基于树型模型的黑盒测试用例自动生成.pdf

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1、第 1 9卷第 2期 2 0 0 9 年 2月 计 算 机 技 术 与 发 展 C OM PUTER TECHN()I )(Y AN2 r)DE VEL 0PMENT V 1 9 NO 2 F e b 2 0 0 9 基于树型模型的黑盒测试用例 自动生成 孙淑香，侯秀萍，蔡文涛2 (1 长春工业大学 计算机科学与工程学院，吉林 长春 1 3 0 0 1 2；2 启明信息技术股份有限公司 E R P部，吉林 长春 1 3 0 0 1 1)摘要：软件测试是保证软件质量的重要手段，尤其是自动化测试可以提高测试效率，降低成本。测试用例的自动获取尤 其是黑盒测试用例的自动生成是软件测试的关键和难点。在借

2、助边界值和等价划分等数学原理得到的典型值的基础上，结合 自定义的树型模型设计了全面覆盖算法和快速搜索有效用例算法两种面向不同方面的算法。并通过在假设的模型 下运用两种算法进行测试数据的生成与测试结果的对 比。测试结果表明两种算法各有其 自身的优势，有可适用的测试场 合、轮次。关键词：软件测试；黑盒测试；测试用例 自动生成；两两组合测试 中图分类号：T P 3 1 1 5 2 文献标识码：A 文章编号：1 6 7 3 6 2 9 X(2 0 o 9)0 2 一 o 0 7 7 0 4 Bl a c k _ Bo x Te s t i n g Ca s e Au t o ma t i c Ge n

3、e r a t i o n Ba s e d o n Tr e e M o d e l S UN S h u x i a n g I，HOU Xi u p i n g ，C AI W e n-t a o 2 (1 D e p a r t me n t o f C o mp u t e r S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g，C h a n g c h u n Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y，C h a n g c h u n 1 3 0 0 1 2，C h i n a；2 E R P D e

4、p a r t me n t o f mi ng I n f o r ma t i o n T ech n o l o g y L t d C o ，C h a n g c h u n 1 3 0 0 1 1，C h i na)Ab s t r a c t：S o f t wa r e t e s t i s a n i mp o r t a n t a r t if i c e t O ts u r e t h e q u a l i t y o f s 0 f t、愀e s p e c i a l ly t est c a s e a u t o ma t ic g e n e r a t

5、 io n cou l d i mp mv e t est e f fi c i e n c y a n dd u ce c o s t s I t i s s t i c k i n g a n d d i f f i c u l t p o in t s t O a u t o ma t ic a l l y gene r a t e t e s t a l s e s e s p e c i a l l y bla c kt est i ng a峭a u t o ma t i cg ene r a t io n P r e s e n t st w ome t h o d s f o r

6、 b l a c kt est ing c ls e a u t c m t i c g ene r a t io n，wh i c h a r e b a s e do nt h et r e emo d e l d es e d，a n do n t h et y p i c a l d a t awh i c ha r eg a in e dt hr o u g ht h ema t h e x n a t ies t h e o r ies，s u c h a s b(I邶d a r yd a ta s e le c t ion，e q u iv a l e n t c o mp a

7、r t me n t a l i z i ng a n d 8 0 o nI t a l s o c o mp a r e st h et est s e qu en twhic hi s g o tf r 0 m t h et wome t h o d s b a s e dO nt h eg iv en mo d e 1 Test r e s u l t si n d i c a t e e a c h o ft het WO me t h o d s h a si tso wn a d v a n tag e。a n d ha si t so wnt e s t s c e n e a

8、n dt estt u r n s Ke y Wo d s；s o f t wa r e t e s t i ng；b l a c kb o x t e s t i n g；t est c B s e a u t o ma t i c ge n e r a t io n；p a i r comb i n a t io n t est i ng 0 引 言 在软件测试过程中，测试用例的生成是软件测试 的关键和难点。多年来很 多研究人员对此进行 了大量 的研究 l_】2 j。然而 目前，测试用例的生成主要靠手工 完成，而且要求软件测试人员具有一定的经验和较高 的专业水平。因而，测试过程往往带有很大

9、盲目性，致 使测试效率低下，软件成本居高不下，软件质量也很难 保证。为此，测试用例 的 自动 生成方 法及测试 工具的 研究有其现实的必要性。基本的黑盒测试方法包括：等价划分法、边界值分 收稿 日期：2 0 0 80 60 5 基金项目：_土林省科技发展 计划重大科技攻关项 目(吉科合字：2 0 0 4 0 3 0 5)作者简 介：孙淑香(1 9 8 1 一)，女，山东烟 台人，硕士研 究生，研究方 向 为软件工程；侯秀萍，教授。硕 上 研究生导师，研究方向为软件：i 翌。析法、因果图分析法、错误猜测法等，即使使用这些方 法来手动生成覆盖全面的测试用例也是很不现实的。然而穷举测试又是无法实现的

10、，这有两方面的含 义：一是我们无法测试一个程序以确保它是无错的；二是软件测试中需要考虑的一个基本问题是软件 测试的经济学【引。借助边值分析法和等价类划分法等基本黑盒测试 方法选取一组典型的值【4 J，如何结合上述典型值实现 测试用例的自动生成，来达到对所测试系统的全面覆 盖是黑盒测试用例 自动生成 的一 个研究 方 向，另外 如 何结合典型值尽快找到测试系统的有效用例也是黑盒 测试用例 自动生成的一个研究方向。这里的有效用例 不是能使程序通过的用例，而是能找出程序中存在的 错误的用例，因为测试的 目的是找到程序中存在的问 题而不是证明程序是正确的。7 8 讨 算 叽技术与 发展 翦 l 9巷

11、l 基 于树型 模型的 黑盒测试 用例 自动 生成 算法 1 1 基本概念及性质 1 1 1 概念 没系统对外接 口由 m 个参数 c，c 2，C 组成，它们的取值集合分别记为 1、，丁 I 其中 c，参数 可取值的个数为 t 2，而 是有穷的符号集，t 2=I 是点集 T，中元素的个数。定义 1 基于接口的测试用铡：没 个接口参数 c 1，2，c 的某 种取值组合 为“：M 小 2，“，则“称为一个测试用例，所有测试用例的集合 记为 A，则 集 合 中测 试用 洌 的个 数 为 A l=t 1*f 2*t”I。定义2 测试用例基：设=ma x t j ，在 A中选 取 个测试用例，构成测试用

12、例组 U n，使在 U n中每 个参数的所有取值都至少出现一次，则称【J 为A 的 测试用例基l-5 J。1 1 2 性质 设 U n、V n 是 A 的任两个测试用例基，则 L _r，2、V n 是相互等价睁 引。基于上述理论可知，在待测参数 柳 给定的情况 下，每个参数的离散取值集合可以确定(用等价划分法 和边界值法可以确定该参数的具有代表性的取值集 合)，从 而测试用例基 中测试用例 的个 数 可 以确定。如何获得这，z 个测试用例，可以在测试用例表的基础 上，对任意两个接 口参数两两组台全面覆盖的原则来 选择测试用例。1 2 树型模型 的构成及描述 没某个系统其接 口参数有 个，第 i

13、 个参数有 t 个取值 i=l，2，对参数按取值个数的多少顺序 排列(即t 1 t 2 t 1。将这 n 个参数及其取值按 如下方式构成倒立 的树(见图 1)：1)树型结构的根节点为算法的人 口；2)树型结构的第 1 层按如下方法构 成：树 型结构 的第 l 层节点为 n 个参数中取值个数最多的节点即有 t 1 个取值的参数 G1，将 t】个取值予以编号，并将标好 号的 t 个取值从左到右依次排列在 E n t r a n c e F；3)第二层及其以下各层按如下方法构成：第 2层 以下各层分别 为有 t 2，t 个取值的参数 2，G3；将参数(的t 个取值予以编号，即 1，2，i。将 编好号

14、的 t 个取值作为C，(i)的每个取值的叶节 点予以连接。4)纵观整棵树，从倒立的树的第一层 叶节点开 始，依次往下，每一层代表一个参数的取值，并且叶节 点的个 数 下降脓序。图 1 ，z 一t 树 型模 型 1 3 全面覆盖算法描述 在上述的树型模型下假定=3，t 1=t 2=t 3 o 树 的第 1 层表示参数 G1 的 t 1(t l=3)个取值，编号 为 1、2、3；第 2 层表示参数 G2 的 t：(2=3)个取值，并将这 3 个取值作为 t 的叶节点予以连接；同理编号并连接 2、3 层。从第1 层某个节点出发沿着树枝的方向向下推 进，直到到达整棵树的叶节点，形成一条路径，路径上 的

15、节点号序列就代表一个测试用例。113，就表示 第 1 个参数取第 1 个值，第2 个参数取第1 个值，第 3 个 参数取第 3个值构成的一个测试用例。具体算法步骤如下：1)计算顺序：按倒立树的层次从上到下，每一层 从左到右的顺序逐个节点执行。2)第 1 层的节点按编号从小到大的顺序依次沿着 树权按其叶节点号递增的次序给每个叶节点发送 自己 的节点号。3)第 2 层每个节点 每接 收到一个节点号，就把 自 己装配在这个节点号的后 面，形成一个节点号串，并把 它按照接收的顺序保存。4)第 L 层每个节点发送完毕，从第 2层的每个根 节点开始按照下面的算法向其每个叶节点发送该节点 内形成的号码串：第

16、 i 层(i 2)的第 J 号节点(1 t，)把该节点内第 1 个组装好的号码串，与第 z+】层 节点(按 编号从 小到大顺 序)与每个 节点 内已经 收到 的来 自其它第 i 层节点发来的每个符号串进行组合；5)按照第 i 层中编号从小到大的顺序重复步骤 4 发送过程直至该层节点均将其号码串发送到叶节点，第 层中的每个节点的叶结点均把自己装配到其根节 点发送过来的符号串后。6 j 最后 一层 叶节点 为输出层。每个：；i 大 J 形成一 组节点号串，每个 点号串就是产生的测试用例，这些 串的全体构成了基于这 个参数两两组合测试用例 集。算法：第 2期 孙淑香等：基 于斜型模 的黑盒测试用例

17、自动生成 7 9 输入：的取值集合；，z=了 l：C 的取值个数；S t r i t N l=n e w S t r i n g 1【j Tl，T 2，L ：接口参数的个数；输 出 编号串集合 b e gin d o h(im i n，i m n)i f(m=：=0)S t r i n g s=n e wS t r ，“”，“”，“”；f o r(x=0；x n；x+)s i x =s l O I x ；r e t ur n S：L is t l i s t=n e wA r r a y l A s t()；f o r(i n t j=0；j n；j+)8 8=d o I t(m一1，n)；f

18、 o r(y=O；y s s 1 e n g t h；Y+)l i s t a d d(s l m j +“，”+(S t r i n g)s s y )；l r e t u r n li s t t o A r r a y()；糯 出 e n d 1 4 快速搜索有效用例算法描 述 将 个接 口参数的各个取值予以编号，后按照如 下步骤快速地搜索有效的组合，即有效的测试用例。算法步骤：1)从倒立的树的根节点开始，层次按照从 上到下，叶节点按照从左到右的方向搜索组合。2)第 1 层编号最小的节点把自己的编号传递给其 叶节点中编号最小的节点；3)第 2 层编号最小的节点把自己的编号及其上层 编号一

19、起组成的串传递给它的叶节点中编号最小的节 点。依次各层节点均取节点编号最小的节点组成数字 串，构成一个测试用例。4)当按照最小节点原则找到的测试用例不能找到 系统存在的缺陷时，依据下面原则进行寻找：(1)保留3)中除了第一个编号以外的其他编号组 成的数字串，将处于第一位的编号用同根节点下的次 小的编号代替，直到遍历完此根节点。(2)在遍历完倒数第二层最小编号下的叶节点后，遍历倒数第二层的次小编号(保持与最小编号的根：点一致)F的叶节点，遍历顺 序仍依编号从小到大。(3)按照倒推对的原则不 断变换 不 同位置 的根节 点直到遍历 到第一层 的编号最大的根节点。5)在上述过程中若出现找到系统缺陷的

20、数字串且 p 有效 的测试用例则终止搜索 过程。1 5 算法比较 在假定=3，t 1=t 2=t 3 时，并且组合 2 3 1 测试用例能测试出系统存在缺陷，运用如上两种算法 进行 比较(见图 2)。图 2 33树 型结构 运用全面覆盖算法时，需要先将第一层和第二层 的各种取值进行组合完全，依次生成数字串：1 1、1 2、1 3,2 1、2 2,23、3 一l、3 2、3 3；然后将 第 二层与第三层组合生成数字串：1 1 1、1 1 2、1 13；211、2 12、213；311、3一 l2、3 13；l一2 1、122、12 3；22 1、22 2、223；32 1、322、323；13

21、1、13 2、133；23 1、232、2 33；33 1、3 3 2、3 3 3。在以上数字组合全部生成后，即可 用以上组合所代表的测试用例对待测系统进行测试，当输入 2 3 一l 组合代表的测试用例时显示系统存在 缺陷，为了实现在此算法生成 的测试用例 的全 面性，后 续的几个组合即测试用例也要对系统进行测试，从而 说明系统在除了组合 2 3 1 代表的测试用例证明系 统存在缺陷外，系统此时不存在其他方面的错误。但 并不能保证在修改了上述缺陷后上述结论的正确性。回归测 试时除 了要试验 23 1 所代 表 的测试用 例，同时也要测试其他的组合。运用快速搜索有效用例算法时依次生成的数字串 为

22、：1 1 1、2 1 1、3 1 1；1 21、22 1、3 21；l 一3一l、231(331；l 一12、21 一 一 2、3 12；l一22、22一 2、3 22；132、2 3 2、332；113、2 13、3一 l一3；123、22 3、3 2 3；l 一3 3、2 33、333)；当找 到 2 3 1 时算法终止运行，整棵树不需要继续搜索，即 括号 里面的数字组合 不需要生成，也不需 要用 其来 执 8 0 计算机技术与发展 第 l 9卷 行测试系统，从 而节省 了测试时间，一定程度上提高 了 测试效率。当然在运用等价划分法和边界值法得到的基础数 据，不论怎么组合都不能发现程序中存

23、在的缺陷时，以 上两种算法效果是相同的，都必须要生成 t”个测试用 例。并运用这 t”个测试用例对 系统进行测试。全面覆盖算法在接口参数 C，的取值个数 t 很大 时，实现起来比较困难，所以此算法有其适用范围。当 在用边值分析法、等价划分法等确定参数 C，的代表性 取值时，应该尽量减少取值个数，依据测试轮次或测试 阶段选取典型值。此算法适于在测试系统的单元即最 基础模块，适于在对系统进行压力测试 容错性测试等 测试中运用。快速搜索有效用例算法适于在对系统单元进行可 用性测试时运用。可用性测试是在第一轮测试之初，初步测试应用程序，以确定该程序已实现基本需求，即 可用。如果基于此来运用该算法时，可

24、尽量减少运用 边值分析和等价划分等基本黑盒测试方法所得到的基 础参数的个数。2 结束语 研究了功能测试即黑盒测试的单元测试阶段，针 对不同测试 目的有效的测试用例自动生成算法。从以 上试验结果可知，以上两种基于树型模型的算法各有 其优缺点。全面覆盖算法很好地做到了对整棵树的较 全面的覆盖，而快速搜索有效用例算法以树型结构的 深度搜索为基础能以较快的速度找到有效的数字组合 即测试用例，这里的有效的测试用例不是使测试能通 过的用例，而是 能找到 系统 中存 在缺陷 的测试用 例。在不同的测试阶段及不同的测试 目的时，选择有效的 测试方法能大大降低测试成本，提高测试效率。对于 有 个参数，每个参数有

25、 t 个取值的系统，最好的测试 用例设计是对任意两个参数的各种组合只覆盖一次的 测试用例集，即在测试用例集中整棵树的节点均只出 现一次，且每个树枝只遍 历一次。参考文献：1 D e Mi l lo R E x p e r i m e n t a l r e s u l m f r o m a n a u t o m a t i c t e s t e a s e g e n e r a t o r J A C M T r a r m a c t i o n s o n S o f t w a r e E n g i n e e ri n g Me t h o d o lo g y，1 9 9

26、3，2(2)：1 0 9 1 7 5 2 D e _ Mi l l o R C o n s t r a i n t b a s e d a u t o ma t i c t e s t d a m g e n e r a t i o n J I E E E T r a n s a c ti o n s O i l Sof twa r e E ngi n e e r ing，1 9 9 1，1 7 (9)：9 0 09 1 0 3 My e r s G J，B a d g e t t T，T h o n m s TM，e t a 1 T h e A r t o f Sof t w a r e T

27、 est in g M 王峰，陈杰译 北京：机械工业出版 社，2 0 0 6 4 C h e rt T Y A n e w h e u r i s t i c f o r t e s t s u i t e r e d u c t i on J 1 n f o r ma t i o n a n d Sof twa r e T e c h n o k,，1 9 9 8，4 O(56)：3 4 7 3 5 4 5 杨劲涛，荷清 黑盒测试用例基的研究 J 计算机工程 与科学，2 0 0 6，2 8(5)：1 3 0 1 3 1 (上接 第 7 6页)将旧数据和新数据区分开。(4)S D O可以作为

28、X ML构件或 J a v a 对象存在。S D O可以很方便地对 X ML和 J a v a 进行转化，并且支 持 X S D中的数据 结构。随着 S O A应用的逐步推广和深入，S C A S D O将 会受到越来越多的关注，这将推动其发展和完善。两 者相辅相成，S C A 黜也势必会推动 S O A的实施。相信今后必定会有更多的厂商支持 S C A S D O，其也将 成为实施 S O A的首选。4 结束语 介绍了 S O A 面 向眼务 架 构 的理论 知识，并运 用 S O MA方法论对服务这一抽象的概念进行分析。最后 介绍了2个实现 S OA的重要技术：S C A与 S D O，分

29、别 代表了调用方式的抽象和传输数据的抽象。总之，S O A就是一种企业信息管理应用 的框架，它着眼于 日常的业务应用，并将它们划分为单独的业 务功能和流程，即所谓的“服务”引。形象地说，这些“服务”就像大小不一的乐高玩具中的积木，它们之间 的灵活组合可适应不同的业务管理需要。这将成为企 业业务信息化管理的新模式，带给人们更快捷便利的 社会服务响应。参考文献：1 喻坚，韩燕波 面向服务的计算原理及应用 M 北京：清华大学出版社，2 0 0 6 2 N e w c o me r E U n d e r s t a n d i ng S O A w i t h We b S e r v i c e

30、s M 徐 涵，译 北京：电子工业 出版社，2 0 0 6 3 庞引明 认清 S O A的本来面目 N 汁算机世界报，2 0 0 5 0 62 0(6，7)【4 王金玲 朱诗生，符群卫 基于 We b 服务的 s；(软件部署 的研究【J 现代电子技术 2 0 0 7(4)：5 2 5 5 5 He ldi ng R T A r c h it e c t u r a l S t y l e s a n d t h e D e s ig n o f N e t w o r k b a s e d Sof t w a r e A r c h i t t t lr es D C a i l i f o m i a，U S A：(i l i f o mi a Un i v e r s i t y，2 0 0 0