Class-Integration Testing Sequence Research Based on Dynamic Dependency*

CHEN Jianxun，XIAO Yiran

(College of Computer Science and Technology，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430065，China)

Class-Integration Testing Sequence Research Based on Dynamic Dependency*

CHEN Jianxun*，XIAO Yiran

(College of Computer Science and Technology，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430065，China)

The cost of the class－integration－test depends largely on the testing sequence.Therefore，an approach based on dynamic dependency relation for class－integration－test order is proposed in order to obtain a suitable test sequence. Firstly，the class dependencies among those object relational graphs are analysed.Secondly，the loop is removed by applying the edge deletion rules.Lastly，the test order is achieved based on the topological sequence of a directed acycline graph.The simulation results show that42%test stubswere reduced by applying the proposedmethod comparing to the Briand`smethod.It comes to a conclusion that thismethod meets the requirement of reducing the test stubs to theminimum.In addition，it improves test efficiency aswell as reduces the test cost.

object relational graph;dynamic dependency;test stub;test sequence;directed acycline graph

軟件的集成測(cè)試在面向?qū)ο筌浖到y(tǒng)中是一個(gè)非常關(guān)鍵的過程，與傳統(tǒng)軟件系統(tǒng)不同的是其對(duì)功能模塊的測(cè)試由于對(duì)象的封裝、繼承和多態(tài)等特性，變得十分復(fù)雜。在面向?qū)ο蟮某绦蛑?，類間的聯(lián)系通過消息傳遞，一條消息引起連鎖反應(yīng)形成一條方法調(diào)用鏈，稱為依賴關(guān)系［1］。由于面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)的特性，使得多個(gè)類構(gòu)成的類簇中的依賴關(guān)系形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)圖，因此從哪里開始測(cè)試以及如何安排類間測(cè)試順序成為關(guān)鍵問題之一。測(cè)試樁數(shù)量是衡量測(cè)試代價(jià)的主要方法，因此，改進(jìn)類間測(cè)試順序以減少測(cè)試樁的開發(fā)，對(duì)降低測(cè)試成本，縮短測(cè)試周期，提高測(cè)試效率是一個(gè)很有效的途徑。

對(duì)于不存在環(huán)路的對(duì)象關(guān)系圖ORD(Object Related Diagram)［2］，類間測(cè)試順序可以通過簡單的逆向拓?fù)湫蛄衼斫鉀Q;對(duì)于存在環(huán)路的ORD，則需要?jiǎng)h除某些依賴關(guān)系，以打破其中的環(huán)路，然后給出類間測(cè)試序列。因此，確定類間測(cè)試順序的核心問題就是打破環(huán)路。學(xué)者Kung［2］的方法是刪除一條或多條關(guān)聯(lián)邊以斷開環(huán)路，沒有考慮類間的復(fù)雜繼承關(guān)系以及動(dòng)態(tài)依賴關(guān)系。學(xué)者Le Traon［3］在Tarjan［4］算法基礎(chǔ)上引入了強(qiáng)連通圖，但沒有區(qū)分3種不同依賴類型，影響了測(cè)試樁開發(fā)的復(fù)雜度。學(xué)者Briand［5－7］在Tai［8］和Le Traon算法的基礎(chǔ)上使用權(quán)重計(jì)算的方法，來確定移除哪些依賴關(guān)系。該方法即避免了因?yàn)橐瞥^承、聚合關(guān)系引起的開發(fā)復(fù)雜測(cè)試樁的問題，也避免了Tai等人的方法在某些場景下將產(chǎn)生多余測(cè)試樁的缺陷［9］。

在經(jīng)過對(duì)多種方法的比較分析后，本文在改進(jìn)參考文獻(xiàn)［10］的算法基礎(chǔ)上結(jié)合了有向無環(huán)圖算法分配測(cè)試順序。該類方法使用有向圖來表示系統(tǒng)中類的依賴關(guān)系，并通過分析有向圖的結(jié)構(gòu)，在保證測(cè)試樁的數(shù)目盡可能少的前提下，利用邊刪除規(guī)則去除環(huán)路，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用有向無環(huán)圖的拓?fù)湫蛄姓业揭粋€(gè)合適的測(cè)試順序。

1 相關(guān)概念

1.1 對(duì)象的依賴關(guān)系

面向?qū)ο蟪绦蝾愰g的依賴關(guān)系主要包括兩類:一類是靜態(tài)依賴關(guān)系，另一類是動(dòng)態(tài)依賴關(guān)系。

1.1.1 靜態(tài)依賴關(guān)系

靜態(tài)依賴關(guān)系指的是整個(gè)程序代碼靜態(tài)結(jié)構(gòu)中反映出來的類與類之間的關(guān)系。面向?qū)ο蟪绦蛑校愰g的靜態(tài)關(guān)系主要有繼承關(guān)系、聚合關(guān)系和關(guān)聯(lián)關(guān)系。

(1)如果類A是類B的子類，則類A、B為繼承關(guān)系，A依賴于B。

(2)如果類A的數(shù)據(jù)成員具有一個(gè)或多個(gè)類B的實(shí)例，則類A、B為聚合關(guān)系，稱A依賴于B。

(3)如果類A的成員方法使用了類B的實(shí)例，則類A、B為關(guān)聯(lián)關(guān)系，稱A依賴于B。

在集成測(cè)試時(shí)若類A依賴于類B，則先測(cè)試B再測(cè)試A。

類簇以及它們之間的依賴關(guān)系可以抽象為對(duì)象關(guān)系圖(ORD)。ORD中每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表著程序中的一個(gè)類，每條邊代表類與類之間繼承、聚合和關(guān)聯(lián)關(guān)系中的一種，分別用I，Ag，As表示。

1.1.2 動(dòng)態(tài)依賴關(guān)系

動(dòng)態(tài)依賴關(guān)系是指類在程序運(yùn)行時(shí)期形成的一種依賴關(guān)系。若類A是類B的子類，且重寫了類B的虛方法，類B是類C的服務(wù)類，且調(diào)用了類B中被類A重寫的虛方法，則在程序運(yùn)行時(shí)，C和A動(dòng)態(tài)綁定，類C動(dòng)態(tài)依賴于類A［9］。本文是在ORD的基礎(chǔ)上進(jìn)行類間分析的，因此我們將可能存在的動(dòng)態(tài)依賴關(guān)系都標(biāo)記在ORD中。圖1是擴(kuò)展后的對(duì)象關(guān)系圖EORD(Extended Object Relation Graph)其中動(dòng)態(tài)依賴用虛線有向邊表示。

圖1 擴(kuò)展后的對(duì)象關(guān)系圖(EORD)

1.2 測(cè)試樁

定義:如果類A的一個(gè)組件使用一個(gè)或多個(gè)類B的服務(wù)組件，稱為A依賴B，在集成測(cè)試過程中，當(dāng)A集成時(shí)，若B尚未被集成，我們不得不模擬B的服務(wù)組件，這個(gè)模擬組件通常被稱為一個(gè)測(cè)試樁［10］。

在集成測(cè)試過程中，當(dāng)需要對(duì)類A進(jìn)行測(cè)試時(shí)，類A所依賴的另一個(gè)類B并沒有經(jīng)過測(cè)試，如果很難在短時(shí)間內(nèi)構(gòu)建類B，則必定會(huì)影響到對(duì)類A的集成測(cè)試。此時(shí)需要構(gòu)建模擬的對(duì)象來代替類B。測(cè)試樁并不是真正的對(duì)象，但是能夠?yàn)榇郎y(cè)對(duì)象提供感興趣的數(shù)據(jù)或狀態(tài)，這樣，待測(cè)對(duì)象便能夠順利使用依賴對(duì)象，或者模擬事件。故而集成測(cè)試中測(cè)試樁數(shù)目的多少?zèng)Q定了測(cè)試的成本。

2 改進(jìn)的類間測(cè)試順序算法

在依賴關(guān)系中，繼承關(guān)系和聚合關(guān)系為強(qiáng)聯(lián)系關(guān)系，動(dòng)態(tài)依賴關(guān)系和關(guān)聯(lián)關(guān)系均為弱聯(lián)系關(guān)系［2］。為了避免刪除強(qiáng)聯(lián)系關(guān)系而導(dǎo)致EORD中依賴關(guān)系的不完整，故而只需要在弱聯(lián)系關(guān)系中刪除某些邊去除環(huán)路。

為了減少測(cè)試代價(jià)，首先需要識(shí)別出EORD中由類以及它們之間的依賴關(guān)系形成的SCC，然后查找每一個(gè)子強(qiáng)連通分量中所有的環(huán)路，統(tǒng)計(jì)強(qiáng)連通分量中每條弱關(guān)聯(lián)關(guān)系所涉及的環(huán)路數(shù)目，刪除涉及環(huán)路數(shù)目最多的依賴邊，進(jìn)而將一個(gè)有環(huán)圖去除環(huán)路成為一個(gè)有向無環(huán)圖。

2.1 EORD中改進(jìn)的環(huán)路消除算法

對(duì)于存在環(huán)路的EORD，刪除哪些邊消除環(huán)路將直接影響到構(gòu)造測(cè)試樁的數(shù)量。考慮動(dòng)態(tài)依賴邊對(duì)打破環(huán)路的影響，同時(shí)為了滿足構(gòu)造的測(cè)試樁最少，我們應(yīng)該遵循刪除最少的邊打破盡量多的環(huán)路的原則，下面給出相關(guān)的刪除規(guī)則。

規(guī)則:B是A的父類，且是C的服務(wù)類。如果C在A和B之前進(jìn)行測(cè)試，若B是非抽象類，則不需要為A構(gòu)造測(cè)試樁，只需為B構(gòu)造測(cè)試樁［11－13］。

在去除環(huán)路過程中，當(dāng)Dy和As邊涉及環(huán)路數(shù)目相同時(shí)，首先要判斷該SCC中是否存在兩個(gè)類有同向邊，若同向邊為As和Dy，則刪除這兩條邊;若同向邊為Ag、I和Dy，則刪除Dy邊。

根據(jù)上文提出的邊刪除規(guī)則以及算法的改進(jìn)，下面給出相應(yīng)的環(huán)路消除算法，算法流程圖如圖2所示。

參考文獻(xiàn)［10］算法復(fù)雜度為O(n2)，而本文改進(jìn)的算法復(fù)雜度為O(n)，較之前的算法較快速的找到需要?jiǎng)h除的邊。

下面把圖1中所示用例應(yīng)用到該算法中，對(duì)算法的具體步驟說明如下:

表1 SCC{E，F(xiàn)，G，H}中的環(huán)路

表2 SCC{E，F(xiàn)，G，H}弱關(guān)聯(lián)關(guān)系中各關(guān)聯(lián)邊涉及的環(huán)路

表3 SCC{A，B，C}中的環(huán)路

表4 SCC{A，B，C}弱關(guān)聯(lián)關(guān)系中各關(guān)聯(lián)邊涉及的環(huán)路

根據(jù)本節(jié)的算法，計(jì)算SCC{E，F(xiàn)，G，H}中各條關(guān)聯(lián)邊和動(dòng)態(tài)依賴邊涉及的環(huán)路數(shù)目，結(jié)果如表2所示。由算法得出刪除E→F即可打破所有的環(huán)路。對(duì)于SCC{A，B，C}，根據(jù)算法，需要?jiǎng)h除邊B→A和邊C→A打破環(huán)路。此時(shí)，EORD成為了無環(huán)圖，如圖3所示。

圖3 消除環(huán)路后擴(kuò)展的對(duì)象關(guān)系圖

打破EORD中所有環(huán)路需要?jiǎng)h除E→F、B→A和C→A這三條邊，分別為這三條邊的源類A，F(xiàn)各自創(chuàng)建1個(gè)測(cè)試樁，共需要2個(gè)測(cè)試樁。因此圖1所示的實(shí)例需要構(gòu)建2個(gè)測(cè)試樁。

2.2 測(cè)試順序分配

在程序的執(zhí)行過程中，消除EORD中的環(huán)路以后，程序中仍存在動(dòng)態(tài)依賴關(guān)系，由于動(dòng)態(tài)依賴關(guān)系在程序運(yùn)行時(shí)期才會(huì)存在，在測(cè)試一個(gè)類之前，該類所依賴的所有類都已經(jīng)測(cè)試，而且在對(duì)一個(gè)類進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試之前，所有的靜態(tài)測(cè)試都已經(jīng)測(cè)試完成。

定義:測(cè)試級(jí)C=(C.goal，C.all，C.type)［14］，其中C.goal為被測(cè)試類;C.all為被測(cè)試類所依賴的類構(gòu)成的并集;C.type為測(cè)試的類型，靜態(tài)測(cè)試用S表示，動(dòng)態(tài)測(cè)試用Dy表示。對(duì)于EORD中的每一個(gè)類X，為每個(gè)類定義一個(gè)靜態(tài)測(cè)試級(jí)C=({X}，S (X)，S);對(duì)于滿足D(X)≠Φ的類X，定義一個(gè)動(dòng)態(tài)測(cè)試級(jí)C=({X}，D(X)，Dy)。

以圖3所示EORD為例，首先為每個(gè)類各自定義一個(gè)靜態(tài)測(cè)試級(jí)，其中類C和類F滿足D(X)≠Φ，那么為C和F定義動(dòng)態(tài)測(cè)試級(jí)。表5所示為圖6中無環(huán)EORD的所有測(cè)試級(jí)。

表5 圖3中EORD的測(cè)試級(jí)

這里先不考慮動(dòng)態(tài)依賴邊，所有的靜態(tài)依賴邊構(gòu)成了一個(gè)無環(huán)的有向圖［15］。對(duì)于有向無環(huán)圖要找到其拓?fù)湫蛄械牟襟E:(1)在有向圖中選一個(gè)沒有前驅(qū)的頂點(diǎn)并且輸出;(2)從圖中刪除該頂點(diǎn)的所有以它作為尾的邊。重復(fù)上述兩步，直到全部頂點(diǎn)均已輸出，或者當(dāng)前圖中不存在無前驅(qū)的頂點(diǎn)為止。然后再考慮動(dòng)態(tài)依賴邊，利用表5中動(dòng)態(tài)依賴邊的測(cè)試級(jí)，分配動(dòng)態(tài)依賴的測(cè)試順序。由于依賴關(guān)系的定義，若A依賴于B，則先測(cè)試B再測(cè)試A。故所得到的拓?fù)湫蛄心嫘蚣礊闇y(cè)試順序。

由上面所述的算法，得到圖3的靜態(tài)依賴測(cè)試級(jí)的拓?fù)湫蛄袨?(H，F(xiàn)，G，A，C，E，D，B)考慮動(dòng)態(tài)依賴邊后所得到的測(cè)試級(jí)測(cè)試順序如圖4所示。

圖4 測(cè)試級(jí)測(cè)試順序

3 實(shí)驗(yàn)仿真及結(jié)果分析

根據(jù)上述類測(cè)試順序的算法設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)工具TLOG［16］，該工具的輸入信息是一個(gè)描述面向?qū)ο笙到y(tǒng)中類的關(guān)系的三元組列表。該列表可以手工輸入也可以根據(jù)面向?qū)ο笙到y(tǒng)的統(tǒng)一建模語言設(shè)計(jì)文檔中的UML類圖獲取。TLOG主要有幾個(gè)功能:(1)環(huán)路生成模塊;(2)環(huán)路消除模塊;(3)測(cè)試級(jí)排序模塊。以SD空運(yùn)物流進(jìn)出口業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)為實(shí)例驗(yàn)證本文方法的有效性。SD系統(tǒng)中包含10個(gè)模塊，詳細(xì)信息如表6。

SD系統(tǒng)包含1126個(gè)環(huán)路(不考慮動(dòng)態(tài)依賴)，由于篇幅有限，只簡單給出采用本方法打破靜態(tài)依賴關(guān)系構(gòu)成環(huán)路的過程，如表7所示。打破環(huán)路共刪除95條邊，實(shí)際需要構(gòu)建81個(gè)測(cè)試樁?？紤]動(dòng)態(tài)依賴關(guān)系后，增加了39個(gè)動(dòng)態(tài)依賴關(guān)系，環(huán)路數(shù)增加至2283個(gè)，表8給出了SCC中環(huán)路的打破過程。打破EORD中環(huán)路共刪除124條邊，實(shí)際需要構(gòu)建95個(gè)測(cè)試樁。

本文就打破環(huán)路所需構(gòu)造測(cè)試樁的數(shù)目，分別與文獻(xiàn)［2］中Kung只考慮靜態(tài)依賴關(guān)系的測(cè)試方法和文獻(xiàn)［5－7］中引入SCC概念但沒有用有向無環(huán)圖概念的Briand方法進(jìn)行比較，結(jié)果如圖5所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明:考慮類間的動(dòng)態(tài)依賴關(guān)系后，實(shí)例中環(huán)路數(shù)目明顯增多，Kung方法由于沒有考慮動(dòng)態(tài)依賴，沒有去除EORD中所有的環(huán)路，所需測(cè)試樁最少，但是測(cè)試不完整。本文方法雖然與Briand方法打破的環(huán)路數(shù)相同，但是本文方法所需測(cè)試樁少，且發(fā)現(xiàn)的接口錯(cuò)誤數(shù)多。由此，本文改進(jìn)的算法滿足最小化測(cè)試樁的需求，并且打破環(huán)路多，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤多，提高了測(cè)試效率，減少了測(cè)試成本。

表6 SD系統(tǒng)的詳細(xì)信息

表7 打破靜態(tài)依賴關(guān)系構(gòu)成的環(huán)路過程

表8 增加動(dòng)態(tài)依賴關(guān)系后打破環(huán)路過程

圖5 3種方法的比較

4 結(jié)束語

在類間依賴關(guān)系構(gòu)成環(huán)路的情況下，需要?jiǎng)h除某些依賴關(guān)系以消除環(huán)路，同時(shí)建立測(cè)試樁。文中的算法首先分析ORD中類間的依賴關(guān)系，設(shè)定了邊的刪除規(guī)則去除環(huán)路，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用有向無環(huán)圖拓?fù)湫蛄薪o出類的測(cè)試順序。最后運(yùn)用測(cè)試工具TLOG驗(yàn)證該方法較其他方法需要較少的測(cè)試樁，測(cè)試效率有明顯的提高。本文的算法與Kung和Briand的算法相比考慮了動(dòng)態(tài)依賴，并且使用有向無環(huán)圖拓?fù)湫蛄写_定測(cè)試順序，性能較優(yōu)，只需要構(gòu)造較少的測(cè)試樁，有效降低了測(cè)試成本。但是本文中也存在著不足之處:沒有考慮抽象類的特點(diǎn)，實(shí)際上，抽象類會(huì)影響類間的依賴性，進(jìn)而將影響類間測(cè)試順序，所以抽象類的研究將是以后工作的重點(diǎn)。

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陳建勛(1957－)，男，博士，教授，CCF高級(jí)會(huì)員，研究領(lǐng)域?yàn)檐浖こ?、?jì)算機(jī)圖形學(xué)和CAD技術(shù)、基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用技術(shù)，jxwh@wust.edu.cn;

肖亦然(1988－)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)楝F(xiàn)代軟件工程技術(shù)。

基于動(dòng)態(tài)依賴的類間測(cè)試順序研究*

陳建勛*，肖亦然
(武漢科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，武漢430065)

類間集成測(cè)試順序決定著測(cè)試成本的大小，為了得到合適的測(cè)試順序，提出了一種基于動(dòng)態(tài)依賴的類間測(cè)試順序的方法。首先分析對(duì)象關(guān)系圖中類間依賴關(guān)系，然后運(yùn)用邊刪除規(guī)則去除環(huán)路，最后運(yùn)用有向無環(huán)圖的拓?fù)湫蛄薪o出類的測(cè)試順序。仿真結(jié)果表明，本文的方法較Briand的方法減少了42%的測(cè)試樁。此方法滿足最小化測(cè)試樁的需要，提高了測(cè)試效率，減少了測(cè)試成本。

對(duì)象關(guān)系圖;動(dòng)態(tài)依賴;測(cè)試樁;測(cè)試順序;有向無環(huán)圖

TP311.5

A

1004－1699(2014)01－0064－06

［10］中對(duì)算法進(jìn)行了簡單的描述，但是在一個(gè)強(qiáng)連通分量(SCC)中，當(dāng)Dy和As邊涉及環(huán)路數(shù)目相同時(shí)，沒有明確的算法說明刪除哪些邊，并且在一次判斷結(jié)束刪除相應(yīng)邊以后，SCC中有可能仍然存在環(huán)路，文獻(xiàn)中沒有相應(yīng)的判斷。根據(jù)這些不足點(diǎn)，再結(jié)合有向無環(huán)圖計(jì)算的思想，提出本文的改進(jìn)算法。

2013－10－21修改日期:2013－12－26

C:7210A

10.3969/j.issn.1004－1699.2014.01.012

項(xiàng)目來源:國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61100055，61033003，60974112，91130034);湖北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2011CDB233)