《軟件測試基礎》課件-第4章

第4章黑盒測試

4.1概述4.2等價類劃分法4.3邊界值分析法4.4決策表法4.5因果圖法4.6場景法4.7思考與習題

4.1概述

黑盒測試也稱功能測試，它是通過測試來檢測每個功能是否都能正常使用。在測試中，把程序看做一個不能打開的黑盒子，在完全不考慮程序內(nèi)部結構和內(nèi)部特性的情況下，對程序接口進行測試，它只檢查程序功能是否按照需求規(guī)格說明書的規(guī)定正常使用，程序是否能適當?shù)亟邮蛰斎霐?shù)據(jù)而產(chǎn)生正確的輸出信息。

黑盒測試著眼于程序外部結構，不考慮內(nèi)部邏輯結構，主要針對軟件界面和軟件功能進行測試。

【例4-1】

任意輸入三角形的三邊，判斷三角形類型。

如圖4.1所示，輸入三角形的三條邊a、b、c，設計測試用例數(shù)量。假設在字長為16位的計算機上運行，則每個整數(shù)可能的取值為216種，那么a、b、c三條邊的各種可能取值的排列組合就有216×216×216≈3×1014種，執(zhí)行完所有的測試大約需要執(zhí)行3×1014次，也就是說，大約需要執(zhí)行3×1014次才能做到“窮盡”測試。假設執(zhí)行1次需耗時1ms，則執(zhí)行完所有的測試數(shù)據(jù)就需1萬年。圖4.1三角形三邊取值情況的測試用例

4.2等?價?類?劃?分?法

等價類劃分為兩種情況：有效等價類和無效等價類。

(1)有效等價類：對于程序的規(guī)格說明來說是有意義的、合理的輸入數(shù)據(jù)構成的集合，利用有效等價類可檢驗程序是否實現(xiàn)了規(guī)格說明中所規(guī)定的功能和性能。

(2)無效等價類：與有效等價類相反，無效等價類是指對程序的規(guī)格說明無意義的、不合理的輸入數(shù)據(jù)構成的集合。4.2.1劃分原則

按照如下幾條規(guī)則對等價類進行劃分：

(1)如果規(guī)定了輸入值的范圍，可定義一個有效等價類和兩個無效等價類。

(2)當規(guī)定了輸入的規(guī)則時，則可以劃分出一個有效的等價類(符合規(guī)則)和若干無效的等價類(從不同角度違反規(guī)則)。

(3)如規(guī)定了輸入數(shù)據(jù)的一組值，且程序對不同輸入值做不同處理，則每個允許的輸入值是一個有效等價類，并有一個無效等價類(所有不允許的輸入值的集合)。

(4)如規(guī)定了輸入數(shù)據(jù)是整型，則可劃分出正整數(shù)、零、負整數(shù)三個有效等價類。

(5)當處理表格時，有效類可分為空表、含一項的表、含多項的表等。4.2.2設計測試用例的步驟

采用等價類設計測試用例一般經(jīng)歷如下幾下步驟：

(1)形成等價類表，每一等價類規(guī)定一個唯一的編號；

(2)設計一測試用例，使其盡可能多地覆蓋尚未覆蓋的有效等價類，重復這一步驟，直到所有有效等價類均被測試用例所覆蓋；

(3)設計一新測試用例，使其只覆蓋一個無效等價類，重復這一步驟直到所有無效等價類均被覆蓋(通常程序執(zhí)行一個錯誤后不繼續(xù)檢測其它錯誤，故每次只測試一個無效類)。

【例4-2】

任意輸入3個整數(shù)作為三角形的3條邊的長度，判斷三角形的類型。

【解答】

采用等價類劃分法設計的測試用例如表4.1所示。

4.3邊界值分析法

4.3.1設計原則

使用邊界值分析法設計測試用例，應確定輸入和輸出等價類的邊界，應當選取正好等于、剛剛大于或剛剛小于邊界的值作為測試數(shù)據(jù)，而不是選取等價類中的典型值或任意值作為測試數(shù)據(jù)。

邊界值分析方法具有如下原則：

(1)如果輸入條件規(guī)定了值的范圍，則應選取剛達到范圍的邊界值，以及剛剛超越邊界的值作為測試輸入數(shù)據(jù)。

例如，輸入變量為X1、X2，取值范圍是a≤X1≤b，c≤X2≤b，邊界分析圖如圖4.2所示。圖4.2兩變量函數(shù)邊界分析測試用例

(2)如果輸入條件規(guī)定了值的個數(shù)，則用略低于最小值(Min－)、最小值(Min)、略高于最小值(Min+)、正常值(Normal)、略低于最大值(Max－)、最大值(Max)、略高于最大值(Max+)等值作為測試數(shù)據(jù)。

(3)如果程序規(guī)格說明給出的輸入域或輸出域是有序集合，則應選取集合的第一個元素和最后一個元素作為測試用例。4.3.2應用舉例

【例4-3】

某報表處理系統(tǒng)要求用戶輸入處理報表的日期，日期限制在2003年1月至2008年12月，即系統(tǒng)只能對該期間內(nèi)的報表進行處理，如日期不在此范圍內(nèi)，則顯示輸入錯誤信息。

【解答】采用邊界值分析法設計的測試用例如表4.2所示。

4.4決策表法

決策表由四個部分組成，如圖4.3所示。

(1)條件樁：列出了問題的所有條件，通常認為列出的條件次序無關緊要。

(2)動作樁：列出了問題規(guī)定可能采取的操作，這些操作的排列順序沒有約束。

(3)條件項：列出了針對其它條件樁的取值，在所有可能情況下的真假值。圖4.3決策表的組成

(4)動作項：列出了在條件項的各種取值的有機關聯(lián)情況下應該采取的動作。

規(guī)則：任何條件組合的特定取值及其相應要執(zhí)行的操作。在決策表中貫穿條件項和動作項的列就是規(guī)則。顯然，決策表中列出多少條件取值，就有多少規(guī)則，條件項和動作項就有多少列。

所有條件都是邏輯結果(即真/假、是/否、0/1)的決策表稱為有限條件決策表。如果條件有多個值，則對應的決策表叫做擴展條目決策表。使用決策表設計測試用例時，條件解釋為輸入，動作解釋為輸出。決策表適合以下特征的應用程序：

(1)?if-then-else分支邏輯突出；

(2)輸入變量之間存在邏輯關系；

(3)涉及輸入變量子集的計算；

(4)輸入和輸出之間存在因果關系；

(5)很高的圈復雜度。

決策表中具有n個條件的有限條目決策表有2n個規(guī)則，可通過如下方法減少規(guī)則數(shù)目，如使用擴展條目決策表、代數(shù)簡化表、查找條件條目的重復模式等。

如表4.3所示，打印機工作用決策表右上部分的“Y”表示它左邊條件成立，“F”表示條件不成立，空白表示這個條件成立與否并不影響動作的選擇。決策表右下部分中畫“√”表示做它左邊的相應動作，空白表示不做這項動作。4.4.1應用舉例

使用判定表設計測試用例的具體步驟如下：

(1)確定規(guī)則的個數(shù)。假如有n個條件，每個條件有兩個取值(0，1)，則有2n種規(guī)則。

(2)列出所有的條件樁和動作樁。

(3)填入條件項。

(4)填入動作項。

(5)簡化，合并相似規(guī)則(相同動作)。

【例4-4】

某國有企業(yè)改革重組，對職工重新分配工作的政策是：年齡在20歲以下者，初中文化程度脫產(chǎn)學習，高中文化程度當電工；年齡在20歲到40歲之間者，中學文化程度男性當鉗工，女性當車工，大學文化程度都當技術員；年齡在40歲以上者，中學文化程度當材料員，大學文化程序當技術員。請用決策表描述上述問題的加工邏輯。

【解答】

條件取值表如表4.4所示。決策表如表4.5所示。4.4.2優(yōu)點和缺點

決策表把復雜問題的各種可能情況一一列出，易于理解。但是，決策表不能表達重復執(zhí)行動作的缺點。B.Beizer指出使用判定表設計測試用例的條件如下：

(1)規(guī)格說明以判定表形式給出，或很容易轉換成判定表。

(2)條件的排列順序不會也不影響執(zhí)行哪些操作。

(3)規(guī)則的排列順序不會也不影響執(zhí)行哪些操作。

(4)每當某一規(guī)則的條件已經(jīng)滿足，并確定要執(zhí)行的操作后，不必檢驗別的規(guī)則。

(5)如果某一規(guī)則得到滿足要執(zhí)行多個操作，這些操作的執(zhí)行順序無關緊要。

這5個必要條件使得操作的執(zhí)行完全依賴于條件的組合，對于不滿足條件的判定表，可增加其它的測試用例。

4.5因果圖法

等價類劃分法和邊界值分析法只是孤立地考慮各個輸入數(shù)據(jù)的測試效果，沒有考慮輸入數(shù)據(jù)的組合及其相互制約關系。這樣雖然各種輸入條件可能出錯的情況已經(jīng)測試到了，但多個輸入條件組合起來可能出錯的情況卻被忽視了。如果在測試時必須考慮輸入條件的各種組合，則可能的組合數(shù)目將是天文數(shù)字，因此必須考慮采用一種適合于描述多種條件的組合、相應產(chǎn)生多個動作的形式來進行測試用例的設計，這就需要利用因果圖(邏輯模型)。因果圖利用圖解法分析輸入的各種組合情況，適合描述多種輸入條件的組合、相應產(chǎn)生多個動作的方法。因果圖法具有如下優(yōu)點：

(1)考慮多個輸入之間的相互組合、相互制約關系。

(2)指導測試用例的選擇，指出需求規(guī)格說明描述中存在的問題。

(3)能夠幫助測試人員按照一定的步驟，高效率地開發(fā)測試用例。

(4)因果圖法是將自然語言規(guī)格說明轉化成形式語言規(guī)格說明的一種嚴格的方法，可以指出規(guī)格說明存在的不完整性和二義性。4.5.1基本術語

下面介紹因果圖的基本圖形符號。

1)原因—結果圖

原因—結果圖使用了簡單的邏輯符號，以直線連接左右結點。左結點表示輸入狀態(tài)(原因)，右結點表示輸出狀態(tài)(結果)。圖4.4表示規(guī)格說明中的4種因果關系，其中ci表示原因，通常置于圖的左部；ei表示結果，通常位于圖的右部。ci和ei均可取值0或1(0表示某狀態(tài)不出現(xiàn)，1表示某狀態(tài)出現(xiàn))。圖4.4原因—結果圖

2)約束圖

輸入/輸出狀態(tài)相互之間存在的某些依賴關系，稱為約束。例如，某些輸入條件不可能同時出現(xiàn)等，如圖4.5所示。圖4.5約束圖

(1)?E約束(Exclusive，異)：a和b中至多有一個可能為1，即a和b不能同時為1。

(2)?I約束(Inclusive，或)：a、b和c中至少有一個是1，即a、b和c不能同時為0。

(3)?O約束(OneandOnly，唯一)：a和b中必須有一個且僅有一個為1。

(4)?R約束(Require，要求)：a是1時，結果b是1。

(5)?M約束(Masks，強制)：a是1時，結果b是0。

因果圖法設計測試用例的步驟如圖4.6所示。圖4.6因果圖法生成測試用例的步驟示意圖4.5.2應用舉例

【例4-5】

軟件需求規(guī)格說明如下：第一列字符必須是A或B，第二列字符必須是一個數(shù)字，在此情況下進行文件的修改。但如果第一列字符不正確，則給出信息L；如果第二列字符不是數(shù)字，則給出信息M。

【解答】

采用因果圖方法，具體步驟如下：

步驟1：分析程序規(guī)格說明書，識別哪些是原因，哪些是結果，原因往往是輸入條件或者輸入條件的等價類，而結果常常是輸出條件。如下：原因：

1—第一列字符是A；

2—第一列字符是B；

3—第二列字符是一數(shù)字。

結果：

21—修改文件；

22—給出信息L；

23—給出信息M。

步驟2：根據(jù)原因和結果產(chǎn)生因果圖，如圖4.7所示。

步驟3：狀態(tài)1和狀態(tài)2不能同時為1，輸入3個狀態(tài)只有6種取值，如表4.6所示。圖4.7【例4-5】因果圖

4.6場景法

4.6.1基本流和備選流

場景法的描述如圖4.8所示，圖中經(jīng)過用例的每條路徑都用基本流和備選流來表示。直黑線表示基本流，是經(jīng)過用例的最簡單的路徑。備選流用不同的顏色表示，一個備選流可能從基本流開始，在某個特定條件下執(zhí)行，然后重新加入基本流中(如備選流1和3)；也可能起源于另一個備選流(如備選流2)，或者終止用例而不再重新加入到某個流(如備選流2和4)中。圖4.8基本流和備選流4.6.2應用舉例

【例4-6】

采用場景法設計ATM系統(tǒng)的測試用例。

【解答】

1)例子描述

圖4.9是ATM系統(tǒng)的流程示意圖。

2)場景設計

圖4.9所示ATM系統(tǒng)中的基本流和某些備選流如表4.7所示。圖4.9ATM流程示意圖

3)用例設計

對于這7個場景中的每一個場景都需要確定測試用例，一般采用矩陣或決策表來確定和管理測試用例?！纠?-6】中的測試用例包含測試用例ID、場景/條件、測試用例中涉及的所有數(shù)據(jù)元素和預期結果等項目。首先確定執(zhí)行用例場景所需的數(shù)據(jù)元素，然后構建矩陣，最后要確定包含執(zhí)行場景所需的適當條件的測試用例。表4.9中的“行”代表各個測試用例；“列”代表測試用例的信息；V表示這個條件必須是有效的才可執(zhí)行基本流；I表示這種條件下將激活所需備選流；n/a表示這個條件不適用于測試用例。每個場景只有一個正面測試用例和負面測試用例是不充分的，場景4正是這樣的一個示例。要全面地測試場景4(PIN有誤)，至少需要三個正面測試用例，以激活場景4。

(1)輸入了錯誤的PIN，但仍存在輸入機會，此備選流重新加入基本流中的步驟3(輸入PIN)。

(2)輸入了錯誤的PIN，而且不再有輸入機會，則此備選流將保留銀行卡并終止用例。

(3)最后一次輸入了“正確”的PIN。備選流在步驟5(輸入金額處)重新加入基本流。

4)數(shù)據(jù)設計

一旦確定了所有的測試用例，則應對這些用例進行復審和驗證以確保其準確且適度，并取消多余或等效的測試用例，如表4.10所示。

4.7思?考?與?習?題

一、選擇題

1.黑盒測試是通過軟件的外部表現(xiàn)來發(fā)現(xiàn)軟件缺陷和錯誤的測試方法，具體地說，黑盒測試用例設計技術包括()等。

A．等價類劃分法、因果圖法、邊界值分析法、錯誤推測法、判定表驅動法

B．等價類劃分法、因果圖法、邊界值分析法、正交試驗法、符號法

C．等價類劃分法、因果圖法、邊界值分析法、功能圖法、基本路徑法

D．等價類劃分法、因果圖法、邊界值分析法、靜態(tài)質量度量法、場景法

2.常用的黑盒測試方法有邊界值分析、等價類劃分、錯誤推測、因果圖等。其中()經(jīng)常與其它方法結合起來使用。軟件測試的步驟主要有單元測試、集成測試和確認測試。

A.邊界值分析 B.等價類劃分

C.錯誤推測 D.因果圖

3.等價類劃分完成后，就可得出()，它是確定測試用例的基礎。

A.有效等價類

B.無效等價

C.等價類表 D.測試用例集

4.在設計測試用例時，()是用得最多的一種黑盒測試方法。

A.等價類劃分

B.邊界值分析

C.因果圖

D.功能圖