趙浩強(qiáng)

引言

軟件評(píng)測(cè)是指對(duì)軟件產(chǎn)品、軟件項(xiàng)目、信息系統(tǒng)等進(jìn)行的評(píng)價(jià)和測(cè)試，其評(píng)測(cè)范圍通常包括功能性、可靠性、易用性、安全保密性、文檔、效率等。作為軟件評(píng)測(cè)最重要部分的功能性測(cè)試，幾乎占整個(gè)測(cè)試用例數(shù)量的70%以上，其通常采用黑盒測(cè)試作為主要的評(píng)測(cè)方法。

黑盒測(cè)試是通過(guò)測(cè)試來(lái)檢測(cè)每個(gè)功能是否都能正常使用。在測(cè)試時(shí)，把程序看作一個(gè)不能打開(kāi)的黑盒子，在完全不考慮程序內(nèi)部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部特性的情況下，只檢查程序功能是否按照需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)的規(guī)定正常使用，程序是否能適當(dāng)?shù)亟邮蛰斎霐?shù)據(jù)而產(chǎn)生正確的輸出信息。但用黑盒測(cè)試發(fā)現(xiàn)軟件中的錯(cuò)誤，就必須在所有可能的輸入條件中確定測(cè)試數(shù)據(jù)，檢查程序是否都能產(chǎn)生正確的輸出，而測(cè)試一個(gè)程序窮盡所有可能的數(shù)據(jù)是不現(xiàn)實(shí)的。此外，軟件功能性測(cè)試的固有弱點(diǎn)是漏洞和冗余，即有些需求沒(méi)有被測(cè)試到，另外一些需求被測(cè)試了多次。因此，需要某種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)用少量測(cè)試用例來(lái)完成高覆蓋率的軟件評(píng)測(cè)。等價(jià)類(lèi)劃分法是一種典型的黑盒測(cè)試方法，基于等價(jià)類(lèi)劃分的測(cè)試用例設(shè)計(jì)方法可以較好地應(yīng)用于此類(lèi)問(wèn)題的軟件評(píng)測(cè)中。

1等價(jià)類(lèi)劃分

1.1方法概述

等價(jià)類(lèi)劃分法是把所有可能的輸入數(shù)據(jù)，即程序的輸入域劃分為若干部分（子集），然后從每一個(gè)子集中選取具有代表性的數(shù)據(jù)作為測(cè)試用例。所謂等價(jià)類(lèi)是指某個(gè)輸入域的子集合。在該子集合中，各個(gè)輸入數(shù)據(jù)對(duì)于揭露程序中的錯(cuò)誤都是等效的，它們具有等價(jià)特性，即每一類(lèi)的代表性數(shù)據(jù)在測(cè)試中的作用都等價(jià)于這一類(lèi)中的其它數(shù)據(jù)。這樣，對(duì)于表征該類(lèi)的數(shù)據(jù)輸入將能代表整個(gè)子集合的輸入。

等價(jià)類(lèi)劃分有兩種不同的情況：有效等價(jià)類(lèi)和無(wú)效等價(jià)類(lèi)。有效等價(jià)類(lèi)是指對(duì)于程序的規(guī)格說(shuō)明來(lái)說(shuō)是合理的、有意義的輸入數(shù)據(jù)構(gòu)成的集合。利用有效等價(jià)類(lèi)可檢驗(yàn)程序是否實(shí)現(xiàn)了規(guī)格說(shuō)明中所規(guī)定的功能和性能。而無(wú)效等價(jià)類(lèi)與有效等價(jià)類(lèi)的定義恰巧相反。設(shè)計(jì)測(cè)試用例時(shí)，要同時(shí)考慮這兩種等價(jià)類(lèi)。因?yàn)檐浖粌H要能接收合理的數(shù)據(jù)，也要能經(jīng)受意外的考驗(yàn)。這樣的測(cè)試才能確保軟件具有更高的可靠性。

1.2等價(jià)關(guān)系與集合劃分

等價(jià)類(lèi)測(cè)試基于等價(jià)關(guān)系和劃分。等價(jià)關(guān)系是現(xiàn)實(shí)世界中廣泛存在的一種關(guān)系，許多應(yīng)用問(wèn)題可以歸結(jié)為按給定的等價(jià)關(guān)系劃分某集合為等價(jià)類(lèi)問(wèn)題；劃分是互不相交的一組子集，這些子集的并是整個(gè)集合。從測(cè)試的角度而言，整個(gè)集合提供了形式的完備性，互不相交保證形式的無(wú)冗余性。為此，做如下定義：

定義1給定集合A，R.AxA是定義在A上的關(guān)系，若R是自反的、對(duì)稱(chēng)和可傳遞的，則R稱(chēng)為等價(jià)關(guān)系。

定義2給定集合A和A的子集A1，A2，…，An，當(dāng)且僅當(dāng)：

（1）Au Au…An=A，且（2）i≠j_AjnAj=0時(shí)，稱(chēng)這些子集是A的一個(gè)劃分。其中，（1）保證了集合A的每個(gè)元素都會(huì)出現(xiàn)在某個(gè)子集中；（2）保證了A中沒(méi)有任何元素會(huì)同時(shí)出現(xiàn)在兩個(gè)子集中。

等價(jià)關(guān)系和集合劃分密切相關(guān)，其可以相互轉(zhuǎn)換。通過(guò)集合劃分來(lái)定義的關(guān)系被稱(chēng)為由劃分所導(dǎo)出的等價(jià)關(guān)系；其逆過(guò)程也同樣成立：從集合上定義的等價(jià)關(guān)系出發(fā)，可以根據(jù)彼此相關(guān)的元素定義子集，這就形成了一個(gè)劃分，稱(chēng)為由等價(jià)關(guān)系導(dǎo)出的劃分。這個(gè)劃分中的集合稱(chēng)為等價(jià)類(lèi)。

1.3劃分原則

等價(jià)類(lèi)劃分測(cè)試方法的根本思想就是在每個(gè)等價(jià)類(lèi)中只選取一個(gè)元素來(lái)構(gòu)造測(cè)試用例。這樣只要恰當(dāng)?shù)剡x擇了等價(jià)類(lèi)，就能大大降低測(cè)試用例之間的冗余。因此，如何恰當(dāng)?shù)剡x擇等價(jià)關(guān)系是等價(jià)類(lèi)劃分的關(guān)鍵，其劃分原則如下：

（1）在輸入條件規(guī)定了取值范圍或值的個(gè)數(shù)的情況下，則可以確立一個(gè)有效等價(jià)類(lèi)和兩個(gè)無(wú)效等價(jià)類(lèi)。

（2）在輸入條件規(guī)定了輸入值的集合或者規(guī)定了“必須如何”的條件的情況下，可以確立一個(gè)有效等價(jià)類(lèi)和一個(gè)無(wú)效等價(jià)類(lèi)。

（3）在輸入條件是一個(gè)布爾量的情況下，可以確定一個(gè)有效等價(jià)類(lèi)和一個(gè)無(wú)效等價(jià)類(lèi)。

（4）在規(guī)定了輸入數(shù)據(jù)的一組值（假定n個(gè)），并且程序要對(duì)每一個(gè)輸入值分別處理時(shí)，可以確立n個(gè)有效等價(jià)類(lèi)和一個(gè)無(wú)效等價(jià)類(lèi)。

（5）在規(guī)定了輸入數(shù)據(jù)必須遵守的規(guī)則的情況下，可以確立一個(gè)有效等價(jià)類(lèi)（符合規(guī)則）和若干個(gè)無(wú)效等價(jià)類(lèi)（從不同角度違反規(guī)則）。

（6）在確知已劃分的等價(jià)類(lèi)中各元素在程序處理中的方式不同的情況下，則應(yīng)再將該等價(jià)類(lèi)進(jìn)一步地劃分為更小的等價(jià)類(lèi)。

1.4等價(jià)類(lèi)形式

根據(jù)健壯性和單/多缺陷假設(shè)，可以將等價(jià)類(lèi)組合為4種形式，弱一般等價(jià)類(lèi)、強(qiáng)一般等價(jià)類(lèi)、弱健壯等價(jià)類(lèi)和強(qiáng)健壯等價(jià)類(lèi)。其中：強(qiáng)與弱是基于單/多缺陷假設(shè)，健壯性是指測(cè)試考慮到了無(wú)效值。

（1）弱一般等價(jià)類(lèi)：基于單缺陷假設(shè)，每個(gè)測(cè)試用例只使用一個(gè)等價(jià)類(lèi)中的一個(gè)變量，一個(gè)測(cè)試用例盡可能多的覆蓋多個(gè)有效區(qū)間，是一種直觀的、程式化的測(cè)試用例構(gòu)造方法。事實(shí)上，在弱等價(jià)類(lèi)測(cè)試中，測(cè)試用例的數(shù)量同最大子集數(shù)劃分中所包含的類(lèi)數(shù)是一樣的。

（2）強(qiáng)一般等價(jià)類(lèi)：對(duì)應(yīng)多缺陷假設(shè)，其測(cè)試用例應(yīng)覆蓋等價(jià)類(lèi)笛卡爾積的每個(gè)元素，從而保證兩種意義上的“完備性”——一是覆蓋了所有等價(jià)類(lèi)，二是覆蓋了所有可能的輸入組合。

（3）弱健壯等價(jià)類(lèi)：是一種基于單缺陷假設(shè)的考慮了無(wú)效值的等價(jià)類(lèi)測(cè)試形式，也稱(chēng)為傳統(tǒng)的等價(jià)類(lèi)測(cè)試。其測(cè)試用例主要構(gòu)造策略是對(duì)于有效輸入，在每個(gè)有效等價(jià)類(lèi)中僅取一個(gè)值，使其盡可能多地覆蓋有效區(qū)間；對(duì)于無(wú)效輸入，每個(gè)測(cè)試用例中要包含一個(gè)無(wú)效值，其余為有效值，直至所有無(wú)效區(qū)間被覆蓋。

（4）強(qiáng)健壯等價(jià)類(lèi)：是一種對(duì)應(yīng)于多缺陷假設(shè)的考慮了無(wú)效值的等價(jià)類(lèi)測(cè)試形式。對(duì)于強(qiáng)健壯等價(jià)類(lèi)來(lái)說(shuō)，測(cè)試用例的構(gòu)建應(yīng)覆蓋到所有等價(jià)類(lèi)（包括無(wú)效類(lèi)）的笛卡爾積的各個(gè)元素。

由此可以看出，選擇等價(jià)關(guān)系對(duì)等價(jià)類(lèi)測(cè)試的好壞至關(guān)重要。在經(jīng)典的輸入、處理、輸出的結(jié)構(gòu)化程序體系中，輸入部分占源程序的80%，強(qiáng)調(diào)輸入及輸入數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)；輸出部分占源程序的20%。因此，一般來(lái)說(shuō)，等價(jià)類(lèi)測(cè)試在輸入域上定義等價(jià)類(lèi)，但同樣也可以根據(jù)輸出域來(lái)定義等價(jià)關(guān)系。下文僅針對(duì)基于輸入域上定義等價(jià)類(lèi)進(jìn)行測(cè)試用例的設(shè)計(jì)應(yīng)用。

2測(cè)試用例設(shè)計(jì)步驟

在分析需求規(guī)格說(shuō)明的基礎(chǔ)上，依據(jù)劃分原則確立了等價(jià)類(lèi)之后，應(yīng)首先建立等價(jià)類(lèi)表，列出所有劃分出的等價(jià)類(lèi)，然后進(jìn)行測(cè)試用例的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)測(cè)試用例時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮有效等價(jià)類(lèi)和無(wú)效等價(jià)類(lèi)測(cè)試用例的設(shè)計(jì)。用最少的測(cè)試用例盡可能多地覆蓋有效等價(jià)類(lèi)，但對(duì)每一個(gè)無(wú)效等價(jià)類(lèi)，一個(gè)測(cè)試用例僅覆蓋一個(gè)無(wú)效等價(jià)類(lèi)。有了等價(jià)類(lèi)表后，等價(jià)類(lèi)測(cè)試用例的設(shè)計(jì)步驟如下：

（1）為每個(gè)等價(jià)類(lèi)規(guī)定一個(gè)惟一的編號(hào)。

（2）設(shè)計(jì)一個(gè)新的測(cè)試用例，使其盡可能多地覆蓋尚未覆蓋的有效等價(jià)類(lèi)。重復(fù)這一步，最后使得所有有效等價(jià)類(lèi)均被測(cè)試用例所覆蓋。

（3）設(shè)計(jì)一個(gè)新的測(cè)試用例，使其只覆蓋一個(gè)無(wú)效等價(jià)類(lèi)。重復(fù)這一步，使所有無(wú)效等價(jià)類(lèi)均被覆蓋。

3實(shí)例分析

某軟件評(píng)測(cè)項(xiàng)目中，公共服務(wù)平臺(tái)用戶(hù)注冊(cè)時(shí)，需求規(guī)格說(shuō)明要求“企業(yè)統(tǒng)一社會(huì)信用代碼”一項(xiàng)為必填項(xiàng)，由固定18位數(shù)字或大寫(xiě)英文字母組成，規(guī)定前8位必須是數(shù)字，且不允許與已注冊(cè)代碼重復(fù)。

雖然有要求限定，但窮盡18位字符的測(cè)試數(shù)據(jù)組合是不現(xiàn)實(shí)的，可應(yīng)用等價(jià)類(lèi)劃分法設(shè)計(jì)測(cè)試用例。首先建立等價(jià)類(lèi)劃分表，見(jiàn)表1。

4結(jié)束語(yǔ)

眾所周知，軟件質(zhì)量的好壞直接影響著軟件企業(yè)的發(fā)展進(jìn)程，隨著信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，軟件產(chǎn)品和信息系統(tǒng)項(xiàng)目數(shù)量層幾何式的爆發(fā)增長(zhǎng)，軟件評(píng)測(cè)需求強(qiáng)烈。同時(shí)，軟件系統(tǒng)架構(gòu)日趨集中和復(fù)雜，以及軟件評(píng)測(cè)從業(yè)人員數(shù)量相對(duì)有限，給軟件評(píng)測(cè)行業(yè)帶來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)。本文希望通過(guò)對(duì)于等價(jià)類(lèi)劃分法設(shè)計(jì)測(cè)試用例的介紹，給軟件評(píng)測(cè)工作在提高測(cè)試效率的同時(shí)盡可能的覆蓋需求規(guī)格說(shuō)明要求提供一種思路。當(dāng)然，沒(méi)有一種方法能設(shè)計(jì)出全部測(cè)試方案，在對(duì)軟件進(jìn)行實(shí)際評(píng)測(cè)時(shí)，可配合使用多種方法，形成一種綜合策略，如可再增加邊界值分析法域特殊值測(cè)試補(bǔ)充邊界值數(shù)據(jù)和特殊輸入數(shù)據(jù)的用例，使軟件評(píng)測(cè)用例設(shè)計(jì)更充分更完整。endprint