繼承關(guān)系中子類的測試方法

杜慶峰　李瓏

摘要：針對測試過程中對子類方法測試不充分的問題，結(jié)合面向?qū)ο箝_發(fā)技術(shù)的繼承特性，提出了一種新的測試模型。在父類已被充分測試的前提下，分析子類在父類的基礎(chǔ)上新增加的方法、修改繼承于父類的方法。對于新增加的方法，按定義的規(guī)則生成測試用例；對于修改繼承于父類的方法，獲取以XML格式存儲的父類測試用例集，根據(jù)測試模型提出的方法確定可重用的測試用例。這樣，子類的測試用例集已確定，執(zhí)行測試用例集，即完成對子類的測試。通過實例驗證，該測試方法是有效的，極大地提高了子類的測試效率問題。

關(guān)鍵詞：繼承；測試用例集；測試模型；XML格式；復(fù)用測試用例

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）07-0236-04

1概述

1.1課題研究背景

從計算機問世以來，程序的編制與測試就同時擺在人們面前，但測試在軟件開發(fā)中的作用并沒有受到應(yīng)有的重視。但是，就目前軟件工程發(fā)展的現(xiàn)狀而言，軟件測試仍然是較為薄弱的一方面。不僅測試理論，已有的測試方法也不能滿足當(dāng)前軟件開發(fā)的實際需求。

軟件測試是保證系統(tǒng)質(zhì)量的重要手段，軟件測試中一般包括單元測試，集成測試，系統(tǒng)測試等階段。以面向?qū)ο蠹夹g(shù)開發(fā)的系統(tǒng)其測試過程也包括這些階段，但是由于面向?qū)ο蠹夹g(shù)本身的特點，如繼承、封裝、多態(tài)等，使得在對面向?qū)ο蠹夹g(shù)開發(fā)的系統(tǒng)進行測試時提出了新的要求，尤其是面向?qū)ο蟮膯卧獪y試。在面向?qū)ο蟮膯卧獪y試中由于存在繼承（可能有多重繼承）關(guān)系，在將類看成單元的情況下，對類進行單元測試提出了挑戰(zhàn)。假設(shè)，不考慮類的繼承關(guān)系而將每個類分別看成一個獨立的單元和傳統(tǒng)的單元一樣單獨的進行測試，將耗費大量的時間，同時也不能保證繼承了父類的屬性及方法在子類中的正確性。

傳統(tǒng)的單元測試是針對程序的函數(shù)、過程或完成某一特定功能的程序塊。面向?qū)ο箝_發(fā)的特性使得其單元測試不完全等同于傳統(tǒng)的單元測試。尤其是繼承特性，雖然在編程階段使得子類的編寫效率有所提高，但在對子類進行測試時所出現(xiàn)的問題是在傳統(tǒng)測試中從未遇見的。因此，在對面向?qū)ο蟪绦蜻M行單元測試時，除了繼承傳統(tǒng)的技術(shù)之外，還必須研究相適應(yīng)的新的測試方法。

1.2問題的提出

當(dāng)子類繼承父類時，子類在父類的基礎(chǔ)上進行了擴充，即增加方法和修改方法。所以對子類進行測試時，可以在其父類充分測試的基礎(chǔ)上，利用父類的測試用例集，分析子類繼承父類的關(guān)系，進行對子類的測試。

針對繼承特性帶來的影響，在父類已經(jīng)進行了充分的測試的前提下，若要對其子類進行測試，應(yīng)考慮如下問題：

1）子類中添加的方法該如何測試

2）子類中隱式繼承父類的方法是否不再重新測試

3）子類中對繼承父類的方法進行修改后該如何測試

只有充分覆蓋了以上可能出現(xiàn)的三種情況，對子類的測試才能在一定程度上滿足要求，確保子類功能的實現(xiàn)，從而保證整個系統(tǒng)的軟件質(zhì)量。

2子類測試模型思想

在問題提出中已經(jīng)提到對子類的測試是在父類的基礎(chǔ)之上，也就是實際上子類的測試分為兩步，先分析子類與父類的繼承關(guān)系，再對子類進行測試。其實這兩步就是兩個子步驟，下面將對測試過程中用到的一些定義進行說明，其中主要包括類繼承關(guān)系的定義和測試用例集的定義。

2.1測試過程相關(guān)定義

定義1：根基類集合

假設(shè)系統(tǒng)中存在一系列類，這一系列類的共同特性是：該類不存在父類，則稱具有這一特性的類為系統(tǒng)的根基類。根基類抽象出了系統(tǒng)中某些共同的功能，利用面向?qū)ο蟮睦^承特性，使其子類根據(jù)不同的需求實現(xiàn)具體的細節(jié)。記系統(tǒng)的根基類為P_i，系統(tǒng)中所有的根基類只組成一個根基類集合Root={P_i}，其中i>0。

定義2：非根基類元素

系統(tǒng)中的類除了根基類，剩下的是非根基類。即非根基類是通過繼承根基類或其他非根基類而得到的一系列類。非根基類一定有其對應(yīng)的父類，可以有其對應(yīng)的子類。記系統(tǒng)的非根基類為S_i。

定義3：方法間調(diào)用關(guān)系

假設(shè)任意一個類P_i，其方法列表PM中有方法m_i和m_j，并且i≠j。若方法m_i在執(zhí)行過程中用到方法%的執(zhí)行結(jié)果，則稱方法m_i調(diào)用了方法m_j，記m_i→m_j。那么任意一個類P_i的方法間調(diào)用關(guān)系可用二維數(shù)組PMC_i表示為：

二維數(shù)組元素m_ij?。?，1）其中的一個值。若m_ik=0表示m_i沒有調(diào)用m_j；若m_ij=1表示m_i調(diào)用了m_i，即m_i→m_j。二維數(shù)組中的非零元素的個數(shù)定義了調(diào)用關(guān)系的數(shù)量。

定義4：XML格式的類結(jié)構(gòu)

XML（Extensible Markup Language），可擴展標(biāo)記語言，是一種允許用戶對自己的標(biāo)記語言進行定義的源語言，具有快速存儲和讀取的特性。本文結(jié)合XML設(shè)計和結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，利用其定義類的結(jié)構(gòu)，定義結(jié)構(gòu)如下：

其中，具體標(biāo)簽含義分別定義如下：

1.標(biāo)簽描述整個類特性，name屬性標(biāo)識該類類名，parent屬性標(biāo)識該類父類名。若該類為根基類，則設(shè)parent值默認為。Object；

2.標(biāo)簽描述類的屬性，其子標(biāo)簽標(biāo)識具體屬性名；

3.標(biāo)簽描述類的方法，其子標(biāo)簽name屬性標(biāo)識具體方法名；

4.標(biāo)簽描述方法參數(shù)，type屬性標(biāo)識方法參數(shù)類型。若方法有多個參數(shù)，則應(yīng)對應(yīng)多個標(biāo)簽；

5.標(biāo)簽描述方法返回值，type屬性標(biāo)識返回值類型；

系統(tǒng)中的每一個類都對應(yīng)一個xml文件，定義該xml文件的命名規(guī)則為“類名.xml”。

定義5：類差異腳本文件

假設(shè)系統(tǒng)中的兩個類A和B，其對應(yīng)的x打d文件分別為A.xml和Bxml。對比A.xml和B.xml，用差異腳本記錄類A在類B基礎(chǔ)上的變化，其定義如下：

其中，具體的標(biāo)簽含義定義如下；

1.標(biāo)簽描述屬性信息；

2.子標(biāo)簽描述了類A新增加的屬性，標(biāo)簽標(biāo)識了具體新增加的屬性名；

3.標(biāo)簽描述方法信息；

4.子標(biāo)簽描述了類A新增加的方法，標(biāo)簽標(biāo)識了具體新增加的方法名；

5.子標(biāo)簽描述了類A修改的方法，標(biāo)簽標(biāo)識了具體修改的方法名；

類差異腳本文件記錄了類A不同于類B之處，定義該文件的命名規(guī)則為“A_diff_B.xml”。

定義6：基于xml格式的測試用例庫

測試用例（Test Case）是為某個特殊目標(biāo)而編制的一組測試輸入、執(zhí)行條件以及預(yù)期結(jié)果，以便測試某個程序路徑或核實是否滿足某個特定需求。測試用例庫（Test Case Library）就是這樣一系列測試用例的集合。結(jié)合xml輕量級的數(shù)據(jù)存取特點，利用其存儲測試用例，有利于生成測試用例時的存儲和執(zhí)行測試用例時的讀取。通用的測試用例結(jié)構(gòu)定義如下；

其中，具體的標(biāo)簽含義定義如下：

1.標(biāo)簽包含所有測試用例，即構(gòu)成測試用例庫；

2.標(biāo)簽標(biāo)識具體的測試用例；

3.子標(biāo)簽標(biāo)識測試用例的唯一性，每一個測試用例對應(yīng)一個唯一的id值；

4.子標(biāo)簽標(biāo)識被測方法所屬模塊以及其功能，分別用于標(biāo)簽和子標(biāo)簽描述；

5.子標(biāo)簽標(biāo)識測試輸入；

6.子標(biāo)簽標(biāo)識測試執(zhí)行后的預(yù)期結(jié)果；

7.子標(biāo)簽標(biāo)識測試執(zhí)行后的實際結(jié)果；

8.子標(biāo)簽標(biāo)識和對比后的結(jié)果，若值和值一致，表明該測試用例通過測試，設(shè)置該屬性值為“T”，否則為“F”。

系統(tǒng)所有測試用例存儲在一個xml文件中，組成測試用例庫，該測試用例庫的命名規(guī)則為“TC_Library.xml”。

2.2子類測試策略模型

2.2.1測試策略模型思想

根據(jù)3.1節(jié)中的相關(guān)定義，本節(jié)給出具體的測試策略。

假設(shè)給定系統(tǒng)中的任意一個類C_i，現(xiàn)要對C_i進行測試，基于以上的分析，測試策略的邏輯如下：

步驟一：根據(jù)定義1，在集合Roots={P_i}中查詢類C_i，若C_i存在于集合Roots中，說明被測類C_i為一個根基類。首先生成類C_i對應(yīng)的方法間調(diào)用關(guān)系PMC_i和xml格式的類結(jié)構(gòu)C_i.xml文件。

步驟二；由定義可知，C_i.xml結(jié)構(gòu)中標(biāo)簽的屬性parent值為Object。根據(jù)C_i.xml文件中的（methods）標(biāo)簽可得到類C_i中的方法m_i。為每一個方法m_i設(shè)計一組測試用例，并根據(jù)定義8中的測試用例模塊，填充對應(yīng)的測試用例值；分析PMG二維數(shù)組中的元素值，若m_ij=1，為每一個m_ij上的方法調(diào)用設(shè)計一組測試用例。執(zhí)行兩組測試用例，記錄測試結(jié)果，完善定義8中的測試用例模塊。這樣，針對根基類Cf的測試就完成了。此時的測試用例庫（Test Case Library）中包含對根基類C_i設(shè)計的測試用例，并以此類推不斷擴充。

步驟三：根據(jù)步驟一，若不存在于集合Roots中，說明被測類C_i為一個非根基類。首先生成類C_i對應(yīng)的方法間調(diào)用關(guān)系PMC_i和xml格式的類結(jié)構(gòu)C_i.xml文件。分析C_i.xml結(jié)構(gòu)中標(biāo)簽的屬性parent值，假設(shè)得到被測類G的父類為C_j，讀取父類C_j對應(yīng)的C_j.xml文件并對比C_i.xml和C_j.xml，生成類差異腳本文件C_i_duff_C_j.xml。

步驟四：根據(jù)定義7中定義的類差異腳本文件的具體結(jié)構(gòu)，分別可獲得子類C_i在父類C_j的基礎(chǔ)上新增加的屬性、新增加的方法以及修改繼承父類的方法。

步驟五；針對類C_i中新增加的每一個方法，為其設(shè)計一組測試用例，并按照測試用例模板填充，添加到測試用例庫中。針對類C_i中修改的父類方法m_j，在測試用例庫中找到其對應(yīng)的測試用例。若父類C_j的測試用例不能全為C_i所用，如圖1：

其中集合X表示父類C_j中對該方法設(shè)計的測試用例集，集合y表示子類C_i中修改后m_j對應(yīng)的測試用例，則陰影部分為子類C_i可復(fù)用父類CI的測試用例集。除去陰影部分，還應(yīng)為m_j設(shè)計額外的測試用例；若父類C_j對應(yīng)的測試用例能全為C_i所用，如圖2：

但集合X的測試用例集并不能完全覆蓋m_i的功能，所以除了復(fù)用父類已有的測試用例集，還應(yīng)為m_j設(shè)計額外的測試用例集；若父類C_j對應(yīng)的測試用例全不能為C_i所用，如圖3：

集合X與集合y的交集為空，類C_i中修改的方法m_j需重新設(shè)計測試用例集；若父類C_j對應(yīng)的測試用例能全為S_i所用，如圖4；

則m_j能完全復(fù)用父類的測試用例集，極大了提高了測試效率。

步驟六：分析類C_i對應(yīng)的方法間調(diào)用關(guān)系PMC_i并根據(jù)步驟五的結(jié)果，為子類C_o設(shè)計的測試用例已確定，根據(jù)定義8填寫測試用例，并添加到測試用例庫中。

步驟七；執(zhí)行測試用例庫中針對類C_i的測試用例，最后記錄下測試結(jié)果并分析測試結(jié)果。整個類C_i的測試過程到此結(jié)束。

3算法實現(xiàn)

3.1測試策略算法實現(xiàn)

根據(jù)3.2節(jié)中根據(jù)3.1中測試策略模型思想的邏輯，本節(jié)將算法予以實現(xiàn)。

對于給定的任意一個類，通過類名在類名.xml文件中獲取其對應(yīng)的xml類結(jié)構(gòu)。根據(jù)定義6中對xml格式的定義，分析標(biāo)簽中parent的屬性值，獲得被測類的父類的xml類結(jié)構(gòu)。以子類名.xml和父類名.xml作為差異腳本對比算法的一對輸入值，計算得出差異腳本文件，命名為子類_diff_父類.xml。

在得到的子類_diff_父類.xml文件中，根據(jù)定義7中定義的格式，分析標(biāo)簽和標(biāo)簽，分別獲得子類新增加的屬性、新增加的方法以及修改父類的方法。對于子類新增加的方法，為其設(shè)計測試用例并按照定義8設(shè)計的測試用例模塊填寫到測試用例庫中以備測試時執(zhí)行。根據(jù)定義5中方法調(diào)用關(guān)系的描述，判斷每一個二維數(shù)組元素項，為每一個m_ij=1的元素項上的調(diào)用關(guān)系設(shè)計測試用例。

對于子類中修改父類的方法，根據(jù)步驟五中的描述，若父類C_j的測試用例不能全為C_i所用，除去父類已有的測試用例部分，還應(yīng)設(shè)計額外的測試用例；若父類C_j對應(yīng)的測試用例能全為C_i所用，但不能完全覆蓋m_j的功能，所以除了復(fù)用父類已有的測試用例，還應(yīng)為m_j設(shè)計額外的測試用例；若父類C_j對應(yīng)的測試用例全不能為C_i所用，類C_i中修改的方法m_j需重新設(shè)計測試用例集；若父類C_j對應(yīng)的測試用例能全為S_i所用，則m_j能完全復(fù)用父類的測試用例集，極大地提高了測試效率。

3.2算法復(fù)雜度分析

由2.1中定義1，定義4，定義5，定義6，定義7以及2.2.1中測試策略模型以及3.1中對測試算法的實現(xiàn)，對測試算法存在如下結(jié)論：

若被測子類為一級繼承根基類，其中，被測子類包含M個屬性，N個方法，即M個屬性為子類新增加的屬性，N為子類新增加的方法和繼承父類方法的總和，則對測試策略算法的時間復(fù)雜度分析有如下結(jié)論；

測試策略算法對被測子類進行操作：獲取子類的屬性a_i和方法m_i，并生成對應(yīng)的child.xml文件；獲取子類對應(yīng)的父類并運用相同的方法生成對應(yīng)的parent.xml文件，比較兩個XML文件，并生成對應(yīng)的child_diff_parent xml。根據(jù)定義2.1中對差異腳本的定義，標(biāo)簽的多少取決于子類不同于父類的程度，標(biāo)簽越多，說明子類在父類的基礎(chǔ)上改變的越多。根據(jù)步驟五復(fù)用父類測試用例的描述，將任何一種可能的情況與其匹配。其算法時間復(fù)雜度為T（n）=o（n）（其中n=MM）。

所以測試策略算法的時間復(fù)雜度為T（n）=o（n）（其中n=MM）。

4模型算法驗證

4.1算法驗證環(huán)境及數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

本文的實驗是搭建在Windows7平臺的Java環(huán)境上，由于本文算法模型主要是對系統(tǒng)中子類的測試，所以選取測試數(shù)據(jù)時應(yīng)盡量選取系統(tǒng)中的子類而不是父類。但本文算法執(zhí)行的前提是父類已充分測試，而該算法同樣適用于對父類的測試，所以父類的測試也可以用該算法實現(xiàn)。

由于系統(tǒng)中類內(nèi)方法之間存在著相互調(diào)用的關(guān)系，算法模型的可靠性很大程度上和方法之間調(diào)用的復(fù)雜度相關(guān)，因此為了對模型可靠性驗證，系統(tǒng)中類的數(shù)量及類內(nèi)方法之間的調(diào)用關(guān)系復(fù)雜度應(yīng)該由簡單到復(fù)雜的驗證過程。

其次，由于需要驗證算法的效率，需要比較在沒有運用算法對某一系統(tǒng)中的子類進行測試的時間和運用算法后測試時間的對比?；谝陨戏治觯疚牡臄?shù)據(jù)信息如下：

4.2驗證結(jié)果及結(jié)果分析

通過對算法執(zhí)行與否測試時間的對比，以及算法作用于不同類型的系統(tǒng)的分析，模型能夠良好地對系統(tǒng)中的子類進行測試，且具有較高的測試效率。

實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性通過對系統(tǒng)測試覆蓋率的分析，算法效率通過比較算法執(zhí)行與否對某一具體類測試的執(zhí)行時間。

5結(jié)論與展望

實驗結(jié)果表明，本文測試算法對系統(tǒng)中子類的測試有較高的測試效率，提高了單獨測試子類的時間和效率，有很大的應(yīng)用價值。

可以得出以下結(jié)論：

1）算法較好地利用了子類與父類的繼承關(guān)系，實驗證明該方法是可行的。

2）對比算法簡單，且讀取和解析文件速度很快。

3）在分析子類與父類的關(guān)系之后，再對子類進行測試的速度明顯快于單獨測試子類。

對于該測試算法的應(yīng)用前景，提出以下展望；

1）目前實驗數(shù)據(jù)還不足夠，可能存在沒有覆蓋到的情況，需要不斷實驗補充。

2）測試覆蓋率在一定程度上需要進一步提高。