白盒測試

??白盒測試的英文全稱:White-box Testing

???? 白盒測試(White-box Testing，又稱邏輯驅(qū)動測試,結(jié)構(gòu)測試)是把測試對象看作一個打開的盒子。利用白盒測試法進(jìn)行動態(tài)測試時，需要測試軟件產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和處理過程，不需測試軟件產(chǎn)品的功能。白盒測試又稱為結(jié)構(gòu)測試和邏輯驅(qū)動測試。

????? 白盒測試法的覆蓋標(biāo)準(zhǔn)有邏輯覆蓋、循環(huán)覆蓋和基本路徑測試。其中邏輯覆蓋包括語句覆蓋、判定覆蓋、條件覆蓋、判定/條件覆蓋、條件組合覆蓋和路徑覆蓋。

????? 六種覆蓋標(biāo)準(zhǔn)：語句覆蓋、判定覆蓋、條件覆蓋、判定/條件覆蓋、條件組合覆蓋和路徑覆蓋發(fā)現(xiàn)錯誤的能力呈由弱至強(qiáng)的變化。語句覆蓋每條語句至少執(zhí)行一次。判定覆蓋每個判定的每個分支至少執(zhí)行一次。條件覆蓋每個判定的每個條件應(yīng)取到各種可能的值。判定/條件覆蓋同時滿足判定覆蓋條件覆蓋。條件組合覆蓋每個判定中各條件的每一種組合至少出現(xiàn)一次。路徑覆蓋使程序中每一條可能的路徑至少執(zhí)行一次。

　　白盒測試也稱結(jié)構(gòu)測試或邏輯驅(qū)動測試，它是知道產(chǎn)品內(nèi)部工作過程，可通過測試來檢測產(chǎn)品內(nèi)部動作是否按照規(guī)格說明書的規(guī)定正常進(jìn)行，按照程序內(nèi)部的結(jié)構(gòu)測試程序，檢驗(yàn)程序中的每條通路是否都有能按預(yù)定要求正確工作，而不顧它的功能，白盒測試的主要方法有邏輯驅(qū)動、基路測試等，主要用于軟件驗(yàn)證。

　　"白盒"法全面了解程序內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)、對所有邏輯路徑進(jìn)行測試。"白盒"法是窮舉路徑測試。在使用這一方案時，測試者必須檢查程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從檢查程序的邏輯著手，得出測試數(shù)據(jù)。貫穿程序的獨(dú)立路徑數(shù)是天文數(shù)字。但即使每條路徑都測試了仍然可能有錯誤。第一，窮舉路徑測試決不能查出程序違反了設(shè)計(jì)規(guī)范，即程序本身是個錯誤的程序。第二，窮舉路徑測試不可能查出程序中因遺漏路徑而出錯。第三，窮舉路徑測試可能發(fā)現(xiàn)不了一些與數(shù)據(jù)相關(guān)的錯誤。

如何挑選白盒測試工具
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????? 白盒測試目前主要用在具有高可靠性要求的軟件領(lǐng)域，例如：軍工軟件、航天航空軟件、工業(yè)控制軟件等等。白盒測試工具在選購時應(yīng)當(dāng)主要是對開發(fā)語言的支持、代碼覆蓋的深度、嵌入式軟件的測試、測試的可視化等。

　　對開發(fā)語言的支持：白盒測試工具是對源代碼進(jìn)行的測試，測試的主要內(nèi)容包括詞法分析與語法分析、靜態(tài)錯誤分析、動態(tài)檢測等。但是對于不同的開發(fā)語言，測試工具實(shí)現(xiàn)的方式和內(nèi)容差別是較大的。目前測試工具主要支持的開發(fā)語言包括：標(biāo)準(zhǔn)C、C＋＋、Visual C＋＋、Java、Visual J＋+等。

　　代碼的覆蓋深度：從覆蓋源程序語句的詳盡程度分析，邏輯覆蓋標(biāo)準(zhǔn)包括以下不同的覆蓋標(biāo)準(zhǔn)：語句覆蓋、判定覆蓋、條件覆蓋、條件判定組合覆蓋、多條件覆蓋和修正判定條件覆蓋。

　　·語句覆蓋 為了暴露程序中的錯誤，程序中的每條語句至少應(yīng)該執(zhí)行一次。因此語句覆蓋（Statement Coverage）的含義是：選擇足夠多的測試數(shù)據(jù)，使被測程序中每條語句至少執(zhí)行一次。語句覆蓋是很弱的邏輯覆蓋。

　　·判定覆蓋 比語句覆蓋稍強(qiáng)的覆蓋標(biāo)準(zhǔn)是判定覆蓋（Decision Coverage）。判定覆蓋的含義是：設(shè)計(jì)足夠的測試用例，使得程序中的每個判定至少都獲得一次“真值”或“假值”，或者說使得程序中的每一個取“真”分支和取“假”分支至少經(jīng)歷一次，因此判定覆蓋又稱為分支覆蓋。

　　·條件覆蓋 在設(shè)計(jì)程序中，一個判定語句是由多個條件組合而成的復(fù)合判定。為了更徹底地實(shí)現(xiàn)邏輯覆蓋，可以采用條件覆蓋（Condition Coverage）的標(biāo)準(zhǔn)。條件覆蓋的含義是：構(gòu)造一組測試用例，使得每一判定語句中每個邏輯條件的可能值至少滿足一次。

　　·多條件覆蓋 多條件覆蓋也稱條件組合覆蓋，它的含義是：設(shè)計(jì)足夠的測試用例，使得每個判定中條件的各種可能組合都至少出現(xiàn)一次。顯然滿足多條件覆蓋的測試用例是一定滿足判定覆蓋、條件覆蓋和條件判定組合覆蓋的。

　　·修正條件判定覆蓋 修正條件判定覆蓋是由歐美的航空/航天制造廠商和使用單位聯(lián)合制定的“航空運(yùn)輸和裝備系統(tǒng)軟件認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)”，目前在國外的國防、航空航天領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。這個覆蓋度量需要足夠的測試用例來確定各個條件能夠影響到包含的判定的結(jié)果。它要求滿足兩個條件：首先，每一個程序模塊的入口和出口點(diǎn)都要考慮至少要被調(diào)用一次，每個程序的判定到所有可能的結(jié)果值要至少轉(zhuǎn)換一次；其次，程序的判定被分解為通過邏輯操作符（and、or）連接的布爾條件，每個條件對于判定的結(jié)果值是獨(dú)立的。

　　不同的測試工具對于代碼的覆蓋能力也是不同的，通常能夠支持修正條件判定覆蓋的測試工具價格是極其昂貴的。

　　嵌入式軟件的測試：對于嵌入式軟件的測試，我們還需要一方面進(jìn)一步考慮測試工具對于嵌入式操作系統(tǒng)的支持能力，例如DOS、Vxworks、Neculeus、Linux和Windows CE等；另一方面還需要考慮測試工具對于硬件平臺的支持能力，包括是否支持所有64/32/16位CPU 和 MCU，是否可以支持 PCI/VME/CPCI 總線。

　　測試的可視化：白盒測試是工作量巨大并且枯燥的工作，可視化的設(shè)計(jì)對于測試來說是十分重要的。在選購白盒測試工具時，應(yīng)當(dāng)考慮該款測試工具的可視化是否良好，例如：測試過程中是否可以顯示覆蓋率的函數(shù)分布圖和上升趨勢圖，是否使用不同的顏色區(qū)分已執(zhí)行和未執(zhí)行的代碼段顯示分配內(nèi)存情況實(shí)時圖表等，這些對于測試效率和測試質(zhì)量的提高是具有很大的作用的。

白盒測試之基本路徑測試法

　　白盒測試的測試方法有代碼檢查法、靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析法、靜態(tài)質(zhì)量度量法、邏輯覆蓋法、基本路徑測試法、域測試、符號測試、Z路徑覆蓋、程序變異。

　　其中運(yùn)用最為廣泛的是基本路徑測試法。

　　基本路徑測試法是在程序控制流圖的基礎(chǔ)上，通過分析控制構(gòu)造的環(huán)路復(fù)雜性，導(dǎo)出基本可執(zhí)行路徑集合，從而設(shè)計(jì)測試用例的方法。

　　設(shè)計(jì)出的測試用例要保證在測試中程序的每個可執(zhí)行語句至少執(zhí)行一次。

　　在程序控制流圖的基礎(chǔ)上，通過分析控制構(gòu)造的環(huán)路復(fù)雜性，導(dǎo)出基本可執(zhí)行路徑集合，從而設(shè)計(jì)測試用例。包括以下4個步驟和一個工具方法：

　　1. 程序的控制流圖：描述程序控制流的一種圖示方法。

　　2. 程序圈復(fù)雜度：McCabe復(fù)雜性度量。從程序的環(huán)路復(fù)雜性可導(dǎo)出程序基本路徑集合中的獨(dú)立路徑條數(shù)，這是確定程序中每個可執(zhí)行語句至少執(zhí)行一次所必須的測試用例數(shù)目的上界。

　　3. 導(dǎo)出測試用例：根據(jù)圈復(fù)雜度和程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用例數(shù)據(jù)輸入和預(yù)期結(jié)果。

　　4. 準(zhǔn)備測試用例：確保基本路徑集中的每一條路徑的執(zhí)行。

　　工具方法：

　　圖形矩陣：是在基本路徑測試中起輔助作用的軟件工具，利用它可以實(shí)現(xiàn)自動地確定一個基本路徑集。

　　程序的控制流圖：描述程序控制流的一種圖示方法。

　　圓圈稱為控制流圖的一個結(jié)點(diǎn)，表示一個或多個無分支的語句或源程序語句

　　流圖只有二種圖形符號：

　　圖中的每一個圓稱為流圖的結(jié)點(diǎn)，代表一條或多條語句。

　　流圖中的箭頭稱為邊或連接，代表控制流

　　任何過程設(shè)計(jì)都要被翻譯成控制流圖。

　　如何根據(jù)程序流程圖畫出控制流程圖?

　　在將程序流程圖簡化成控制流圖時，應(yīng)注意：

　　在選擇或多分支結(jié)構(gòu)中，分支的匯聚處應(yīng)有一個匯聚結(jié)點(diǎn)。

　　邊和結(jié)點(diǎn)圈定的區(qū)域叫做區(qū)域，當(dāng)對區(qū)域計(jì)數(shù)時，圖形外的區(qū)域也應(yīng)記為一個區(qū)域。

　　基本路徑測試法的步驟：

　　第一步：畫出控制流圖

　　流程圖用來描述程序控制結(jié)構(gòu)?？蓪⒘鞒虉D映射到一個相應(yīng)的流圖(假設(shè)流程圖的菱形決定框中不包含復(fù)合條件)。在流圖中，每一個圓，稱為流圖的結(jié)點(diǎn)，代表一個或多個語句。一個處理方框序列和一個菱形決測框可被映射為一個結(jié)點(diǎn)，流圖中的箭頭，稱為邊或連接，代表控制流，類似于流程圖中的箭頭。一條邊必須終止于一個結(jié)點(diǎn)，即使該結(jié)點(diǎn)并不代表任何語句(例如：if-else-then結(jié)構(gòu))。由邊和結(jié)點(diǎn)限定的范圍稱為區(qū)域。計(jì)算區(qū)域時應(yīng)包括圖外部的范圍。

　　第二步：計(jì)算圈復(fù)雜度

　　圈復(fù)雜度是一種為程序邏輯復(fù)雜性提供定量測度的軟件度量，將該度量用于計(jì)算程序的基本的獨(dú)立路徑數(shù)目，為確保所有語句至少執(zhí)行一次的測試數(shù)量的上界。獨(dú)立路徑必須包含一條在定義之前不曾用到的邊。

　　有以下三種方法計(jì)算圈復(fù)雜度：

　　流圖中區(qū)域的數(shù)量對應(yīng)于環(huán)型的復(fù)雜性;

　　給定流圖G的圈復(fù)雜度V(G)，定義為V(G)=E-N+2，E是流圖中邊的數(shù)量，N是流圖中結(jié)點(diǎn)的數(shù)量;

　　給定流圖G的圈復(fù)雜度V(G)，定義為V(G)=P+1，P是流圖G中判定結(jié)點(diǎn)的數(shù)量。

　　第三步：導(dǎo)出測試用例　根據(jù)上面的計(jì)算方法，可得出四個獨(dú)立的路徑。(一條獨(dú)立路徑是指，和其他的獨(dú)立路徑相比，至少引入一個新處理語句或一個新判斷的程序通路。V(G)值正好等于該程序的獨(dú)立路徑的條數(shù)。)

　　路徑1：4-14

　　路徑2：4-6-7-14

　　路徑3：4-6-8-10-13-4-14

　　路徑4：4-6-8-11-13-4-14

　　根據(jù)上面的獨(dú)立路徑，去設(shè)計(jì)輸入數(shù)據(jù)，使程序分別執(zhí)行到上面四條路徑。

　　白盒測試三步法

　　1） 根據(jù)代碼的功能，人工設(shè)計(jì)測試用例進(jìn)行基本功能測試；

　　2） 統(tǒng)計(jì)白盒覆蓋率，為未覆蓋的白盒單位設(shè)計(jì)測試用例，實(shí)現(xiàn)完整的白盒覆蓋，比較理想的覆蓋率是實(shí)現(xiàn)100%語句、條件、分支、路徑覆蓋；

　　3） 自動生成大量的測試用例，捕捉"程序員未處理某些特殊輸入"形成的錯誤。

　　第1步的測試用例通常是現(xiàn)成的，因?yàn)樵敿?xì)設(shè)計(jì)文檔會規(guī)定程序的基本功能，沒有文檔的，程序員在編程時也要想清楚程序的功能，這些基本功能就是基本測試用例；

　　第2步是在第1步的基礎(chǔ)上，檢查未覆蓋的白盒單位，由于未覆蓋的邏輯單位通常對應(yīng)未測試的等價類，因此第2步可以找出第1步所遺漏的測試用例；

　　第3步用自動動態(tài)測試彌補(bǔ)第2步的固有缺陷。

　　"三步法"盡量避免重復(fù)工作，白盒方法和黑盒方法相結(jié)合，人工方法和自動方法相補(bǔ)充，如果第2步的覆蓋率比較理想，那么基本上可以保證找出所有等價類。在開發(fā)過程允許的限度內(nèi)，"三步法"已接近極限，當(dāng)?shù)闷?徹底測試"四個字。