软件工程导论 第7章 编码和单元测试(2)

要的，测试目标决定了测试方案的设计。如果为了表明程序是正确的而进行测试，就会设计一些不易暴露错误的测试方案；相反，如果测试是为了发现程序中的错误，就会力求设计出最能暴露错误的测试方案。

由于测试的目标是暴露程序中的错误，从心理学角度看，由程序的编写者自己进行测试是不恰当的。因此，在综合测试阶段通常由其他人员组成测试小组来完成测试工作。 此外，应该认识到测试决不能证明程序是正确的。即使经过了最严格的测试之后，仍然可能还有没被发现的错误潜藏在程序中。测试只能查找出程序中的错误，不能证明程序中没有错误。关于这个结论下面还要讨论。 7.2.2 软件测试准则

怎样才能达到软件测试的目标呢?为了能设计出有效的测试方案，软件工程师必须深入理解并正确运用指导软件测试的基本准则。下面讲述主要的测试准则。

(1)所有测试都应该能追溯到用户需求。正如上一小节讲过的，软件测试的目标是发现错误。从用户的角度看，最严重的错误是导致程序不能满足用户需求的那些错误。

(2)应该远在测试开始之前就制定出测试计划。实际上，一旦完成了需求模型就可以着手制定测试计划，在建立了设计模型之后就可以立即开始设计详细的测试方案。因此，在编码之前就可以对所有测试工作进行计划和设计。

(3)把Pareto原理应用到软件测试中。Pareto原理说明，测试发现的错误中的80％很可能是由程序中20％的模块造成的。当然，问题是怎样找出这些可疑的模块并彻底地测试它们。

(4)应该从“小规模”测试开始，并逐步进行“大规模”测试。通常，首先重点测试单个程序模块，然后把测试重点转向在集成的模块簇中寻找错误，最后在整个系统中寻找 错误。

(5)穷举测试是不可能的。所谓穷举测试就是把程序所有可能的执行路径都检查一遍的测试。即使是一个中等规模的程序，其执行路径的排列数也十分庞大，由于受时间、人力和资源的限制，在测试过程中不可能执行每个可能的路径。因此，测试只能证明程序中有错误，不能证明程序中没有错误。但是，精心地设计测试方案，有可能充分覆盖程序逻辑并使程序达到所要求的可靠性。 (6)为了达到最佳的测试效果，应该由独立的第三方从事测试工作。所谓“最佳激果”是指有最大可能性发现错误的测试。由于前面已经讲过的原因，开发软件的软件工程师并不是完成全部测试工作的最佳人选(通常他们主要承担模块测试工作)。 7.2.3 测试方法

测试任何产品都有两种方法：如果已经知道了产品应该具有的功能，可以通过测试来检验是否每个功能都能正常使用；如果知道产品的内部工作过程，可以通过测试来检验产品内部动作是否按照规格说明书的规定正常进行。前一种方法

称为黑盒测试，后一种法称为白盒测试。 对于软件测试而言，黑盒测试法把程序看作一个黑盒子，完全不考虑程序的内部结构和处理过程。也就是说，黑盒测试是在程序接口进行的测试，它只检查程序功能是否能按照规格说明书的规定正常使用，程序是否能适当地接收输入数据并产生正确的输出信息，程序运行过程中能否保持外部信息(例如，数据库或文件)的完整性。黑盒测试又称为功能测试。 白盒测试法与黑盒测试法相反，它的前提是可以把程序看成装在一个透明的白盒子里，测试者完全知道程序的结构和处理算法。这种方法按照程序内部的逻辑测试程序，检测程序中的主要执行通路是否都能按预定要求正确工作。白盒测试又称为结构测试。 7.2.4 测试步骤

除非是测试一个小程序，否则一开始就把整个系统作为一个单独的实体来测试是不现实的。根据第4条测试准则，测试过程也必须分步骤进行，后一个步骤在逻辑上是前一个步骤的继续。大型软件系统通常由若干个子系统组成，每个子系统又由许多模块组成，因此，大型软件系统的测试过程基本上由下述几个步骤组成。

1.模块测试

在设计得好的软件系统中，每个模块完成一个清晰定义的子功能，而且这个子功能和同级其他模块的功能之间没有相互依赖关系。因此，有可能把每个模块作为一个单独的体来测试，而且通常比较容易设计检验模块正确性的测试方案。模块测试的目的是保证每个模块作为一个单元能正确运行，所以模块测试通常又称为单元测试。在这个测试步骤中所发现的往往是编码和详细设计的错误。 2.子系统测试

子系统测试是把经过单元测试的模块放在一起形成一个子系统来测试。模块相互间的协调和通信是这个测试过程中的主要问题，因此，这个步骤着重测试模块的接口。 3.系统测试

系统测试是把经过测试的子系统装配成一个完整的系统来测试。在这个过程中不仅应该发现设计和编码的错误，还应该验证系统确实能提供需求说明书中指定的功能，而且系统的动态特性也符合预定要求。在这个测试步骤中发现的往往是软件设计中的错误，也可能发现需求说明中的错误。

不论是子系统测试还是系统测试，都兼有检测和组装两重含义，通常称为集成测试。 4.验收测试

验收测试把软件系统作为单一的实体进行测试，测试内容与系统测试基本类似，但是它是在用户积极参与下进行的，而且可能主要使用实际数据(系统将来要处理的信息)进行测试。验收测试的目的是验证系统确实能够满足用户的需要，在这个测试步骤中发现的往往是系统需求说明书中的错误。验收测试也称为确认测试。

5.平行运行 .

关系重大的软件产品在验收之后往往并不立即投入生产性运行，而是要再经过一段平行运行时间的考验。所谓平行运行就是同时运行新开发出来的系统和将被它取代的旧系统，以便比较新旧两个系统的处理结果。这样做的具体目的有如下几点：

(1)可以在准生产环境中运行新系统而又不冒风险； (2)用户能有一段熟悉新系统的时间；

(3)可以验证用户指南和使用手册之类的文档；

(4)能够以准生产模式对新系统进行全负荷测试，可以用测试结果验证性能指标。

以上集中讨论了与测试有关的概念，但是，测试作为软件工程的一个阶段，它的根本任务是保证软件的质量，因此除了进行测试之外，还有另外一些与测试密切相关的工作应该完成。这就是下一小节要讨论的内容。 7.2.5 测试阶段的信息流

图7.1描绘了测试阶段的信息流，这个阶段的输入信息有两类：(1)软件配置，包括需求说明书、设计说明书和源程序清单等；(2)测试配置，包括测试计划和测试方案。所谓测试方案不仅仅是测试时使用的输入数据(称为测试用例)，还应该包括每组输入数据预定要检验的功能，以及每组输入数据预期应该得到的正确输出。实际上测试配置是软件配置的一个子集，最终交出的软件配置应该包括上述测试配置以及测试的实际结果和 调试的记录。

比较测试得出的实际结果和预期的结果，如果两者不一致则很可能是程序中有错误。设法确定错误的准确位置并且改正它，这就是调试的任务。与测试不同，通常由程序的编写者负责调试。

在对测试结果进行收集和评价的时候，软件可靠性所达到的定性指标也开始明朗了。如果经常出现要求修改设计的严重错误，那么软件的质量和可靠性是值得怀疑的，应该进 测试 测试 测试 测试 图7.1 测试阶段的信息流

一步仔细测试。反之，如果看起来软件功能完成得很正常，遇到的错误也很容易改正，则仍然应该考虑两种可能：(1)软件的可靠性是可以接受的；(2)所进行的

测试尚不足以发现严重的错误。最后，如果经过测试，一个错误也没有被发现，则很可能是因为对测试配置思考不充分，以致不能暴露软件中潜藏的错误。这些错误最终将被用户发现，而且需要在维护阶段改正它们(但是改正同一个错误需要付出的代价比在开发阶段高出许多倍)。 在测试阶段积累的结果，也可以用更形式化的方法进行评价。软件可靠性模型使用错误率数据估计将来出现错误的情况，并进而对软件可靠性进行预测。

7.3单元测试

单元测试集中检测软件设计的最小单元——模块。通常，单元测试和编码属于软件过程的同一个阶段。在编写出源程序代码并通过了编译程序的语法检查之后，就可以用详细设计描述作指南，对重要的执行通路进行测试，以便发现模块内部的错误。可以应用人工测试和计算机测试这样两种不同类型的测试方法，完成单元测试工作。这两种测试方法各有所长，互相补充。通常，单元测试主要使用白盒测试技术，而且对多个模块的测试可以并行地进行。 7.3.1 测试重点

在单元测试期间着重从下述5个方面对模块进行测试。 1.模块接口

首先应该对通过模块接口的数据流进行测试，如果数据不能正确地进出，所有其他测试都是不切实际的。

在对模块接口进行测试时主要检查下述几个方面：参数的数目、次序、属性或单位系统与变元是否一致；是否修改了只作输入用的变元；全局变量的定义和用法在各个模块中是否一致。 2.局部数据结构

对于模块来说，局部数据结构是常见的错误来源。应该仔细设计测试方案，以便发现局部数据说明、初始化、默认值等方面的错误。 3.重要的执行通路

由于通常不可能进行穷尽测试，因此，在单元测试期间选择最有代表性、最可能发现错误的执行通路进行测试就是十分关键的。应该设计测试方案用来发现由于错误的计算、不正确的比较或不适当的控制流而造成的错误。 4.出错处理通路

好的设计应该能预见出现错误的条件，并且设置适当的处理错误的通路，以

便在真的出现错误时执行相应的出错处理通路或干净地结束处理。不仅应该在程序中包含出错处理通路而且应该认真测试这种通路。当评价出错处理通路时，应该着重测试下述一些可能发生的错误： (1)对错误的描述是难以理解的；

(2)记下的错误与实际遇到的错误不同；

(3)在对错误进行处理之前，错误条件已经引起系统干预； (4)对错误的处理不正确；

(5)描述错误的信息不足以帮助确定造成错误的位置。 5.边界条件

边界测试是单元测试中最后的也可能是最重要的任务。软件常常在它的边界上失效，例如，处理n元数组的第n个元素时，或做到i次循环中的第i次重复时，往往会发生错误。使用刚好小于、刚好等于和刚好大于最大值或最小值的数据结构、控制量和数据值的测试方案，非常可能发现软件中的错误。 7.3.2 代码审查

人工测试源程序可以由编写者本人非正式地进行，也可以由审查小组正式进行。后者称为代码审查，它是一种非常有效的程序验证技术，对于典型的程序来说，可以查出30 9，6～70％的逻辑设计错误和编码错误。审查小组最好由下述4人组成：

(1)组长，应该是一个很有能力的程序员，而且没有直接参与这项工程； (2)程序的设计者； (3)程序的编写者； (4)程序的测试者。

如果一个人既是程序的设计者又是编写者，或既是编写者又是测试者，则审查小组中应该再增加一个程序员。

审查之前，小组成员应该先研究设计说明书，力求理解这个设计。为了帮助理解，可以先由设计者扼要地介绍他的设计。在审查会上由程序的编写者解释他是怎样用程序代码实现这个设计的，通常是逐个语句地讲述程序的逻辑，小组其他成员仔细倾听他的讲解，并力图发现其中的错误。审查会上进行的另外一项工作，是对照类似于上一小节中介绍的程序设计常见错误清单，分析审查这个程序。当发现错误时由组长记录下来，审查会继续进行(审查小组的任务是发现错误而不是改正错误)。

审查会还有另外一种常见的进行方法，称为预排：由一个人扮演“测试者”，其他人扮演“计算机”。会前测试者准备好测试方案，会上由扮演计算机的成员模拟计算机执行被测试的程序。当然，由于人执行程序速度极慢，因此测试数据必须简单，测试方案的数目也不能过多。但是，测试方案本身并不十分关键，它只起一种促进思考引起讨论的作用。 在大多数情况下，通过向程序员提出关于他的程序的逻辑和他编写程序时所做的假设的疑问，可以发现的错误比由测试方案直接发现的错误还多。

代码审查比计算机测试优越的是：一次审查会上可以发现许多错误；用计算

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