基于對象狀態(tài)的面向?qū)ο筌浖y試方法研究

摘要：主要介紹了面向?qū)ο筌浖念悳y試技術(shù)。從基于對象狀態(tài)方面分析UML狀態(tài)圖的組成、并發(fā)的優(yōu)點，描述繼承的對象動態(tài)行為、并發(fā)的動態(tài)行為，給出利用UML狀態(tài)圖構(gòu)造復(fù)合狀態(tài)測試樹算法并產(chǎn)生測試用例的面向?qū)ο筌浖y試方法。

關(guān)鍵詞：UML；測試用例；類測試；面向?qū)ο螅粻顟B(tài)圖

中圖分類號：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2008)35-2169-02

The Software Testing Methods of Object State Based on Statechart

LIU Jia， YIN Zhi-ben

(School of Information Science and Technology， South West Jiao Tong University， Chengdu 610031 China)

Abstract: Introduces the class testing of object-oriented software. An example is cited to account for an object-oriented software testing method based on UML， which constructs testing use-case according the state that the objects are being and the transfer among object states.

Key words: UML; test case; class testing; object-oriented; statechart

1 引言

面向?qū)ο筌浖y試的主要目標(biāo)與傳統(tǒng)軟件測試目標(biāo)相同，既是用最小的工作量發(fā)現(xiàn)最多的錯誤。由于面向?qū)ο笏氂械亩鄳B(tài)、繼承、封裝等新的特點，使面向?qū)ο鬁y試的策略和技術(shù)與傳統(tǒng)測試有所不同，測試的視角擴(kuò)大到包括復(fù)審分析和設(shè)計模型，測試焦點從模塊轉(zhuǎn)向類。類是構(gòu)成面向?qū)ο蟪绦虻幕境煞?，類的測試無疑成為面向?qū)ο?測試的重要環(huán)節(jié)?；趯ο鬆顟B(tài)的測試是根據(jù)被測試的類的對象所處的狀態(tài)以及狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移來構(gòu)造測試用例，它側(cè)重于對象的動態(tài)行為，這種動態(tài)行為依賴于對象狀態(tài)。測試對象動態(tài)行為能檢測出對象成員函數(shù)之間通過對象狀態(tài)進(jìn)行交互式產(chǎn)生的錯誤。

2 基于對象狀態(tài)的測試方法的發(fā)展

現(xiàn)在面向?qū)ο鬁y試中基于對象狀態(tài)的測試方法一般是采用扁平狀態(tài)機(jī)和狀態(tài)遷移圖。扁平狀態(tài)機(jī)能很好的提示出一些類中的錯誤，但是隨著類的狀態(tài)屬性的增加，對象狀態(tài)的數(shù)目會迅速膨脹，大大增加測試的復(fù)雜度。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖用于刻畫對象響應(yīng)各種事件時狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移的情況，容易借助于自動機(jī)理論來選擇測試時所用的時間序列和預(yù)測對象的狀態(tài)變化結(jié)果序列，但是，它難于描述繼承的對象動態(tài)行為、并發(fā)的動態(tài)行為以及由數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)構(gòu)成的對象狀態(tài)和對象狀態(tài)轉(zhuǎn)移。基于UML的狀態(tài)圖可以很好的描述對象動態(tài)行為、并發(fā)的動態(tài)行為，可以把狀態(tài)的復(fù)雜度控制在和狀態(tài)屬性相關(guān)的線性級別，下面我們主要介紹利用UML狀態(tài)圖如何描述對象動態(tài)行為、并發(fā)的動態(tài)行為，以及如何產(chǎn)生測試用例。

3 UML狀態(tài)圖

UML狀態(tài)圖（State Diagram）是UML中對系統(tǒng)的動態(tài)行為進(jìn)行建模的表示方法，它包括對反應(yīng)型對象的行為建模。它展現(xiàn)了對象生命周期內(nèi)可能處于的狀態(tài)以及在這些狀態(tài)間轉(zhuǎn)換的激發(fā)條件。UML狀態(tài)圖中引起狀態(tài)遷移的原因通常有兩種，一種是在狀態(tài)圖中相應(yīng)的遷移上未指明事件，這表示當(dāng)位于遷移箭頭源頭的狀態(tài)中的內(nèi)部動作全部執(zhí)行完后，該狀態(tài)遷移被自動觸發(fā)；另一種是，當(dāng)出現(xiàn)某一事件時會引起狀態(tài)的遷移，在狀態(tài)圖中把這種一起狀態(tài)遷移的事件標(biāo)在改前一的箭頭上，如圖1。

圖1 狀態(tài)裝換

狀態(tài)遷移的形式化語法為：

event_signsture[guard_condition]/action_expression^send_clause

其中事件特征event_signsture是由事件名后括號括起來的參數(shù)表組成，它指出觸發(fā)遷移的事件以及與該事件相連接的附加數(shù)據(jù)。guard_condition警戒條件是一個布爾表達(dá)式，如果狀態(tài)遷移中既有事件又有警戒條件，則表示僅當(dāng)這個事件發(fā)生并且警戒條件為真時，觸發(fā)狀態(tài)遷移。動作表達(dá)式action_expression是一個觸發(fā)狀態(tài)遷移時可執(zhí)行的過程表達(dá)式，表達(dá)式中可引用該狀態(tài)所擁有的對象中的屬性、操作或事件特征中的參數(shù)。發(fā)送子句send_clause是動作的一種特殊情況，用來說明在兩個狀態(tài)的遷移期間發(fā)送的消息。

UML狀態(tài)圖的優(yōu)點在于它支持嵌套和并發(fā)。UML狀態(tài)圖中包含基本狀態(tài)（basic state）和復(fù)合狀態(tài)（composite state），復(fù)合狀態(tài)分為或狀態(tài)（or-state）和與狀態(tài)（and-state）?；驙顟B(tài)的子狀態(tài)之間是相互排斥的或關(guān)系，表示在任一時刻這些子狀態(tài)中只有一個子狀態(tài)為真；與狀態(tài)的子狀態(tài)之間是并發(fā)的非相互排斥關(guān)系，與狀態(tài)表示一個狀態(tài)可以有多個并發(fā)的子狀態(tài)，并發(fā)子狀態(tài)之間用虛線分隔，用虛線分隔的每個區(qū)域表示一個并發(fā)的子狀態(tài)。把狀態(tài)屬性看成并發(fā)的子狀態(tài)，從而可以把狀態(tài)圖的復(fù)雜度控制在線性級別上。并發(fā)狀態(tài)圖中一個事件可能引起多個子狀態(tài)的狀態(tài)遷移。如圖2中的CVM就是一個或狀態(tài)，它的子狀態(tài)OFF和ON之間是相互排斥的關(guān)系，ON狀態(tài)就是一個與狀態(tài)，當(dāng)處于ON狀態(tài)時，就意味著同時處于COFFEE和MONEY兩個子狀態(tài)。

由于UML狀態(tài)圖支持嵌套和并發(fā)，這就使得它比以往的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖能更好的描述繼承的對象動態(tài)行為、并發(fā)的動態(tài)行為以及由數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)構(gòu)成的對象狀態(tài)和對象狀態(tài)轉(zhuǎn)移。UML狀態(tài)圖中可以包含復(fù)合狀態(tài)這就使得它可以把狀態(tài)的復(fù)雜度控制在和狀態(tài)屬性相關(guān)的線性級別。下面我們討論如何從UML狀態(tài)圖構(gòu)造一棵復(fù)合狀態(tài)測試樹。

4 構(gòu)造復(fù)合狀態(tài)測試樹

與以往的測試樹不同的是復(fù)合狀態(tài)測試樹的每個節(jié)點代表對象的復(fù)合狀態(tài)既對象的各個屬性的集合，邊表示狀態(tài)間的遷移，根節(jié)點代表對象的初始屬性集合。

構(gòu)造一個隊列queue來存放復(fù)合狀態(tài)測試樹的各個節(jié)點。

1)把UML狀態(tài)圖的起點讀入隊列queue。

2) 以UML狀態(tài)圖的起點定義根節(jié)點TestTree root，同時把節(jié)點標(biāo)識treeNode置為對象的初始狀態(tài)，nodelevel置為0，t和childTree置為NULL，把root放入隊列中。

3) 取隊列頭部的節(jié)點設(shè)為head，搜索從head節(jié)點所對應(yīng)的狀態(tài)（head.treeNode）發(fā)出的狀態(tài)前移以及前移置的目標(biāo)狀態(tài)，分別填充head.t和head.childTree，即把遷移至的狀態(tài)作為head的子節(jié)點；同時置好各個子節(jié)點的屬性值，nodeLevel=head.nodeLevel+1，從root節(jié)點開始層次遍歷測試樹（從第0層至head.nodeLevel層），如果在head的子節(jié)點中存在某個節(jié)點n，其所對應(yīng)的狀態(tài)已經(jīng)在第0層至head.nodeLevel層中出現(xiàn)過，則該節(jié)點n不再擴(kuò)展，即為葉子節(jié)點。把其他沒有出現(xiàn)過的子節(jié)點加入到隊列的尾部。

4) head指向隊列中的下一個節(jié)點，重復(fù)第二步，直至隊列為空。

在3)中，如果 某個遷移對應(yīng)的目標(biāo)狀態(tài)已經(jīng)在測試樹中出現(xiàn)過，就不再考慮這個狀態(tài)，不加入到隊列尾部。這樣有效地避免了重復(fù)構(gòu)造節(jié)點，同時又不降低測試的覆蓋率。通過上述步驟就可以構(gòu)造出UML狀態(tài)圖對應(yīng)的測試樹。

復(fù)合狀態(tài)樹構(gòu)造算法能很好的支持多個并發(fā)的子狀態(tài)的情況，只是節(jié)點表示為并發(fā)子狀態(tài)的合集；如果某個事件觸發(fā)其他事件從而引起一系列的狀態(tài)遷移時，只要把最終的狀態(tài)作為節(jié)點加入到測試樹中。比以往的插入樁模塊更容易實現(xiàn)。

通過測試樹可以很容易的構(gòu)造出測試用例。從根節(jié)點開始沿著各個分支往下知道葉子節(jié)點，每條這樣從根節(jié)點開始到某個葉子節(jié)點結(jié)束的路徑上的事件按順序組合在一起，就成為基于對象狀態(tài)測試的一個測試用例。如果增加對象屬性可以很容易的在復(fù)合狀態(tài)測試樹中增加，增加屬性后可以把狀態(tài)的復(fù)雜度控制在和狀態(tài)屬性相關(guān)的線性級別，測試時不僅可以單獨的對對象的每一個屬性和所有屬行進(jìn)行測試，也可以對對象的所有屬性任意選擇組合進(jìn)行測試。大大增加了測試的靈活性。

5 結(jié)束語

UML的狀態(tài)圖支持潛逃和并發(fā)，把狀態(tài)的復(fù)雜度控制在和狀態(tài)屬性相關(guān)的線性級別；其次UML狀態(tài)參數(shù)圖是在面向?qū)ο筌浖_發(fā)的生命周期中的早期設(shè)計階段確定的，是對對象狀態(tài)的完整的描述，并不依賴于源代碼，既保證了狀態(tài)描述的完整性，又可以在開發(fā)早期進(jìn)行測試，盡早發(fā)現(xiàn)與狀態(tài)相關(guān)的錯誤，避免將錯誤帶入到后面的開發(fā)階段。因此可以用UML的狀態(tài)圖來產(chǎn)生有效的測試用例，這大大提高了測試的靈活性和有效性。

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