基本路径测试技术研究

摘　要：白盒测试是一种以覆盖测试和路径测试为主，针对程序的内部结构进行测试的方法。其中，基本路径测试作为白盒测试中应用较为广泛的测试方法，通过对程序控制流图中节点间的连接关系进行分析，以检测程序的覆盖程度。本文从实际出发，详细探讨基本路径测试的思想理论，并运用环路复杂性原理进行计算，检验程序算法的有效性，以及程序测试的充分性。

关键词：白盒测试；基本路径测试；环路复杂性
1 引言
　　随着信息化技术的发展，市场对软件质量的要求越来越高，软件测试技术也受到了更高的重视。通过软件测试技术，对测试方案中可能出现的问题进行分析和评估，从而检验软件系统是否能够满足规定的需求，以确保软件系统的质量。在软件测试中，白盒测试是依赖于被测试程序的内部细节结构，运用特定的条件和循环语句，对软件系统的逻辑路径进行覆盖测试。
　　白盒测试的测试方法有很多，包括代码检查法、静态结构分析法、静态质量度量法、逻辑覆盖法、基本路径测试法、域测试、符号测试、Z路径覆盖等。其中，运用最为广泛的就是基本路径测试。
2 基本路径测试分析
　　所谓基本路径测试，是指在程序控制流图的基础上，通过分析控制构造的环路复杂性，导出基本可执行路径集合，从而设计测试用例的方法。一般情况下，在测试的过程中不能达到完全覆盖所有路径，所以，如果能够保证一段程序的每个独立路径被测试到，那么就认为程序中的每一个语句已经被验证，这也既是基本路径测试的思想所在。
2.1 基本路径测试的一般步骤
（1）根据程序内容，画出程序控制流图。
（2）计算程序的环路复杂性，分析基本路径集中独立路径的条目数量，并保证程序中每个可执行的程序语句至少执行一次。
（3）依据环路复杂性，导出基本路径集，确定独立路径。
（4）设计的是测试用例，确保基本路径集中的每一条路径可以执行。
2.2 绘制程序控制流图
　　程序控制流图是由程序流程图映射而来。其中，程序流程图是程序控制结构的图形表示，通过框图的形式，使人们清晰明了地识别程序的处理过程和业务逻辑。而控制流图，则是在程序流程图的基础上，用圆和弧线的链接反映控制流的处理过程。不同语句形式的控制流图如下：

图1 基本语句控制流图
　　在控制流图中，圆表示流节点，代表一个或多个程序语句。箭头线代表控制边，每条控制边必须终止于一个节点。节点和控制边组合的范围为区域，区域的计算既包括内区域，也包括外区域。一般情况下，控制流图都是连通图，即任何两个节点都是连通的，这为计算程序的环路复杂性提供了有效依据。
2.3 计算环路复杂性
　　环路复杂性是一种为程序逻辑复杂性提供定量测试,用来衡量一个模块判定结构的复杂程度，在数量上表现为独立现行路径条数，即合理的预防错误所需测试的最少路径条数，确保所有语句至少执行一次测试。
　　环路复杂性又称圈复杂度，其计算方法有如下几种方式：
（1）控制流图中平面区域的数量（包括内区域和外区域）等于圈复杂度；
（2）控制流图的圈复杂度V（G）= e – n + 2p，其中G表示图，e代表图的边，n是图的节点数，p为图中的连通部分，一般情况下该值为1，因为一般情况下，控制流图都是连通图；
（3）控制流图中圈复杂度V（G）= P + 1，其中P为判断节点的个数，且可认为该点的出度数大于等于2。
2.4 导出基本路径集
　　基本路径集的导出以环路复杂性的计算结果为依据，从而确定独立路径的数目。所谓基本路径，就是指一条从源节点到汇节点最长的路径，并且此路径上有尽量多的出度大于等于2的节点 ，路径上节点间有明确的逻辑关系，那么将这样的路径便称为基本路径。而独立路径，就是在同其他独立路径相比较时，至少存在一个新执行语句或新的判断节点的路径。
3 基本路径测试的应用
　　假设用户每天有5次机会可登录系统，且每次最多可输入密码3次（令三次输入的密码分别用first、second和third表示，flag为输入正确密码的标志，i则是循环次数），那么密码验证的程序伪代码如下：
1 for (i=1; i<=5; i++) {
2  scanf (“%d”, first);
3  if (first == password) { flag=1; break;}
4  else {
5  printf (“Error! Please check and input again.”);
6  scanf (“%d”, second);
7  if (second == password) {flag=1; break ;}
8  else {
9  printf (“Error! Please check and input again.”);
10  scanf (“%d”, third);
11  if (third == password) {flag=1; break ;}
12  else {
13    printf (“Sorry! Back.”);
14    if (i ==5) flag=0;
    }
  }
  }
　}
15 if (flag ==1) login ( );
16 else printf(“Sorry, today you can’t operate.”);
17 close ( );
　　依据密码验证的程序伪代码，其对应的控制流图如下：

图2 控制流图
在控制流图中，虚线表示循环状态。而从节点14到节点1包含已流通路径，根据独立路径的定义所述，该部分的路径信息忽略不计。
　　依据环路复杂性的计算方法，在密码验证实例中，首先控制流图中平面区域的数量为4，其中内部区域为3，外部区域为 1。其次，对于控制流图的圈复杂度V（G）= e – n + 2p = 19 - 17 + 2 = 4。另一方面，从判断节点的情况来考虑，图中3个判断节点，分别是节点2、节点6和节点10，因此控制流图中圈复杂度V（G）= P + 1 = 3 + 1 = 4。从以上的分析来看，利用环路复杂性原理进行计算，得出4条路径。
　　首先通过观察图形，选取一条基本路径1->2->4->5->6->8->9->10->12->13->14->16->17，该路径的特点是路径最长，具有完整的业务逻辑结构，且路径上有尽量多的节点的出度数大于等于2。接下来，以此基本路径为基础，找到基本路径上节点大于等于2的节点，并以该节点为轴心进行翻转，并选取与该节点相连接的另一个孩子节点作为新路径的下一个节点，参考基本路径的选取方法，直到查找到汇集点，从而生成新路径。观察基本路径，可以看出节点2为第一个出度数大于等于2的节点，那么以节点2为轴心翻转，选取节点2的另一个孩子节点3作为新路径的下一个节点，继续向下查找，直到到达汇聚节点17，从而得到新的路径为1->2->3->15->17。按照这种方式，依此类推，分别选取节点6、节点10作为轴心对路径进行翻转，最终将得到路径1->2->4->5->6->7->15->17和路径1->2->4->5->6->8->9->10->11->15->17。综上分析，所得的路径如下：
　　 　表1 基本路径表
操作路径初始路径1->2->4->5->6->8->9->10->12->13->14->16->17以节点2为轴心进行翻转1->2->3->15->17以节点6为轴心进行翻转1->2->4->5->6->7->15->17以节点10为轴心进行翻转1->2->4->5->6->8->9->10->11->15->17　　通过对程序业务逻辑进行分析，映射程序对应的控制流图，并计算出程序的环路复杂性，得出独立路径的数目。同时，选取基本路径，且以基路径为基础，经过一系列的节点替换，最终查找到所有路径，达到了路径的全面覆盖。另一方面，由于程序没有较为复杂的逻辑结构，因此基路径数目恰好与全部路径的数目相等。而对于某些逻辑关系较为复杂的程序，由于涉及到很多循环判断结构，故存在较多的路径叠加现象，那么对于基路径的选取将不能完全与整个程序的路径数目相等。
4 结论
　　基本路径测试，是白盒测试中应用较为广泛的方法，利用环路复杂性原理计算独立路径数目，能够保证测试的充分性和完整性。本文正是以此为基础，从实际应用出发，详细分析程序的业务逻辑结构，判断条件之间节点的关系，并对环路复杂性进行计算，找到所有独立路径，以使程序达到合理有效地覆盖测试。
参考文献：
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