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(shù)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(zhì)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(tǒng)中的各個接口參數(shù)，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(shù)的取值集合，最后將被測試軟件中任意兩個接口參數(shù)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(xiàn)了對各個接口參數(shù)的各種組合最大限度的覆蓋，不僅提高了設(shè)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(jié)省了軟件測試成本并保證了軟件測試的質(zhì)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(huán)節(jié)就是設(shè)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?qū)崿F(xiàn)軟件測試用例的自動生成，將極大地提高測試效率，節(jié)省測試時間和成本，并提高軟件測試的覆蓋率。關(guān)于測試用例的自動生成，最關(guān)鍵的是盡可能用最少的測試用例發(fā)現(xiàn)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(jīng)驗和技術(shù)要求，大多數(shù)情況下會產(chǎn)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(zhì)量很難得到保證。盡管有些軟件測試工具能夠?qū)崿F(xiàn)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(dǎo)致軟件測試的工作量和難度居高不下，甚至出現(xiàn)測試用例不夠完整、測試覆蓋率低等現(xiàn)象。

1 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)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(dāng)下軟件測試領(lǐng)域的熱點話題，國內(nèi)外的很多學(xué)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(jié)合，同時基于動態(tài)的數(shù)據(jù)流分析技術(shù)用于確定影響分支謂詞的相關(guān)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(shù)提出了一種迭代松弛方法，即面向目標(biāo)的鏈方法，并將該方法應(yīng)用于測試數(shù)據(jù)和回歸測試數(shù)據(jù)的自動生成上；OFFUTT、JIN等人通過改進動態(tài)域約簡（DDR）方法，相繼提出了基于前向分析的動態(tài)程序的切片方法和二分搜索方法，用于測試用例的動態(tài)生成。

長期以來，國內(nèi)的很多高校和研究機構(gòu)都在致力研究軟件測試的自動化，比如北京大學(xué)、北京航空航天大學(xué)以及中國科學(xué)院等院校和機構(gòu)。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(xiàn)測試用例的自動生成技術(shù)，基于遺傳算法自動生成軟件結(jié)構(gòu)測試數(shù)據(jù)，基于對象模型的C++靜態(tài)分析器方面的研究，以及利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、規(guī)劃求解等人工智能技術(shù)自動生成軟件測試用例等，都已經(jīng)取得了不少應(yīng)用成果。

針對不同的嵌入式系統(tǒng)和嵌入式軟件的不同特點，市面上出現(xiàn)了不少專業(yè)的自動化軟件測試工具。這其中包括Telelogic公司研發(fā)的Logiscope測試軟件，主要用于軟件靜態(tài)測試；Mercury Interactive公司開發(fā)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(dāng)前的自動化測試工具已具有十分強大的測試功能，大多數(shù)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(zhì)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(zhí)行問題，真正實現(xiàn)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(zhì)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(tǒng)中的各個接口參數(shù)，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(shù)的取值集合，最后將被測試軟件中任意兩個接口參數(shù)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(xiàn)了對各個接口參數(shù)的各種組合最大限度的覆蓋。

假設(shè)某嵌入式軟件接口參數(shù)的個數(shù)為，每個參數(shù)i的取值個數(shù)為i，=1，2，…，，且1≥2≥…≥n（為正整數(shù)），即接口參數(shù)的取值個數(shù)按照從多到少的順序排列?；诮涌趨?shù)個數(shù)和接口參數(shù)取值個數(shù)構(gòu)造一個樹型結(jié)構(gòu)，樹的根節(jié)點表示自動生成算法的入口，樹的層數(shù)為接口參數(shù)的個數(shù)。樹的第一層葉節(jié)點為接口參數(shù)取值個數(shù)最多的參數(shù)，將該參數(shù)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(jié)點下；樹的第二層葉節(jié)點為接口參數(shù)取值個數(shù)第二多的參數(shù)，首先將該參數(shù)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(jié)點的第一個參數(shù)取值下面，然后將該參數(shù)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(jié)點的第二個參數(shù)取值下面，以此類推，直到將該參數(shù)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(jié)點的最后一個參數(shù)取值下面，即完成了第二層樹節(jié)點的建立。以此類推，往下每一層接口參數(shù)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(jié)點的每一個參數(shù)取值下面，這樣就完成了樹型結(jié)構(gòu)的建立。

基于上述樹型結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)層次從上到下，每個樹型葉節(jié)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(shù)取值編號最小的節(jié)點，將該節(jié)點編號發(fā)送給下一層葉節(jié)點中參數(shù)取值編號最小的節(jié)點，形成一個節(jié)點路徑序列。③從第二層開始，每個節(jié)點按照一定的方法進行節(jié)點路徑的傳遞工作——在每一層中找到參數(shù)取值編號最小的節(jié)點，將該節(jié)點編號以及與上一層節(jié)點形成的節(jié)點路徑序列一起發(fā)送給下一層葉節(jié)點中參數(shù)取值編號最小的節(jié)點；這樣遍歷完層節(jié)點后形成了一個完整的節(jié)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(xù)生成新的測試用例。首先保留步驟③的完整的節(jié)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(dāng)前的參數(shù)節(jié)點中參數(shù)取值編號為次小的編號值，繼續(xù)按照步驟③的算法遍歷完整個樹型結(jié)構(gòu)，生成一個新的測試用例；按照這種方法繼續(xù)遍歷整個樹型結(jié)構(gòu)，直到遍歷完第一層中參數(shù)取值編號最大的節(jié)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(jié)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(dāng)前參數(shù)的葉節(jié)點中參數(shù)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(jié)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(jié)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(dāng)前參數(shù)的葉節(jié)點中參數(shù)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(jié)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(shù)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(fā)現(xiàn)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(zhí)行軟件系統(tǒng)測試。如果發(fā)現(xiàn)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(zhí)行每個軟件測試用例時，一旦發(fā)現(xiàn)某個測試用例的執(zhí)行結(jié)果與預(yù)期值不符時，表明該測試用例執(zhí)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(jié)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(jié)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(shù)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(shè)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(zhì)量。

［1］楊勁濤，荷清.黑盒測試用例集的研究［J］.計算機工程與科學(xué)，2006，28（5）：130-131.

［2］周奇.白盒測試中指定路徑測試用例的自動生成［J］.艦船電子工程，2005，25（3）：67-70.

［3］史亮，聶長海，徐寶文.基于解空間樹的組合測試數(shù)據(jù)生成［J］.計算機學(xué)報，2006，29（6）：849-857.

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(xué)碩士，高級工程師，主要從事嵌入式系統(tǒng)軟件測試方面的研究。

〔編輯：張思楠〕