嵌入式軟件測試用例自動生成方法

趙昶宇

嵌入式軟件測試用例自動生成方法

趙昶宇

（天津津航計算技術研究所，天津 300308）

為了減少軟件測試人員的工作量，降低軟件測試成本，提高軟件測試的質量和效率，提出了一種軟件測試用例自動生成方法。該方法首先提取出被測軟件系統中的各個接口參數，然后利用等價劃分或者邊界取值方法確定出每個接口參數的取值集合，最后將被測試軟件中任意兩個接口參數采用兩兩組合的方式進行測試率的覆蓋。上述方法以最少的測試用例實現了對各個接口參數的各種組合最大限度的覆蓋，不僅提高了設計和生成測試用例的效率，而且有效提升軟件的測試效率，節省了軟件測試成本并保證了軟件測試的質量。

嵌入式軟件；黑盒測試；測試成本；等價劃分

嵌入式軟件的測試中有一個重要的環節就是設計軟件測試用例，這是一項非常耗費時間和精力的工作。如果能夠實現軟件測試用例的自動生成，將極大地提高測試效率，節省測試時間和成本，并提高軟件測試的覆蓋率。關于測試用例的自動生成，最關鍵的是盡可能用最少的測試用例發現更多的軟件錯誤和缺陷。目前，還有不少嵌入式軟件仍然依靠手工編寫測試用例來進行軟件測試，這種方式對軟件測試人員提出了很高的經驗和技術要求，大多數情況下會產生較高的測試成本和較長的測試時間，整體測試效率較低，測試后的軟件覆蓋率和質量很難得到保證。盡管有些軟件測試工具能夠實現測試用例的自動生成，但是更多時候還是主要依靠人工去分析每個軟件模塊的分支和路徑，導致軟件測試的工作量和難度居高不下，甚至出現測試用例不夠完整、測試覆蓋率低等現象。

1 國內外現狀和發展趨勢

測試用例的自動生成屬于軟件測試自動化的范疇，仍舊是當下軟件測試領域的熱點話題，國內外的很多學者對此都有較深的研究。BOGDAN將探測性搜索與模式性搜索方法相結合，同時基于動態的數據流分析技術用于確定影響分支謂詞的相關變量，很好地降低了搜索的盲目性；NEELAM等基于線性化的謂詞函數提出了一種迭代松弛方法，即面向目標的鏈方法，并將該方法應用于測試數據和回歸測試數據的自動生成上；OFFUTT、JIN等人通過改進動態域約簡（DDR）方法，相繼提出了基于前向分析的動態程序的切片方法和二分搜索方法，用于測試用例的動態生成。

長期以來，國內的很多高校和研究機構都在致力研究軟件測試的自動化，比如北京大學、北京航空航天大學以及中國科學院等院校和機構。它們提出了很多解決軟件測試自動化的方法，包括基于UML模型實現測試用例的自動生成技術，基于遺傳算法自動生成軟件結構測試數據，基于對象模型的C++靜態分析器方面的研究，以及利用神經網絡、規劃求解等人工智能技術自動生成軟件測試用例等，都已經取得了不少應用成果。

針對不同的嵌入式系統和嵌入式軟件的不同特點，市面上出現了不少專業的自動化軟件測試工具。這其中包括Telelogic公司研發的Logiscope測試軟件，主要用于軟件靜態測試；Mercury Interactive公司開發的WinRunner和QTP功能測試軟件工具；Rational公司推出的Purify系列軟件工具；還有LoadRunner、WebStress等軟件工具，專門用于軟件的性能測試；Rational Test Manager、Compuware TrackRecord等軟件工具，專門用于軟件測試管理。雖然當前的自動化測試工具已具有十分強大的測試功能，大多數測試工具還是無法完美解決測試用例自動生成和全面覆蓋這一難題。還有很多軟件自動測試工具的測試效率較低，生成的測試用例的質量不高，同時，測試用例的完備性還需進一步提高。因此，要想徹底解決測試用例的自動執行問題，真正實現測試過程的自動化，還有很長的路要走。

2 自動生成測試用例方法

為了提高軟件測試的質量，降低軟件測試成本和測試人員的工作量，提高軟件測試效率，因此，本文提出了一種軟件測試用例自動生成方法。該方法首先提取出被測軟件系統中的各個接口參數，然后利用等價劃分或者邊界取值方法確定出每個接口參數的取值集合，最后將被測試軟件中任意兩個接口參數采用兩兩組合的方式進行測試率的覆蓋。這種方法以最少的測試用例實現了對各個接口參數的各種組合最大限度的覆蓋。

假設某嵌入式軟件接口參數的個數為，每個參數i的取值個數為i，=1，2，…，，且1≥2≥…≥n（為正整數），即接口參數的取值個數按照從多到少的順序排列。基于接口參數個數和接口參數取值個數構造一個樹型結構，樹的根節點表示自動生成算法的入口，樹的層數為接口參數的個數。樹的第一層葉節點為接口參數取值個數最多的參數，將該參數的每個取值按照從小到大進行編號，編完號后按照從左到右的次序連接在根節點下；樹的第二層葉節點為接口參數取值個數第二多的參數，首先將該參數的每個取值按照從小到大進行編號，編完號后按照從左到右的次序連接在第一層葉節點的第一個參數取值下面，然后將該參數的每個取值按照編號順序從左到右依次連接在第一層葉節點的第二個參數取值下面，以此類推，直到將該參數的每個取值按照編號順序從左到右依次連接在第一層葉節點的最后一個參數取值下面，即完成了第二層樹節點的建立。以此類推，往下每一層接口參數的每個取值按照編號順序從左到右依次連接在上一層葉節點的每一個參數取值下面，這樣就完成了樹型結構的建立。

基于上述樹型結構，自動生成嵌入式軟件測試用例，將按照如下步驟進行：①測試用例生成時按照樹型結構層次從上到下，每個樹型葉節點從左到右的次序進行遍歷，從而形成一條測試路徑。②在第一層中找到參數取值編號最小的節點，將該節點編號發送給下一層葉節點中參數取值編號最小的節點，形成一個節點路徑序列。③從第二層開始，每個節點按照一定的方法進行節點路徑的傳遞工作——在每一層中找到參數取值編號最小的節點，將該節點編號以及與上一層節點形成的節點路徑序列一起發送給下一層葉節點中參數取值編號最小的節點；這樣遍歷完層節點后形成了一個完整的節點路徑序列，即生成了一個完整的測試用例。④按照步驟③的算法，繼續生成新的測試用例。首先保留步驟③的完整的節點路徑序列，將該路徑序列中第一個編號值替換為第一層中當前的參數節點中參數取值編號為次小的編號值，繼續按照步驟③的算法遍歷完整個樹型結構，生成一個新的測試用例；按照這種方法繼續遍歷整個樹型結構，直到遍歷完第一層中參數取值編號最大的節點，保存生成的每個測試用例。⑤保留步驟④中的每個完整的節點路徑序列，不改變該每一個路徑序列中第一個編號值，將每一個路徑序列中第二個編號值替換為第一層中當前參數的葉節點中參數取值編號為次小的編號值，該路徑序列中其余編號值不變；按照上述方法，完成了對步驟④中每一個節點路徑序列中第二個編號值從小到大的依次替換和遍歷。⑥保留步驟⑤中的每個完整的節點路徑序列，不改變該每一個路徑序列中第一個編號值和第二個編號值，將每一個路徑序列中第三個編號值替換為第二層中當前參數的葉節點中參數取值編號為次小的編號值，該路徑序列中其余編號值不變；按照上述方法，完成了對步驟⑤中每一個節點路徑序列中第三個編號值從小到大的依次替換和遍歷；以此類推，自動生成了基于個接口參數的測試用例集合。

嵌入式軟件測試的最終目的是為了盡可能多、盡可能快地發現嵌入式軟件中存在的缺陷。本文提出的測試用例自動生成算法，在自動生成每一個測試用例的同時，將該測試用例作為輸入去執行軟件系統測試。如果發現軟件缺陷，則停止生成軟件測試用例。也就是說，按照上述步驟和順序執行每個軟件測試用例時，一旦發現某個測試用例的執行結果與預期值不符時，表明該測試用例執行失敗，則立即停止自動生成測試用例。在對嵌入式代碼進行修改后，重新運行上述算法進行測試。這樣做的好處是，一方面節省了軟件測試時間，提高了軟件測試效率，降低了軟件測試的成本；另一方面，縮短了生成算法的搜索時間和減少了計算量，避免生成冗余測試用例。

3 結束語

本文提出了一種軟件測試用例自動生成方法，該方法通過對軟件接口參數進行組合覆蓋測試，用最少的測試用例滿足軟件測試覆蓋性，提高設計和生成測試用例的效率，從而有效提升軟件的測試效率和保證軟件測試質量。

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2095－6835（2021）06－0163－02

TP311.52

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.06.067

趙昶宇（1982—），男，陜西漢中人，工學碩士，高級工程師，主要從事嵌入式系統軟件測試方面的研究。

〔編輯：張思楠〕