單元測試中測試用例的設計方法

1. 用于語(yǔ)句覆蓋的基路徑法

基路徑法保證設計出的測試用例，使程序的每一個(gè)可執行語(yǔ)句至少執行一次，即實(shí)現語(yǔ)句覆蓋?；窂椒ㄊ抢碚撆c應用脫節的典型，基本上沒(méi)有應用價(jià)值，讀者稍作了解即可，不必理解和掌握。

基路徑法步驟如下：

1）畫(huà)出程序的控制流圖

控制流圖是描述程序控制流的一種圖示方法，主要由結點(diǎn)和邊構成，邊代表控制流的方向，節點(diǎn)代表控制流的匯聚處，邊和結點(diǎn)圈定的空間叫做區域，下面是控制流圖的基本元素：

以下代碼：

可以畫(huà)出以下控制流圖：

2）計算程序環(huán)路復雜度

環(huán)路復雜度V(G)可用以下3種方法求得：

(1) 環(huán)路復雜度等于控制流圖中的區域數；

上圖中，有4個(gè)區域，V(G) = 4。

(2) 設E為控制流圖的邊數，N為結點(diǎn)數，則環(huán)路復雜度為E－N＋2；

上圖中，V(G) = 10(邊) – 8(結點(diǎn)) + 2 = 4。

(3) 設P為控制流圖中的判定結點(diǎn)數，環(huán)路復雜度為P＋1。

上圖中：V(G) = 3(判定結點(diǎn)) + 1 = 4。

環(huán)路復雜度是獨立路徑數的上界，也就是需要的測試用例數的上界。

3）導出基本路徑集

基本路徑數等于V(G)。根據上面的計算方法，可得出需要的基本路徑數為4。路徑就是從程序的入口到出口的可能路線(xiàn)，基本路徑要求每條路徑至少包含一條新的邊，直到所有的邊都被包含。需要提醒的是：基路徑法和路徑覆蓋是兩回事，用于設計用例的基路徑數一般小于全部路徑數，即基本路徑集不是惟一的?；窂椒ㄍ瓿傻氖钦Z(yǔ)句覆蓋，而不是路徑覆蓋。下面選擇四條基本路徑：

路徑1：1-11

路徑2：1-2-3-4-5-1-11

路徑3：1-2-3-6-8-9-10-1-11

路徑4：1-2-3-6-7-9-10-1-11

4) 設計用例

根據上面的路徑，可以設計出以下用例：

路徑1：1-11

用例1：iRecordNum = 0

路徑2：1-2-3-4-5-1-11

用例2：iRecordNum=1, iType = 0

路徑3：1-2-3-6-8-9-10-1-11

用例3：iRecordNum=1, iType = 1

路徑4：1-2-3-6-7-9-10-1-11

用例4：iRecordNum=1, iType = 2

從上述步驟可以看出，基路徑法工作量巨大，如果用于五十行左右的函數，將耗費大量的時(shí)間，而五十行代碼的函數實(shí)在是太普通了。這種成本巨高的方法，其測試效果如何呢？測試效果完全與成本不匹配，首先，基路徑法完成的只是代碼覆蓋，這是最低級別的覆蓋，其次，整個(gè)設計過(guò)程都是依據已經(jīng)存在的代碼來(lái)進(jìn)行的，沒(méi)有考慮程序的設計功能，是典型的“跟著(zhù)代碼走”，不足是顯而易見(jiàn)的。綜上所述，基路徑法沒(méi)有實(shí)際應用價(jià)值。

2. 用于MC/DC的真值表法

設計用于MC/DC的用例，可以先將條件值的所有可能組合列出表格，然后從中選擇用例，稱(chēng)為真值表法。例如判定A || (B && C)，條件組合如下表：

為了使A獨立影響判定結果，選擇B和C相同，判定結果相反，且A相反的組合：組合2和6；

為了使B獨立影響判定結果，選擇A和C相同，判定結果相反，且B相反的組合：組合5和7；

為了使C獨立影響判定結果，選擇A和B相同，判定結果相反，且C相反的組合：組合5和6。

因此，組合2、5、6、7符合MC/DC要求。符合MC/DC要求的用例集不是惟一的。

為了提高效率，可以使用工具來(lái)生成真值表和找出符合要求的組合，有些商業(yè)工具具有這種功能。自行開(kāi)發(fā)難度也不大，下面提出開(kāi)發(fā)MC/DC用例設計小工具的思路，有興趣的讀者可以嘗試一下：

1）用一個(gè)簡(jiǎn)單的詞法和語(yǔ)法分析器解析判定表達式，計算條件數量；

2）生成真值表；

3）用一個(gè)邏輯表達式計算器，針對每個(gè)條件C，掃描真值表，找出符合以下要求的組合：除條件C外，其他條件取值相同；將條件C的真值和假值分別代入判定表達式，判定的計算結果相反。

4）針對找出的組合，設計兩個(gè)用例，條件C分別取真和假。

需要注意的是，判定中可能存在完全相同的條件，例如：

(A==0 || B == 1) && C == 2 || (A==0 && D == 3)

針對A==0設計MC/DC用例時(shí)，前一個(gè)A==0取反，后一個(gè)A==0也會(huì )跟著(zhù)取反，如果后一個(gè)A==0視為其他條件，則不能實(shí)現MC/DC覆蓋，因此，計算判定值時(shí)，兩個(gè)A==0應視為同一個(gè)條件。

3 邊界值法

邊界值法假定錯誤最有可能出現在區間之間的邊界，一般對邊界值本身，及邊界值的兩邊都需設計測試用例。

如下函數：

參數age表示一個(gè)人的年齡，假設有效的取值范圍是0-200，那么，用邊界值法可以得出以下用例(省略輸出)：

用例1：age = -1；

用例2：age = 0；

用例3：age = 1；

用例4：age = 199；

用例5：age = 200；

用例6：age = 201；

通常，程序對輸入還會(huì )分段處理，例如，年齡在10以下，為兒童，需要特別照顧；年齡在60歲以上，為退休老人，不能安排工作，那么，10和60是內部邊界，也要設計測試用例：

用例7：age =9；

用例8：age = 10；

用例9：age = 11；

用例10：age = 59；

用例11：age = 60；

用例12：age = 61；

邊界值法需要了解數據所代表的實(shí)際意義，此外對于枚舉類(lèi)型等非標量數據不適用。邊界值法對于復雜的軟件項目來(lái)說(shuō)，適用范圍有限。

4 等價(jià)類(lèi)法

先從代碼編寫(xiě)的思路說(shuō)起。程序員編寫(xiě)一個(gè)函數的代碼，會(huì )如何做呢？

首先，了解代碼功能。程序的功能是什么？無(wú)非就是：有哪些輸入？執行什么操作或計算？產(chǎn)生什么輸出？

然后，將功能細化，形成一個(gè)或多個(gè)功能點(diǎn)。一個(gè)功能點(diǎn)就是一類(lèi)輸入及其處理。什么叫“一類(lèi)”輸入？程序可能有無(wú)數輸入，但代碼并不需要用無(wú)數個(gè)判定來(lái)對每個(gè)輸入分別做處理，只需將輸入分類(lèi)，需要做相同處理的輸入歸于一類(lèi)，這就是“等價(jià)類(lèi)”。從編程角度來(lái)說(shuō)，“等價(jià)類(lèi)”是指計算或操作過(guò)程的“等價(jià)”，一個(gè)等價(jià)類(lèi)就是處理過(guò)程完全相同的輸入的集合。程序中通常用判定來(lái)識別分類(lèi)，一個(gè)判定就是一次分類(lèi)，嵌套的判定則會(huì )造成分類(lèi)數量的翻番。

所以，函數代碼編寫(xiě)的核心思維就是等價(jià)類(lèi)劃分和處理。一個(gè)函數要完全正確，關(guān)鍵是等價(jià)類(lèi)的劃分要正確完整，且每個(gè)等價(jià)類(lèi)的處理正確。

舉個(gè)例子，現在要編寫(xiě)一個(gè)函數，將字符串左邊的空格刪除。函數原形如下：

功能：

將str左邊空格刪除，并返回str本身。

功能點(diǎn)：

1. 左邊有空格：刪除；(正常輸入)

2. 左邊無(wú)空格：不作處理；(正常輸入)

3. 全部是空格：全部刪除；(正常輸入)

4. 空串：不作處理；(邊界輸入)

5. 空指針：直接返回。(非法輸入)

不一定需要針對每個(gè)功能點(diǎn)分別寫(xiě)代碼，因為程序中的if、for、while等語(yǔ)句本身具有“如果不符合條件就跳過(guò)”的含義，所以很多功能點(diǎn)是可以共用代碼的，例如，前4個(gè)功能點(diǎn)只需要相同的代碼，不過(guò)，編程時(shí)對功能點(diǎn)的考慮還是要全面。

既然函數沒(méi)有錯誤的關(guān)鍵是等價(jià)類(lèi)劃分正確完整且處理正確，那么測試時(shí)，只要把輸入的等價(jià)類(lèi)都列出來(lái)，并設定正確的預期輸出，進(jìn)行測試就行了。

這就是通常說(shuō)的“等價(jià)類(lèi)”法，從測試角度來(lái)說(shuō)的“等價(jià)”，是指測試效果上的等價(jià)，即同類(lèi)中一個(gè)數據測試通過(guò)，可以肯定其他數據也會(huì )測試通過(guò)。

用例設計的首要工作是設定輸入。輸入有哪些呢？要從正常輸入、邊界輸入、非法輸入三方面考慮，每方面進(jìn)一步劃分形成等價(jià)類(lèi)，即要考慮：有哪些正常輸入？有哪些邊界輸入？有哪些非法輸入？

多個(gè)輸入時(shí)，例如有多個(gè)參數，首先把各個(gè)參數的等價(jià)類(lèi)列出來(lái)，然后要考慮參數之間是否存在特殊的組合關(guān)系。例如下面的函數：

用例如下表(假設year的有效范圍是1-9999)：

用例的輸出是比較容易被輕視的工作，但是，沒(méi)有充分且正確的預期輸出，用例基本上沒(méi)有意義，就像醫生要求病人做一大堆檢查，卻不看檢查結果一樣。預期輸出要根據程序的設計功能確定正確的值。一個(gè)用例的預期輸出可能有多個(gè)。

等價(jià)類(lèi)法是與程序的基本特性“對數據分類(lèi)處理”相匹配的方法。對于一個(gè)函數來(lái)說(shuō)，如果對數據的分類(lèi)正確且完整，每一個(gè)分類(lèi)處理正確，那么，程序就沒(méi)有問(wèn)題。同樣，測試時(shí)，只要依據設計功能，找出所有等價(jià)類(lèi)，那么，用例就是完整的。所以，用例的完整性，本質(zhì)上是指等價(jià)類(lèi)是否劃分正確且完整，每一類(lèi)的正確輸出是否均依據設計功能正確設定。

使用了等價(jià)類(lèi)法后，是否需要使用其他方法呢？

等價(jià)類(lèi)法從“有哪些正常輸入？有哪些邊界輸入？有哪些非法輸入？”三個(gè)方面來(lái)考慮等價(jià)類(lèi)，因此，邊界值法是等價(jià)類(lèi)法的一部分。

常見(jiàn)的用例設計方法中還有正交法和錯誤推測法。正交法考慮數據的組合，實(shí)際上，如果程序對輸入數據的組合需要判斷處理，也是一種等價(jià)類(lèi)劃分，但正交法會(huì )產(chǎn)生大量的多余組合，且可能缺少必要的組合，因此不推薦采用正交法，應該根據數據的實(shí)際意義自行組合。單獨從錯誤推測角度去設計用例未免太不可靠，但錯誤推測法可以作為檢查等價(jià)類(lèi)是否完整的一種思路，即用等價(jià)類(lèi)法設計用例后，可以考慮哪些輸入比較容易產(chǎn)生錯誤，以檢查是否遺漏，這只是一種檢查思路，也包含在等價(jià)類(lèi)法之中?？傊?，用例設計只需使用等價(jià)類(lèi)法，但可以從多種角度檢查等價(jià)類(lèi)的完整性。

原文轉自：www.uml.org.cn/Test/201811193.asp