基于UML狀態(tài)圖測試用例生成的策略研究?

欒家偉 吳 陳

（江蘇科技大學 鎮(zhèn)江 212003）

1 引言

隨著軟件行業(yè)的蓬勃發(fā)展，軟件的逐漸規(guī)范化以及軟件規(guī)模的日益遞增，不僅僅表面上繁重軟件開發(fā)工作，規(guī)模遞增的軟件也意味著有著大量的軟件測試工作，甚至往往軟件測試工作占據(jù)一半以上的軟件開發(fā)周期。所以面對巨大的軟件測試工作量必須提高測試效率，減少開發(fā)周期降低開發(fā)成本，并且能夠同時完成測試目標提高軟件質(zhì)量。

面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一建模語言UML主要由圖形、模型元素、視圖以及通用機制組成。主要用于描述軟件規(guī)格、可視化研究、軟件系統(tǒng)的建模與分析。UML可以針對不同的軟件開發(fā)方法，貫穿軟件生命周期的各個階段。UML通常用來描述對象、子系統(tǒng)、系統(tǒng)的狀態(tài)遷移關系。描述面向?qū)ο箢惖哪骋粚ο笳麄€生存周期的具體行為。直觀地給出了特定對象可能進入的所有狀態(tài)，以及該對象的狀態(tài)如何影響該對象的事件。

本文選取UML圖形中的狀態(tài)圖用以研究如何基于UML實現(xiàn)測試用例的自動生成。狀態(tài)圖主要是由狀態(tài)和變遷組成的圖，包括事件、狀態(tài)、變遷三個部分。UML狀態(tài)圖是UML中對系統(tǒng)的動態(tài)行為進行建模的表示方法，它包括對反應型對象的行為建模。UML狀態(tài)圖能夠直觀地給出了特定對象可能進入的所有狀態(tài)和觸發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)移的條件，以及對象的動作行為，通常表現(xiàn)為狀態(tài)所經(jīng)歷的狀態(tài)序列，也包含引起狀態(tài)轉(zhuǎn)移的事件，以及狀態(tài)轉(zhuǎn)移伴隨的動作，它可以對一個對象的生命周期建模［1］。UML狀態(tài)圖其實就是代表一個狀態(tài)機，刻畫描述對象狀態(tài)變遷。

J.Offutt等曾經(jīng)提出關于UML狀態(tài)圖主要有四個測試覆蓋準則：狀態(tài)覆蓋準則、狀態(tài)變遷覆蓋準則、狀態(tài)變遷對覆蓋準則、全序列覆蓋準則。并開發(fā)了一個驗證性的測試用例生成工具UMLTest實現(xiàn)了對Rational Rose模型文件的解析，從而讀出狀態(tài)圖模型，然后利用相應的測試準則來產(chǎn)生測試用例［2］。

2 基于深度優(yōu)先算法的路徑覆蓋策略

基于UML模型生成軟件測試主要是對軟件系統(tǒng)進行UML建模，根據(jù)需求規(guī)格說明所建立的UML模型的狀態(tài)圖，提取對應信息將其轉(zhuǎn)化為有向圖，用深度優(yōu)先算法對有向圖進行遍歷得到相應的測試用例。

路徑覆蓋：在白盒測試中，路徑覆蓋能夠滿足設計出足夠多的測試用例，覆蓋程序中所有可能的路徑以達到覆蓋度最高。但是當程序過于復雜，判斷和循環(huán)過多時，實現(xiàn)路徑的完全覆蓋卻幾乎是不可能的。程序中的路徑數(shù)（復雜度）通過公式V（G）=e-n+2得到（e為邊數(shù)，n為節(jié)點數(shù)）。

深度優(yōu)先算法思想從圖的頂點V出發(fā)，訪問V的未被訪問鄰接點V'，再從V'出發(fā)，繼續(xù)訪問未被訪問的鄰接點，直至一個不存在未被訪問鄰接點的某節(jié)點，此時返回上一個存在未被訪問鄰接點的節(jié)點，當所有節(jié)點的鄰接點都處于已被訪問狀態(tài)，結(jié)束遍歷。路徑覆蓋策略實現(xiàn)過程如圖1。

圖1 路徑覆蓋策略

利用深度優(yōu)先算法對有向圖進行遍歷從而實現(xiàn)路徑覆蓋的目的。從圖的開始節(jié)點進行遍歷，一直到路徑的結(jié)尾，遇到分支即進行拷貝，用二維數(shù)組event［rows］［0］存儲事件集合，path［rows］［1］存儲路徑集合，當path是完整路徑時結(jié)束遍歷循環(huán)。

不過在開始路徑尋找之前，首先判斷是否有分支

Isbranch（s，n，i）｛

If（s［i］.start==s［num］.start&&s［i］.end！=s［num］.end）；

｝

如果存在分支的話，還需要進行起始節(jié)點和分支節(jié)點的判斷，如果該節(jié)點為起始節(jié)點，則進行下面的處理：

If（s［i］.start==“start”）｛

event［rows］［0］=s［i］.sevent+“”；

path［rows］［1］=s［i］.start+“-＞”+s［i］.end；

｝

如果判斷為該節(jié)點為分支節(jié)點，則如下處理：

event［rows］［0］=event［rows］［0］+s［i］.sevent+“”；

path［rows］［1］=path［rows］［1］+“-＞”+s［i］.end；

3 基于貪心算法和回溯法的語句覆蓋策略

在采用語句覆蓋策略時，先通過貪心算法對進行第一次遍歷，每個節(jié)點只遍歷一次。如果節(jié)點為聚合節(jié)點或者分支節(jié)點的特殊情況下，可能會出現(xiàn)節(jié)點遍歷遺漏的情況，這種情況下基于回溯法的思想，采用雙向回溯，實現(xiàn)回溯功能。

對節(jié)點的上下遍歷過程進行檢查，如果該節(jié)點存在下一個未遍歷過程則返回該節(jié)點在數(shù)組中的下標，則進行如下的處理：

isnext=Istrackingnext（s，n，finals）；//測試是否存在下一個

未訪問過的節(jié)點

intIstrackingnext（Swant s［］，int n，String finals）｛

for（int j=0；j＜n；j++）｛

if（s［j］.state==1&&s［j］.start==finals）

return j；

｝｝

當只存在下節(jié)點未遍歷時，對下節(jié)點進行遍歷，然后將結(jié)束節(jié)點標記置為下節(jié)點的結(jié)尾，并將下結(jié)點設置為已遍歷訪問。

If（isnext=！-1&&ispre==-1）//當只存在下節(jié)點時操作

｛

getnxtevent=s ［isnext］.DateOfConditionOrPredicateAnd?Condition（s［isnext］.sevent）；

event［rows］［0］=event［rows］［0］+“”+getnxtdate［1］；

path［rows］［1］=path［rows］［1］+“-＞”+s［isnext］.end；

finals=s［isnext］.end；//將結(jié)束節(jié)點標記置為下節(jié)點的末尾

s［isnext］.state=0；//下節(jié)點置已訪問標記

｝

如果該節(jié)點存在上一個未遍歷的過程則進行如下處理：

ispre=Istrackingpre（s，n，begin）；//測試是否存在上一個未訪問過的節(jié)點

int Istrackingpre（Swant s［］，int n，String begin）｛

for（int j=0；j＜n；j++）｛

if（s［j］.state==1&&s［j］.end==begin）

return j；

｝｝

當存在上節(jié)點未遍歷時，對上節(jié)點進行遍歷，然后將開始節(jié)點標記置為上節(jié)點的開頭，并將上節(jié)點設置為已遍歷訪問。

If（isnext==-1&&ispre！=-1）//當只存在上節(jié)點時操作

｛

getpreevent=s ［ispre］.DateOfConditionOrPredicateAnd?Condition（s［ispre］.sevent）；

event［rows］［0］=getpreevent［1］+“ ”+event［rows］［0］；

path［rows］［1］=s［ispre］.start+“-＞”+path［rows］［1］；

begin=s［ispre］.start；//將開始節(jié)點標記置為上節(jié)點的開頭

s［ispre］.start=0；//上節(jié)點置已訪問標記

｝

如果上下節(jié)點都存在未訪問的情況，將開始節(jié)點標記設置為上節(jié)點的開頭，結(jié)束節(jié)點標記設置為下節(jié)點的末尾，并將上下節(jié)點設置為已遍歷訪問。

if（isnext！=-1&&ispre！=-1）//上下節(jié)點都存在時進行的操作

｛

getpreevent=s ［ispre］.DateOfConditionOrPredicateAnd?Condition（s［ispre］.sevent）；

getnxtevent=s ［isnext］.DateOfConditionOrPredicateAnd?Condition（s［isnext］.sevent）；

event［rows］［0］=getpreevent［1］+“”+event［rows］［0］+“”+getnxtevent［1］；

path［rows］［1］=s［ispre］.start+“-＞”+path［rows］［1］+“-＞”+s［isnext］.end；

begin=s［ispre］.start；//將開始節(jié)點標記置為上節(jié)點的開頭

finals=s［isnext］.end；//將結(jié)束節(jié)點標記置為下節(jié)點的末尾

s［ispre］.state=0；//上節(jié)點置已訪問標記

s［isnext］.state=0；//下節(jié)點置已訪問標記｝

4 結(jié)語

軟件測試是為了發(fā)現(xiàn)軟件開發(fā)的錯誤，測試用例的自動生成對于整個軟件開發(fā)的效率和軟件質(zhì)量有著巨大的促進作用。UML狀態(tài)圖能夠通過描述對象的狀態(tài)變化，提供對象在整個生命周期中的詳細狀態(tài)信息。本文研究了基于UML狀態(tài)圖實現(xiàn)測試用例的生成，主要介紹了兩種生成策略，將白盒測試技術(shù)中的路徑覆蓋以及語句覆蓋和UML狀態(tài)圖相結(jié)合，以此實現(xiàn)測試用例的自動生成。今后可能還會嘗試基于UML中其他如類圖，活動圖等實現(xiàn)測試用例的生成進行更多研究探討。