摘 要： 基于組件的開發(fā)方法提高了軟件的可復(fù)用性和軟件開發(fā)效率，但組件具有的封裝和狀態(tài)特性增加了組件和基于組件軟件的測試難度。依據(jù)組件的狀態(tài)特性，在組件中引入狀態(tài)性概念，將組件分為非狀態(tài)組件和狀態(tài)組件。對具有不同特征的組件進行有針對性的測試。對于狀態(tài)組件，除使用非狀態(tài)組件的測試方法外，還定義了擴展鄰接表和擴展約束對照表來存儲狀態(tài)信息，并結(jié)合基于流的測試方法來產(chǎn)生方法序列測試用例及腳本。在理論研究的基礎(chǔ)上開發(fā)出COM（Component Object Model）組件測試用例及腳本自動生成系統(tǒng)，驗證了測試用例及腳本生成方法的有效性。
關(guān)鍵詞： COM組件；組件測試；狀態(tài)組件；測試用例
目前基于組件的軟件工程(CBSE)已成為軟件工程領(lǐng)域的研究熱點[1，2，4]。CBSE是從面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法發(fā)展而來，其特點是能夠?qū)崿F(xiàn)組件的重用，使組件實現(xiàn)“即插即用”，縮短軟件開發(fā)周期，降低開發(fā)維護成本。各種新型組件開發(fā)技術(shù)進一步提高了組件開發(fā)效率及組件性能，但組件的一系列問題始終沒有得到較好的解決。狀態(tài)組件是COM組件中另一類非常重要、使用非常廣泛的組件。由于狀態(tài)組件具有狀態(tài)特性，對狀態(tài)組件的測試要求也更高，難度也更大。
本文將在非狀態(tài)組件分析的基礎(chǔ)上，針對狀態(tài)組件的特性進行研究。將詳細分析狀態(tài)組件與擴展有限狀態(tài)機的共性，并結(jié)合狀態(tài)組件的狀態(tài)特性及方法調(diào)用序列要求，分析兩者間的關(guān)聯(lián)性。通過將狀態(tài)組件轉(zhuǎn)換為等價的擴展有限狀態(tài)機，并將信息存儲在自定義的擴展鄰接表和擴展約束對照表中，再結(jié)合有向圖的遍歷算法來產(chǎn)生測試方法序列。方法序列中單個接口成員函數(shù)的測試用例的生成，采用非狀態(tài)組件中使用的測試用例生成方法。
1 狀態(tài)組件與狀態(tài)機
由于狀態(tài)組件與有限狀態(tài)機存在狀態(tài)特性上的相似性[1-3]，因而在狀態(tài)組件測試用例生成方法中引入了擴展有限狀態(tài)機。
有限狀態(tài)機FSM(Finite State Machine)，已經(jīng)成為需求規(guī)格說明的一種相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)的表示方法[5，6]。在很多結(jié)構(gòu)化分析中都使用了某種形式的有限自動機，而且在絕大多數(shù)的面向?qū)ο蠓治鲋袕V泛使用。
在現(xiàn)有的軟件測試領(lǐng)域經(jīng)常使用的狀態(tài)機是在原始狀態(tài)機的基礎(chǔ)上經(jīng)過改造的擴展?fàn)顟B(tài)機EFSM(Extended FSM)[7]。EFSM可定義為一個5元組：EFSM=<∑，S，T，Γ，s0>，其中∑是狀態(tài)機接受的輸入集合；S是狀態(tài)機的狀態(tài)集合；Γ是邏輯表達式集合；T是轉(zhuǎn)換集合，T=∑×S×S×Γ，表示狀態(tài)機處于一個起始狀態(tài)，s1∈S時，接收到一個輸入e∈∑，而且滿足條件λ∈Γ，那么狀態(tài)機的狀態(tài)將變成s2∈S；s0∈S是狀態(tài)機的初始狀態(tài)集。
由狀態(tài)組件的特性分析和有限狀態(tài)機的介紹可知，狀態(tài)組件與擴展有限狀態(tài)機有很大的關(guān)聯(lián)性，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：
(1)狀態(tài)組件的接口成員方法一般都有輸入?yún)?shù)，而對沒有輸入?yún)?shù)的接口成員函數(shù)，可以將輸入?yún)?shù)置為空。這些輸入?yún)?shù)與有限狀態(tài)機中的輸入集∑具有一致性，因此可以認(rèn)為方法的輸入?yún)?shù)對組成了狀態(tài)組件的輸入集∑。
(2)狀態(tài)組件的接口成員函數(shù)組成的函數(shù)方法集合[8]，與有限狀態(tài)機的狀態(tài)相似，都是一類事物的集合，具有關(guān)聯(lián)性。可以將狀態(tài)組件的接口成員函數(shù)方法抽象成一種特定的擴展?fàn)顟B(tài)S′。這些擴展?fàn)顟B(tài)組成的集合便可以構(gòu)成一個擴展?fàn)顟B(tài)集S。
(3)一些方法的后置斷言有相應(yīng)的后置斷言條件，這些后置斷言條件約束了方法可以轉(zhuǎn)換到哪一個后序方法上。這與擴展?fàn)顟B(tài)機中的Γ是一致的。因此可以將這些后置斷言條件組成的集合當(dāng)作Γ。
(4)當(dāng)一個初始方法M1完成后，在滿足一定的后置斷言條件時，可以根據(jù)后置斷言和后置斷言方法的輸入?yún)?shù)，轉(zhuǎn)移到下一個方法上。這與擴展?fàn)顟B(tài)機中的T轉(zhuǎn)換集合也是一致的。
(5)另外，狀態(tài)組件有一些接口成員方法沒有前置斷言，即可以被直接調(diào)用而沒有特定的要求。可以認(rèn)為這些沒有前置斷言的方法是一種初始狀態(tài)方法集，即對應(yīng)于擴展?fàn)顟B(tài)機中的s0。
由上述關(guān)聯(lián)性分析可知，可以將狀態(tài)組件的方法轉(zhuǎn)換為有限狀態(tài)機中的狀態(tài)，而方法之間約束條件可以轉(zhuǎn)換為有限狀態(tài)機各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移，其具體的對照形式如圖1所示。
綜上所述，可以充分地認(rèn)為狀態(tài)組件可以轉(zhuǎn)換為等效的擴展有限狀態(tài)機模型。這樣可以通過擴展用于存儲擴展有限狀態(tài)機信息的擴展鄰接表來存儲狀態(tài)組件的信息。
2 狀態(tài)組件測試用例生成
在將狀態(tài)組件的信息轉(zhuǎn)換為擴展有限狀態(tài)機，并存入擴展鄰接表和擴展約束對照表中后，可以通過有向圖的相關(guān)性質(zhì)來遍歷狀態(tài)組件所有方法轉(zhuǎn)換，以此產(chǎn)生方法調(diào)用序列集。狀態(tài)組件接口成員方法序列集的生成過程分為兩個步驟：第一步是產(chǎn)生初始的方法序列集(算法1)；由于第一步產(chǎn)生方法序列集中可能會存在冗余，因此第二步是去除初始方法序列集中的冗余方法序列，生成最終狀態(tài)組件接口成員方法序列集(算法2)。
算法1：初始方法序列集的生成算法
輸入：最大循環(huán)數(shù)MaxCircle，狀態(tài)組件的擴展鄰接表ExternAdjacencyTable，擴展約束對照表ExternConditionTable
輸出：初始方法序列集SequencesList
{
foreach(head∈ExternAdjacencyTable.ExternAdjacency-
Head)
if(head is start method)
CreateSequence(head，head.name)；
}
CreateSequence(ExternAdjacencyHead head，string sequence)
{
foreach（conn∈head.Connections）
{
TempSequence=sequence；
TempHead=ExternAdjacencyHead[conn.MethodNum]；
if(TempHead.visittime<MaxCircle)
{
TempSequence+=conn.postConditionID+
TempHead.methodname；
TempHead.visittime++；
if（TempHead is end method）
Add TempSequence into SequencesList；
if(TempHead has connections)
CreateSequence(TempHead，TempSequence)；
}
}
}
算法的時間復(fù)雜度主要由初始方法的數(shù)量M以及方法的間轉(zhuǎn)移的邊數(shù)E決定。每一個初始方法都要完成一遍所有邊的掃描，因此算法的時間復(fù)雜度為O(M×E)。
算法2：方法序列集約簡算法
輸入：初始方法序列集SequencesList
輸出：最終方法序列集Sequences
{
foreach(tempSequence∈SequencesList)
{
I=0；
foreach(tempSequence2∈SequencesList)
{
if(tempSequence2 contains tempSequence)
I++；
if(I>1)
break；
}
if(I>1)
continue；
else
Add tempSequence into Sequences；
}
}
算法時間復(fù)雜度由兩個foreach循環(huán)決定，兩個循環(huán)都將掃描一遍初始方法序列集，因此算法時間復(fù)雜度O(n2)。
3 系統(tǒng)實現(xiàn)及分析
由前面的介紹可知，COM組件測試用例及腳本生成子系統(tǒng)從組件的信息說明文檔中提取基本信息，再針對狀態(tài)組件和非狀態(tài)組件的不同特性分別進行測試用例的設(shè)計。
對于非狀態(tài)組件會將單個接口成員函數(shù)的參數(shù)按二元組合覆蓋產(chǎn)生的測試用例直接用于生成測試腳本；而對于狀態(tài)組件，二元組合覆蓋產(chǎn)生的測試用例會用于填充接口成員函數(shù)方法序列中的相應(yīng)函數(shù)，因此測試用例文檔中會比非狀態(tài)組件的測試用例多一個TYPE字段。在完成了測試用例和方法序列集的準(zhǔn)備后，使用腳本生成模塊來完成測試腳本的自動化生成及編譯工作。COM組件測試用例及腳本生成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
測試用例生成子系統(tǒng)關(guān)鍵實現(xiàn)技術(shù)主要有以下兩項：
(1)信息存儲與提取——XML技術(shù)
可擴展標(biāo)記語言XML近年來被許多行業(yè)廣泛采用。組件信息、邊界值信息以及測試數(shù)據(jù)等的存儲都采用了XML文檔的形式。使用XML來定義自己的數(shù)據(jù)信息存儲格式，可以按照要求靈活地變更和修改。而且.NET提供了豐富的操作接口，可以方便、靈活地使用XML。
(2)測試腳本自動生成——反射機制和CodeDOM技術(shù)
反射機制(Reflection）是一種運行時機制，允許代碼在運行時獲得數(shù)據(jù)類型信息，即代碼在運行時可以獲得一個變量的數(shù)據(jù)類型。不僅如此，代碼運行時還可以獲得類的成員屬性、方法、域和構(gòu)造器等許多信息。測試用例生成子系統(tǒng)通過按照測試驅(qū)動器自定義的用戶屬性來提供測試腳本，這包括類型屬性[TestFixture]、開始函數(shù)屬性[SetUp]、終止函數(shù)屬性[TearDown]以及測試函數(shù)屬性[Test]等。按要求生成的測試腳本在編譯成測試程序集后，驅(qū)動器可以根據(jù)約定去查找具有相應(yīng)屬性的元素進行調(diào)度。這也是與動態(tài)監(jiān)控和錯誤注入的一個接口約定。
CodeDOM技術(shù)：.NET Framework中用CodeDOM以一種語言中立的方式來表示源代碼文檔。通過CodeDOM創(chuàng)建對象圖，然后使用特定于某種語言的CodeDomProvider類的派生類產(chǎn)生相應(yīng)語言的測試腳本，最后編譯生成測試用例集。COM組件測試腳本到測試程序集的生成流程如圖3所示。
對于狀態(tài)組件，采用擴展鄰接表來存儲狀態(tài)組件的狀態(tài)信息，通過有向圖的遍歷算法自動產(chǎn)生方法序列，這樣大大的提高了方法序列集生成的效率。同時在程序中加入了對循環(huán)的控制，并對有重復(fù)的方法序列進行了約簡，大大的減少了測試序列集的數(shù)量，并保證了測試的有效性不會隨之降低。表1展示了典型組件約簡前后的方法序列數(shù)量的對照關(guān)系，可以看出約簡后的方法序列數(shù)量較約簡前有了顯著的減少。
通過IPO算法生成的測試用例可以有效觸發(fā)COM組件中的錯誤，例如針對COM組件PDG2.dll的接口成員函數(shù)Register()生成測試用例及腳本，在編譯成程序集后供驅(qū)動器使用，可以監(jiān)測到錯誤異常。
狀態(tài)組件是組件中經(jīng)常使用的一類組件，狀態(tài)特性的引入使得其測試更加的復(fù)雜化，測試用例生成的要求更高、代價也更大。本文通過分析狀態(tài)組件的特性及其與擴展有限狀態(tài)機的相關(guān)性介紹，結(jié)合自定義的擴展鄰接表和擴展約束對照表等存儲結(jié)構(gòu)，較好地實現(xiàn)了狀態(tài)組件測試方法序列用例及腳本的生成，也使得狀態(tài)組件的測試代價大大降低、測試效率顯著提高。
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