基于UML活動圖的場景法測試用例生成策略的研究

陳翠娟

（閩江學(xué)院 軟件學(xué)院，福建 福州 350001）

基于UML活動圖的場景法測試用例生成策略的研究

陳翠娟

（閩江學(xué)院 軟件學(xué)院，福建 福州 350001）

傳統(tǒng)的軟件場景測試法存在著構(gòu)造場景難度大，場景數(shù)量龐大、冗余度高等問題.針對這些問題，本文提出了一種基于UML活動圖的場景法測試用例生成策略，利用活動圖和基本路徑覆蓋法壓縮、優(yōu)化測試場景和測試數(shù)據(jù)，為軟件系統(tǒng)測試提供有效、可行、系統(tǒng)的方法.

UML；場景測試；基本路徑覆蓋法；控制流圖；獨(dú)立路徑

1 引言

UML是一種可視化的建模語言，它通過圖形表示法從多個側(cè)面對系統(tǒng)的分析、設(shè)計、實(shí)現(xiàn)、測試等進(jìn)行刻畫.研究表明，采用有效的形式化方法來描述問題域，并選擇適當(dāng)?shù)臏y試策略，是設(shè)計和生成完備的測試用例集合的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1].活動圖是UML中的一種行為圖，它描述系統(tǒng)為完成某項(xiàng)功能而執(zhí)行的操作序列，其實(shí)質(zhì)就是流程圖，可用于描述程序流程和工作流程.所以活動圖是軟件系統(tǒng)測試，尤其是業(yè)務(wù)流程測試的重要手段.

場景測試法是通過構(gòu)建各種測試場景，對系統(tǒng)的功能點(diǎn)或業(yè)務(wù)流程進(jìn)行描述來設(shè)計測試用例的一種方法.場景測試法的關(guān)鍵就是構(gòu)建測試場景和生成測試數(shù)據(jù).本文通過研究如何運(yùn)用UML中的活動圖來構(gòu)建測試場景，然后利用基本路徑覆蓋法導(dǎo)出基本路徑集合，從中尋找獨(dú)立路徑，生成測試用例.

2 活動圖概述

活動圖（Activity Diagram）是一種特殊形式的狀態(tài)機(jī)[2].活動圖中的狀態(tài)表示計算過程或業(yè)務(wù)流程中所處的各種狀態(tài).我們將活動圖做如下定義.

定義1一個活動圖是一個四元組AD={V0,VF(AD),V (AD),E(AD)}.

（1）V0表示活動圖中起始結(jié)點(diǎn)，活動圖的起始結(jié)點(diǎn)只有一個；

（2）VF(AD)表示活動圖中的所有終止結(jié)點(diǎn)的集合；

（3）V(AD)={v1,v2,……,vn}表示活動圖中所有結(jié)點(diǎn)的集合；

（4）E(AD)={e1,e2,……,em}表示活動圖中所有邊的集合.

活動圖中的分支結(jié)點(diǎn)用于表示具有條件的行為，只有一個輸入轉(zhuǎn)換，可以有多個帶互斥的守衛(wèi)條件的輸出轉(zhuǎn)換.分叉用于表示多個控制并發(fā)執(zhí)行.

3 基本路徑覆蓋法

基本路徑覆蓋法是在控制流程圖的基礎(chǔ)上，分析環(huán)路復(fù)雜性，導(dǎo)出獨(dú)立路徑集合，從而設(shè)計測試用例的方法.控制流圖是一種用來描述控制流的圖形，圓圈表示結(jié)點(diǎn)，帶箭頭的邊表示控制流的方向，結(jié)點(diǎn)和邊圈起的部分稱為區(qū)域.為了方便描述，我們做如下定義.

定義2基本路徑集合是從控制流圖的起始結(jié)點(diǎn)開始到終止結(jié)點(diǎn)，由邊連接而成的結(jié)點(diǎn)序列的集合，記為PS={p1, p2,……,pnp}，p為一條路徑，np為控制流程圖中的路徑總數(shù).

定義3環(huán)路度量又稱為環(huán)路復(fù)雜性，是基本路徑集合中獨(dú)立路徑的條數(shù).記為V(G).環(huán)路度量有三種方法：

（1）V(G)=M-N+2，其中M為圖中的總邊數(shù)，N為圖的總結(jié)點(diǎn)數(shù)；

（2）V(G)=P+1，其中P為圖中的判定結(jié)點(diǎn)數(shù)，判定結(jié)點(diǎn)是該結(jié)點(diǎn)輸出邊數(shù)大于等于2的結(jié)點(diǎn)；

（3）V(G)=A，A表示圖中的區(qū)域數(shù)，區(qū)域是圖中邊和結(jié)點(diǎn)圈起來的部分，當(dāng)計算區(qū)域時，圖形最外圈應(yīng)記為一個區(qū)域.

定義4環(huán)路是指在控制流圖中，由邊和結(jié)點(diǎn)構(gòu)成了一個閉合回路.

定義5獨(dú)立路徑是指至少包含一條新邊的路徑，所謂的新邊就是指在前面已定義的獨(dú)立路徑集合中未曾用到的邊.我們將獨(dú)立路徑集合記為IDPS={idp1,idp2,……,idpmp}，idp為一條獨(dú)立路徑.生成獨(dú)立路徑時，需要對環(huán)路進(jìn)行限制，采取不進(jìn)入環(huán)路或只進(jìn)入環(huán)路一次處理.

4 基于活動圖的場景測試策略

場景測試法是基于IBM公司提出的RUP的測試用例生成方法，該方法從系統(tǒng)分析的結(jié)果——用例出發(fā)，首先從用例開始到結(jié)束遍歷其中的所有基本流和備選流，從基本流開始，再將基本流和備選流結(jié)合起來，可以確定用例場景，然后通過確定某個特定條件來生成每個場景的測試用例[3].

基于活動圖的場景測試策略就是利用可視化的UML的活動圖來構(gòu)建測試場景，然后將活動圖映射成為控制流圖，利用基本路徑覆蓋法導(dǎo)出獨(dú)立路徑集合，從而確定測試場景和測試用例的一種方法.傳統(tǒng)的場景測試法對于一些復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程，選擇測試場景有一定難度，且容易遺漏.而且復(fù)雜業(yè)務(wù)流程中并發(fā)和分支較多，錯綜復(fù)雜，導(dǎo)致測試場景數(shù)量爆炸.采用基于活動圖的場景測試法，通過合并業(yè)務(wù)流程中并發(fā)執(zhí)行的活動和順序執(zhí)行的活動，從而大大減少測試場景和測試用例，提高測試的效率.

5 實(shí)例分析與展示

本節(jié)就某教務(wù)管理系統(tǒng)中的添加課程設(shè)置的系統(tǒng)功能為例，論述基于活動圖的場景法測試用例生成的全過程. 5.1 活動圖建模

在每個學(xué)期開學(xué)前，教務(wù)管理人員通過教務(wù)管理系統(tǒng)能為每門課程選擇任課教師、上課的時間和地點(diǎn)，生成課程設(shè)置.根據(jù)需求，構(gòu)建課程設(shè)置功能的活動圖，如圖1所示.教務(wù)管理人員登錄系統(tǒng)后，可以添加教師信息和課程信息，這兩個活動可以并發(fā)執(zhí)行.然后選擇已有的教師和課程，以及上課時間、上課地點(diǎn)等，添加為課程設(shè)置，此時系統(tǒng)將進(jìn)行沖突檢查，檢查同一教師在同一時間是否有其他的課程，或是同一教室在同一時間是否已排了其他課程等.檢查通過的課程設(shè)置再檢查課時數(shù)是否符合課程要求，都符合要求則添加成功.

圖1 課程設(shè)置活動圖和控制流圖

根據(jù)前面的定義，此活動圖記為AD={V0,VF(AD),V(AD), E(AD)}，其中結(jié)點(diǎn)集合V(AD)={V1,V2,……,V10}，邊集合E(AD) ={e1,e2,……,e18}，終止結(jié)點(diǎn)集合VF(AD)={Vf}.

活動圖中的各種并發(fā)活動總是從某個結(jié)點(diǎn)開始分叉，然后于某個結(jié)點(diǎn)匯合結(jié)束，可以把它看成是一個單入口和單出口的結(jié)點(diǎn).對于只有單一入口和單一出口的結(jié)點(diǎn)，我們可以對它們進(jìn)行合并.假設(shè)對于活動圖中的分叉和匯合不做壓縮合并，那么并發(fā)活動的任意排列組合勢必造成場景數(shù)量爆炸.所以，我們將活動圖中V2和V3結(jié)點(diǎn)壓縮合并成一個活動的結(jié)點(diǎn)N1，合并后刪除e3、e4、e5、e6邊，則V(AD)’={V1, N1,……,V10}，E(AD)’={e1,e7,e8,……,e18}.

5.2 活動圖映射為控制流圖

在實(shí)際應(yīng)用中，一個不太復(fù)雜的功能的測試場景，其路徑組合都是一個龐大的數(shù)字，為了能好地分析路徑，我們將活動圖映射為表現(xiàn)形式更為簡單的控制流圖.活動圖中順序執(zhí)行的結(jié)點(diǎn)沒有分支和分叉，只有一條輸入邊和一條輸出邊，可以合并為一個結(jié)點(diǎn)，使得控制流圖進(jìn)一步簡化，有利于分析環(huán)路復(fù)雜和生成獨(dú)立路徑集合.如圖1，映射為控制流圖時可以將V0、V1和N1結(jié)點(diǎn)合并為M0，V5和V6結(jié)點(diǎn)合并為M1，V10和Vf結(jié)點(diǎn)合并為Mf結(jié)點(diǎn).合并后，得到右邊的控制流圖.

5.3 生成獨(dú)立路徑

（1） 按照定義3，計算環(huán)路復(fù)雜性，采用公式V(G) =M-N+2=8-7+2=3，或V(G)=P+1=2+1=3，或計算區(qū)域數(shù)V(G) =A=3；

（2） 按照定義4，生成獨(dú)立路徑集合IDPS={idp1,idp2, idp4}，其中idp1表示獨(dú)立路徑M0→V4→M1→V8→Mf，idp2示獨(dú)立路徑M0→V4→M1→V7→V4→M1→V8→Mf，idp3示獨(dú)立路徑M0→V4→M1→V8→V9→M4→M1→V8→Mf.

每條獨(dú)立路徑就是一個測試場景，為每個測試場景設(shè)置一個測試用例.然后，在測試場景中運(yùn)行測試用例.最后，將期望的結(jié)果與實(shí)際輸出的結(jié)果做比較，如果兩個結(jié)果不相符，則表示在此路徑上存在錯誤，以此來達(dá)到測試軟件功能的目的.

6 總結(jié)

本文采用可視化的UML活動圖對測試場景進(jìn)行描述，并對UML活動圖進(jìn)行壓縮、合并，然后采用基本路徑覆蓋法將化簡后的UML活動圖映射為更為形式化更為簡單的控制流圖，最后通過對控制流圖的分析得到獨(dú)立路徑集合，完成了場景測試中場景的構(gòu)建和測試用例的生成.通過實(shí)例的分析和演示，有效地證明了，基于UML活動圖的場景法測試用例生成技術(shù)，能有效地解決由于活動并發(fā)執(zhí)行帶來的數(shù)量爆炸問題，大大減少了場景集的數(shù)量，提高了測試效率.——————————

〔1〕張楣，劉超，孫昌愛.基于UML活動圖模型的測試用例生成技術(shù)研究 [J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報，2001，27(4) 433～437.

〔2〕Tombros D，Geppert A，Dittrieh K．Semantics of reactive componentsin event．driven workflow execution[C]// Proceedingsofthe InternationalConference on Advanced Information Systems Engineering．Barcelona，Spain，1997：409—422．

〔3〕徐宏喆，陳建明,等.UML自動化測試技術(shù)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2006(8).

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2017-01-16