一種基于場景的裝備軟件測試用例設(shè)計方法研究

王萬金 韓成柱

（92124部隊 大連 116023）

1 引言

根據(jù)GJB 2434A-2004《軍用軟件產(chǎn)品評價》的要求，軟件產(chǎn)品質(zhì)量需求一般包括內(nèi)部質(zhì)量、外部質(zhì)量和使用質(zhì)量。目前裝備軟件測試的重點集中在基于需求的測試，即側(cè)重軟件外部質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量的驗證，而反映裝備軟件最終表現(xiàn)的使用質(zhì)量，即用戶的使用需求卻沒有被很好重視。

本文給出一種基于場景的裝備軟件測試方法。通過分析、構(gòu)建軟件使用場景，基于場景路徑覆蓋設(shè)計、生成用例，并在具體的實例中進行了應(yīng)用。

2 場景模型

通常，我們把系統(tǒng)一個最小的功能狀態(tài)定義為原子場景。原子場景按照一定規(guī)則通過順序、條件、循環(huán)等各種控制結(jié)構(gòu)組成場景（Scenario）。

圖1 場景空間轉(zhuǎn)換示意圖

一個場景的狀態(tài)空間可以用一個三元組＜S0，S，T＞表示：

S0∈S，S0是狀態(tài)空間的初始狀態(tài)。

S是狀態(tài)空間所有狀態(tài)（原子場景）的集合，包含初始狀態(tài)和終止狀態(tài)。

T是變遷的集合，當Si和Ti相關(guān)聯(lián)的所有輸入變遷滿足使能時，狀態(tài)發(fā)生遷移Si→Sj。

3 場景模型的構(gòu)建

隨著軟件工程化的深入開展，軟件文檔質(zhì)量較以前有了比較大的改善，基于需求進行使用場景構(gòu)建已經(jīng)具備了輸入條件。

對于使用場景的構(gòu)建，需要做好以下工作：

1）提取需求，確定軟件的初始狀態(tài)（即：場景的輸入）；

2）確定軟件的最終狀態(tài)（即：場景的終止狀態(tài)）；

3）分析歸納軟件的使用場景；

4）畫出軟件使用場景狀態(tài)圖。

4 基于場景的覆蓋準則

對于狀態(tài)空間＜ S0，S，T ＞，設(shè)Si∈S且Ti∈T，對于所有的0 ≤ i≤（n-1），如果 Si→TiSi+1，則序列（S0，T0），（S1，T1），（S2，T2），…，（Sn-1，Tn-1），（Sn）稱 為 路徑。設(shè)P是路徑的集合。

場景覆蓋準則一般有2種：狀態(tài)覆蓋、路徑覆蓋。

狀態(tài)覆蓋State Coverage（SC）：當測試集生成的測試路徑P，對于其中的狀態(tài)Si，如果滿足∑Si=S，則測試集滿足狀態(tài)覆蓋。

路徑覆蓋Path Coverage（PC）：當測試集生成的測試路徑P，對于其中的變遷Ti，如果滿足∑Ti=T，則測試集滿足路徑覆蓋。

顯然，路徑覆蓋的要求大于狀態(tài)覆蓋，本文將重點討論路徑覆蓋的用例設(shè)計、生成方法。

5 基于場景路徑覆蓋的測試用例設(shè)計、生成方法

在軟件使用場景狀態(tài)圖的基礎(chǔ)上，路徑覆蓋準則要求遍歷所有分支路徑，覆蓋從初始節(jié)點到終止節(jié)點的每條路徑至少一次。遍歷場景狀態(tài)圖的每一條路徑，即對應(yīng)一個測試用例。通過遍歷使用場景狀態(tài)圖中的全部路徑可以獲得所有的測試用例，然后確定相關(guān)的用例輸入。

基于場景路徑覆蓋的測試用例生成的步驟如下：

1）將場景狀態(tài)圖中的初始節(jié)點放入一個堆棧中，記錄初始節(jié)點為當前節(jié)點；

2）查找當前節(jié)點的后繼節(jié)點，按照深度優(yōu)先的方法進行遍歷，將該變遷及目標節(jié)點壓入堆棧并將該路徑標記為已訪問，將該目標節(jié)點記錄為當前節(jié)點；

3）重復步驟2），直到當前節(jié)點沒有后繼節(jié)點（即當前節(jié)點為終止節(jié)點）。此時，輸出從堆棧的棧底到棧頂?shù)乃泄?jié)點和變遷信息（即初始節(jié)點到終止節(jié)點構(gòu)成一個測試場景的路徑輸出）；

4）從堆棧中依次彈出節(jié)點和變遷，如當前棧頂對象是節(jié)點且該節(jié)點有尚未訪問的后繼節(jié)點和變遷，則轉(zhuǎn)到步驟2）、步驟3），直到彈出堆棧中的所有節(jié)點和變遷為止。

其中，步驟3）輸出的一條路徑構(gòu)成一個測試用例，所有輸出構(gòu)成測試用例集。

6 應(yīng)用實例

6.1 實例描述

自動飲料機程序是軟件測試常用的例子，該問題的需求說明如下：

1）自動飲料機僅接受1元硬幣和5毛硬幣；2）1聽飲料價值1.5元；

3）當硬幣總額超過1.5元以后，飲料機拒絕再接受其它的硬幣；

4）飲料機在用戶硬幣金額不足、沒有飲料、沒有找零硬幣時會分別給出提示“金額不足”、“沒有飲料”、“沒有零錢”，在這3種情況下，無法完成飲料購買的交易；在正常情況下，機器顯示“交易成功”；

5）飲料機程序處理流程：統(tǒng)計投入的硬幣錢數(shù)→統(tǒng)計機內(nèi)飲料數(shù)→統(tǒng)計機內(nèi)零錢數(shù)，分別根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果進行相應(yīng)處理。

6.2 實例的使用場景分析與構(gòu)建

根據(jù)飲料機需求，提取并定義場景的節(jié)點和變遷如表1。

很顯然，可以提取4種使用場景，分別為金額不足、沒有飲料、沒有找零、正常交易。經(jīng)過分析，對應(yīng)的場景狀態(tài)圖分別如圖2～5所示。

6.3 基于實例使用場景的用例生成

根據(jù)基于場景路徑覆蓋的測試用例設(shè)計、生成方法，依次生成的測試用例如表2。

表1 飲料機模型的節(jié)點和變遷定義表

圖2 場景1：“金額不足”場景狀態(tài)圖

圖3 場景2：“沒有飲料”場景狀態(tài)圖

圖4 場景3：“沒有找零”場景狀態(tài)圖

表2 飲料機模型的用例設(shè)計表

7 結(jié)語

裝備軟件比較適用于基于狀態(tài)的行為描述，適合進行場景建模。按本文提出的基于場景的方法對自動飲料機模型進行使用場景構(gòu)建和測試用例的設(shè)計，試驗結(jié)果表明，該方法可以很好地設(shè)計和生成“基于使用”的測試用例。下一步工作：1）對場景狀態(tài)圖進行形式化描述，結(jié)合場景用例生成算法，自動生成測試路徑（測試用例）；2）研究測試路徑轉(zhuǎn)換成測試環(huán)境支持的測試腳本，實現(xiàn)測試自動化。