cè)試可能發(fā)現(xiàn)不了一些與數(shù)據(jù)相關(guān)的錯(cuò)誤。
如何挑選工具
白盒測(cè)試目前主要用在具有高可靠性要求的軟件領(lǐng)域，例如：軍工軟件、航天航空軟件、工業(yè)控制軟件等等。白盒測(cè)試工具在選購(gòu)時(shí)應(yīng)當(dāng)主要是對(duì)開發(fā)語言的支持、覆蓋的深度、嵌入式軟件的測(cè)試、測(cè)試的可視化等。
代碼的覆蓋深度
從覆蓋源程序語句的詳盡程度分析，邏輯覆蓋標(biāo)準(zhǔn)包括以下不同的覆蓋標(biāo)準(zhǔn)：語句覆蓋、判定覆蓋、條件覆蓋、條件判定組合覆蓋、多條件覆蓋和修正判定條件覆蓋。
1.語句覆蓋 為了暴露程序中的錯(cuò)誤，程序中的每條語句至少應(yīng)該執(zhí)行一次。因此語句覆蓋（Statement Coverage）的含義是：選擇足夠多的測(cè)試數(shù)據(jù)，使被測(cè)程序中每條語句至少執(zhí)行一次。語句覆蓋是很弱的邏輯覆蓋。
2.判定覆蓋語句覆蓋稍強(qiáng)的覆蓋標(biāo)準(zhǔn)是判定覆蓋（Decision Coverage）。判定覆蓋的含義是：設(shè)計(jì)足夠的測(cè)試用例，使得程序中的每個(gè)判定至少都獲得一次“真值”或“假值”，或者說使得程序中的每一個(gè)取“真”分支和取“假”分支至少經(jīng)歷一次，因此判定覆蓋又稱為分支覆蓋
3.條件覆蓋 在設(shè)計(jì)程序中，一個(gè)判定語句是由多個(gè)條件組合而成的復(fù)合判定。為了更徹底地實(shí)現(xiàn)邏輯覆蓋，可以采用條件覆蓋（Condition Coverage）的標(biāo)準(zhǔn)。條件覆蓋的含義是：構(gòu)造一組測(cè)試用例，使得每一判定語句中每個(gè)邏輯條件的可能值至少滿足一次。
4.多條件覆蓋 多條件覆蓋也稱條件組合覆蓋，它的含義是：設(shè)計(jì)足夠的測(cè)試用例，使得每個(gè)判定中條件的各種可能組合都至少出現(xiàn)一次。顯然滿足多條件覆蓋的測(cè)試用例是一定滿足判定覆蓋、條件覆蓋和條件判定組合覆蓋的。
5.修正條件判定覆蓋修正條件判定覆蓋是由歐美的航空/航天制造廠商和使用單位聯(lián)合制定的“航空運(yùn)輸和裝備系統(tǒng)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)”，目前在國(guó)外的國(guó)防、航空航天領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。這個(gè)覆蓋度量需要足夠的測(cè)試用例來確定各個(gè)條件能夠影響到包含的判定的結(jié)果。它要求滿足兩個(gè)條件：首先，每一個(gè)程序模塊的入口和出口點(diǎn)都要考慮至少要被調(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；其次，程序的判定被分解為通過邏輯操作符（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。
不同的測(cè)試工具對(duì)于代碼的覆蓋能力也是不同的，通常能夠支持修正條件判定覆蓋的測(cè)試工具價(jià)格是極其昂貴的。
基本路徑測(cè)試法
白盒測(cè)試的測(cè)試方法中運(yùn)用最為廣泛的是基本路徑測(cè)試法。
基本法是在程序控制流圖的基礎(chǔ)上，通過分析控制構(gòu)造的環(huán)路復(fù)雜性，導(dǎo)出基本可執(zhí)行路徑集合，從而設(shè)計(jì)測(cè)試用例。設(shè)計(jì)出的測(cè)試用例要保證在測(cè)試中程序的每個(gè)可執(zhí)行語句至少執(zhí)行一次。
在程序控制流圖的基礎(chǔ)上，通過分析控制構(gòu)造的環(huán)路復(fù)雜性，導(dǎo)出基本可執(zhí)行路徑集合，從而設(shè)計(jì)測(cè)試用例。包括以下4個(gè)步驟和一個(gè)工具方法：
1. 程序的控制流圖：描述程序控制流的一種圖示方法。
2. 程序圈復(fù)雜度：McCabe復(fù)雜性度量。從程序的環(huán)路復(fù)雜性可導(dǎo)出程序基本路徑集合中的獨(dú)立路徑條數(shù)，這是確定程序中每個(gè)可執(zhí)行語句至少執(zhí)行一次所必須的測(cè)試用例數(shù)目的上界
3. 導(dǎo)出測(cè)試用例：根據(jù)圈復(fù)雜度和程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用例數(shù)據(jù)輸入和預(yù)期結(jié)果。
4. 準(zhǔn)備測(cè)試用例：確?；韭窂郊械拿恳粭l路徑的執(zhí)行。
工具方法
圖形矩陣：是在基本路徑測(cè)試軟件工具，利用它可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)地確定一個(gè)基本路徑集。
程序的控制流圖：描述程序控制流的一種圖示方法。
圓圈稱為控制流圖的一個(gè)結(jié)點(diǎn)，表示一個(gè)或多個(gè)無分支的語句或源程序語句
流圖只有二種圖形符號(hào)：圖中的每一個(gè)圓稱為流圖的結(jié)點(diǎn)，代表一條或多條語句。
流圖中的箭頭稱為邊或連接，代表控制流
任何過程設(shè)計(jì)都要被翻譯成控制流圖。
如何根據(jù)程序流程圖畫出控制流程圖?
在將程序流程圖簡(jiǎn)化成控制流圖時(shí)，應(yīng)注意：
在選擇或多分支結(jié)構(gòu)中，分支的匯聚處應(yīng)有一個(gè)匯聚結(jié)點(diǎn)。
邊和結(jié)點(diǎn)圈定的區(qū)域叫做區(qū)域，當(dāng)對(duì)區(qū)域計(jì)數(shù)時(shí)，圖形外的區(qū)域也應(yīng)記為一個(gè)區(qū)域。
步驟
基本路徑測(cè)試法的步驟：
第一步：畫出控制流圖
流程圖用來描述程序控制結(jié)構(gòu)。可將流程圖映射到一個(gè)相應(yīng)的流圖(假設(shè)流程圖的菱形決定框中不包含復(fù)合條件)。在流圖中，每一個(gè)圓，稱為流圖的結(jié)點(diǎn)，代表一個(gè)或多個(gè)語句。一個(gè)處理方框序列和一個(gè)菱形決測(cè)框可被映射為一個(gè)結(jié)點(diǎn)，流圖中的箭頭，稱為邊或連接，代表控制流，類似于流程圖中的箭頭。一條邊必須終止于一個(gè)結(jié)點(diǎn)，即使該結(jié)點(diǎn)并不代表任何語句(例如：if-else-then結(jié)構(gòu))。由邊和結(jié)點(diǎn)限定的范圍稱為區(qū)域。計(jì)算區(qū)域時(shí)應(yīng)包括圖外部的范圍。
第二步：計(jì)算圈復(fù)雜度
圈復(fù)雜度是一種為程序邏輯復(fù)雜性提供定量測(cè)度的，將該度量用于計(jì)算程序的基本的獨(dú)立路徑數(shù)目，為確保所有語句至少執(zhí)行一次的測(cè)試數(shù)量的上界。獨(dú)立路徑必須包含一條在定義之前不曾用到的邊。
有以下三種方法計(jì)算圈復(fù)雜度：
流圖中區(qū)域的數(shù)量對(duì)應(yīng)于環(huán)型的復(fù)雜性;
給定流圖G的圈復(fù)雜度V(G)，定義為V(G)=E-N+2，E是流圖中邊的數(shù)量，N是流圖中結(jié)點(diǎn)的數(shù)量;
給定流圖G的圈復(fù)雜度V(G)，定義為V(G)=P+1，P是流圖G中判定結(jié)點(diǎn)的數(shù)量。
第三步：導(dǎo)出
根據(jù)上面的計(jì)算方法，可得出四個(gè)獨(dú)立的路徑。(一條獨(dú)立路徑是指，和其他的獨(dú)立路徑相比，至少引入一個(gè)新處理語句或一個(gè)新判斷的程序通路。V(G)值正好等于該程序的獨(dú)立路徑的條數(shù)。)
路徑1：4-14
路徑2：4-6-7-14
路徑3：4-6-8-10-13-4-14
路徑4：4-6-8-11-13-4-14
根據(jù)上面的獨(dú)立，去設(shè)計(jì)輸入數(shù)據(jù)，使程序分別執(zhí)行到上面四條路徑。
三步法
1. 根據(jù)代碼的功能，人工設(shè)計(jì)測(cè)試用例進(jìn)行基本功能測(cè)試
2. 統(tǒng)計(jì)白盒覆蓋率，為未覆蓋的白盒單位設(shè)計(jì)測(cè)試用例，實(shí)現(xiàn)完整的白盒覆蓋，比較理想的覆蓋率是實(shí)現(xiàn)100%語句、條件、分支、路徑覆蓋
3. 自動(dòng)生成大量的測(cè)試用例，捕捉"程序員未處理某些特殊輸入"形成的錯(cuò)誤。
第1步的測(cè)試用例通常是現(xiàn)成的，因?yàn)樵敿?xì)設(shè)計(jì)文檔會(huì)規(guī)定程序的基本功能，沒有文檔的，程序員在編程時(shí)也要想清楚程序的功能，這些基本功能就是基本測(cè)試用例；
第2步是在第1步的基礎(chǔ)上，檢查未覆蓋的白盒單位，由于未覆蓋的邏輯單位通常對(duì)應(yīng)未測(cè)試的等價(jià)類，因此第2步可以找出第1步所遺漏的測(cè)試用例；
第3步用自動(dòng)彌補(bǔ)第2步的固有缺陷
“三步法”盡量避免重復(fù)工作，白盒方法和黑盒方法相結(jié)合，人工方法和自動(dòng)方法相補(bǔ)充，如果第2步的覆蓋率比較理想，那么基本上可以保證找出所有等價(jià)類。在開發(fā)過程允許的限度內(nèi)，"三步法"已接近極限，當(dāng)?shù)闷?quot;徹底測(cè)試"四個(gè)字。
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