軟件測(cè)試方法與實(shí)踐講義-第八章

第八章

基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)Tuesday,

December

10,1軟件測(cè)試講義主要內(nèi)容狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)圖Harel狀態(tài)圖的屬性從狀態(tài)圖變換到STDUML狀態(tài)圖基于狀態(tài)的測(cè)試測(cè)試步驟產(chǎn)生測(cè)試用例覆蓋分析12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)2回歸測(cè)試簡(jiǎn)介12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)3基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)是一種基于模型的測(cè)試技術(shù)（Model-Based

Testing，MBT）。MBT利用系統(tǒng)需求模型和特殊功能模型，自動(dòng)生成有效的測(cè)試用例。一種定義明確的有限狀態(tài)機(jī)常用來(lái)幫助描述系統(tǒng)的行為。從測(cè)試角度看，MBT技術(shù)帶來(lái)的最大的好處是針對(duì)可用的有限狀態(tài)機(jī)或變種，生成測(cè)試用例需要遍歷狀態(tài)機(jī)。MBT技術(shù)帶來(lái)的所有益處都在一個(gè)假設(shè)條件

下，即所建立的被測(cè)系統(tǒng)的狀態(tài)機(jī)“正確地”描述了系統(tǒng)的行為；換句話說(shuō)，模型的質(zhì)量決定著

MBT技術(shù)的成敗。回歸測(cè)試簡(jiǎn)介12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)4狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（StateTransitionDiagram，STD作為一種圖形化標(biāo)記用來(lái)描述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。20世紀(jì)50年代中期，G.H.Mealy和E.F.Moore同時(shí)引入了兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的基本模型，這兩種模型在硬件設(shè)計(jì)領(lǐng)域一直發(fā)揮著重要的作用。近些年來(lái)，兩種模型得到廣泛擴(kuò)展，增加了對(duì)諸如層次結(jié)構(gòu)（Hierarchy）、適時(shí)（Timing）和通信這些方面的表達(dá)能力，使得可以使用這兩種模型對(duì)復(fù)雜的軟件系統(tǒng)進(jìn)行建模。8.1狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)51.Mealy自動(dòng)機(jī)的定義Mealy和Moore奠定了有限自動(dòng)機(jī)的理論。一個(gè)Mealy有限自動(dòng)機(jī)是一個(gè)六元組（S，I，O，δr，s0），其中：√S—為有限狀態(tài)集；√I—為有限輸入字符表；√O—為有限輸出字符表；√δ：S×I→S為狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)；√r：S×I→O為輸出函數(shù)；√s0

∈S為初始狀態(tài)。8.1狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)61.Mealy自動(dòng)機(jī)的定義Moore的有限自動(dòng)機(jī)和Mealy有限自動(dòng)機(jī)類似，只是輸出函數(shù)r被r’:S→O所代替，也就是說(shuō)，輸出是和狀態(tài)有關(guān)而不是和轉(zhuǎn)換有關(guān)。從上述形式化定義，可以看到狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（STD）是一個(gè)簡(jiǎn)單的有向圖，其中節(jié)點(diǎn)表示狀態(tài)，表示在不同時(shí)刻的不同輸入值組合；標(biāo)有觸發(fā)事件和條件的箭頭表示轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換是由輸入引起的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖可以幫助理解系統(tǒng)的行為。8.1狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)72.自動(dòng)售貨機(jī)的例子在自動(dòng)售貨機(jī)中。Bill和Coin處可以投入紙幣和

硬幣；Display是一個(gè)液晶顯示器，可以顯示投入的金額或還須投入的金額；Button處是多個(gè)按鈕，可以選擇不同的飲料；Change處遞出找回的零錢，而Dispenser處遞出飲料。8.1狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖2.自動(dòng)售貨機(jī)的例子S1:Idel/Star

StateS5:Return

MoneyS3:Display

AmountNeededS4:Deliver

Soda，Return

ChangePower

off12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)8Power

onMoney

InputCancelEnough

MoneyCancelEnough

MoneyFake

MoneyNot

EnoughMoneyS2:Display

Amount

Money

Not

Enough8.1狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)9自動(dòng)售貨機(jī)的例子S={S1,S2,S3,S4,S5}I={EM,NEM,CL,FM,ε}O={Soda,Change,FM}δ={δi|1≤i≤11}δ1(S1,EM)=S2,δ2(S1,NEM)=S2,δ3(S1,FM)=S5,δ4(S2,EM)=S4,δ5(S2,NEM)=S3,δ6(S2,CL)=S5,δ7(S3,EM)=S4,δ8(S3,NEM)=S3,δ9(S3,CL)=S5,δ10(S4

,ε)=S1,

δ11(S5,

ε)=S1r

={ri|1≤i≤11}r1(S1,FM)=FM,

r2(S2,EM)=Soda,

r3(S3,EM)=Soda,r4(S2,CL)=Change,

r5(S3,

CL)=ChangeS0

=Sb8.2狀態(tài)圖12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)101.狀態(tài)圖的概念狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖是無(wú)層次結(jié)構(gòu)，狀態(tài)數(shù)目與轉(zhuǎn)移數(shù)目隨著系統(tǒng)復(fù)雜性的增加呈指數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，導(dǎo)致狀態(tài)雜亂，難以理解。為了解決STD圖的缺陷，Harel提出了狀態(tài)圖（Statechart），Harel的狀態(tài)圖是狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、有限自動(dòng)機(jī)的擴(kuò)展。狀態(tài)圖表示系統(tǒng)行為，提供可視化形式，以模塊化風(fēng)格描述其狀態(tài)和轉(zhuǎn)移。狀態(tài)圖用來(lái)控制和組織詳細(xì)信息，如果這些信息采用表格形式表示，則所能提供的清晰度將降低。8.2狀態(tài)圖1.狀態(tài)圖的概念STUEH/CG/AFE/BF狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖STUEH/CG/AE/BF12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)11DH/C表示事件H觸發(fā)，執(zhí)行動(dòng)作C。狀態(tài)圖D是由S和T合并而成的超級(jí)狀態(tài)。8.2狀態(tài)圖2.Harel狀態(tài)圖的屬性狀態(tài)圖提供層次結(jié)構(gòu)可減少系統(tǒng)建模復(fù)雜性，支持內(nèi)容抽象并發(fā)、正交性、全局通信機(jī)制、歷史狀態(tài)，具有簡(jiǎn)潔性、表達(dá)能力強(qiáng)、可進(jìn)行狀態(tài)分解。（1）“或（OR）”狀態(tài)：一個(gè)超態(tài)可以分解為任意多個(gè)OR子狀態(tài)，當(dāng)一個(gè)對(duì)象處于超態(tài)時(shí)，它必須處于其中的一個(gè)或者是唯一的一個(gè)“或”子狀態(tài)。UVt1t0S12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)128.2狀態(tài)圖YSt1

t3t0

t1Zt22.Harel狀態(tài)圖的屬性（2）“與（AND）”狀態(tài)：一個(gè)超態(tài)可以分解為任意多個(gè)AND子狀態(tài)，當(dāng)一個(gè)對(duì)象處于超態(tài)時(shí)，它必須處于每一個(gè)活性的“與”子狀態(tài)（對(duì)象正處于的狀態(tài)稱為活性狀態(tài)）。CA

BX

R12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)138.2狀態(tài)圖2.Harel狀態(tài)圖的屬性（3）聚類與細(xì)化：聚類（Clustering）是自底向上的概念，而細(xì)化（Refining）是自頂向下的概念。二者都是描述一個(gè)狀態(tài)和子狀態(tài)的關(guān)系。聚類是減少狀態(tài)圖中轉(zhuǎn)換的數(shù)量。為了看清狀態(tài)轉(zhuǎn)換內(nèi)部的細(xì)節(jié)情況，超態(tài)可以按照需要分解，展開，這個(gè)過(guò)程稱為細(xì)化。STUEH/CG/AE/BF12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)14F8.2狀態(tài)圖STUEH/CG/AE/BFDUH/CF2.Harel狀態(tài)圖的屬性DE12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)15聚類后的狀態(tài)圖細(xì)化后的狀態(tài)圖8.2狀態(tài)圖12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)162.Harel狀態(tài)圖的屬性（4）歷史態(tài)：狀態(tài)圖的歷史態(tài)（History

State）給出了超態(tài)最近被訪問的狀態(tài)。歷史態(tài)分為“淺”歷史態(tài)和“深”歷史態(tài)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，“淺”歷史態(tài)H表示最近進(jìn)入的并與其處于同級(jí)的狀態(tài)，而“深”歷史態(tài)H*表示最近訪問的處于任意深度級(jí)別上的子狀態(tài)。8.2狀態(tài)圖2.Harel狀態(tài)圖的屬性（4）歷史態(tài)ABEEDHKABEEDH*K12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)178.2狀態(tài)圖12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)182.Harel狀態(tài)圖的屬性（5）正交性：正交性本質(zhì)上是一個(gè)AND分解，但注重描述AND狀態(tài)之間和組件之間的同期并發(fā)情況。對(duì)于一個(gè)Y狀態(tài)有兩個(gè)正交組件組成：A和D，由AND運(yùn)算關(guān)聯(lián)。處于狀態(tài)Y等價(jià)于既處于狀態(tài)A又處于狀態(tài)

D。那么我們可以通過(guò)將A和D中的兩個(gè)狀態(tài)合成表示目前Y所處于的子狀態(tài)。8.2狀態(tài)圖UVXYWRe12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)19gjke3.從狀態(tài)圖變換到STD為了導(dǎo)出測(cè)試用例，需將層次化的狀態(tài)圖變換為

“平面”版的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。pAf[in(Y)]T8.2狀態(tài)圖3.從狀態(tài)圖變換到STDApU,XU,WV,WV,XV,YU,Yj12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)20ejkegegke

f8.2狀態(tài)圖12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)214.UML狀態(tài)圖David

Harel發(fā)明的狀態(tài)圖最初是為面向功能的系統(tǒng)開發(fā)的，后來(lái)做少量的修改后用在面向?qū)ο笙到y(tǒng)。

UML狀態(tài)圖為對(duì)象管理服務(wù)，是在Harel的狀態(tài)圖

的基礎(chǔ)上擴(kuò)展了一些新特性。屬性Harel狀態(tài)圖UML狀態(tài)圖內(nèi)嵌與正交狀態(tài)支持支持單個(gè)轉(zhuǎn)移代表從不同子狀態(tài)的相同的事件支持支持事件廣播支持支持歷史狀態(tài)支持支持8.2狀態(tài)圖12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)224.UML狀態(tài)圖屬性Harel狀態(tài)圖UML狀態(tài)圖子狀態(tài)機(jī)支持支持重疊狀態(tài)支持無(wú)偽狀態(tài)無(wú)，但其連接符同樣操作支持Fork與Join方法利用Fork和Merge用偽狀態(tài)實(shí)現(xiàn)事件可以帶參數(shù)無(wú)支持自由轉(zhuǎn)移退出轉(zhuǎn)移離開組合邊界時(shí)，不一致通過(guò)定義自有邊界退出轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)同期的方法有限的方法，廣播通信多種方法對(duì)于事件的處理有最外層狀態(tài)機(jī)負(fù)責(zé)由最內(nèi)層狀態(tài)機(jī)負(fù)責(zé)8.3基于狀態(tài)的測(cè)試12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)231.基于狀態(tài)的測(cè)試概念√定義基于狀態(tài)的測(cè)試是一種基于模型的測(cè)試技術(shù)，也就是通過(guò)建立描述系統(tǒng)行為的狀態(tài)機(jī)，來(lái)自動(dòng)生成測(cè)試用例?！毯桶缀袦y(cè)試的區(qū)別基于狀態(tài)的測(cè)試一般是用狀態(tài)圖來(lái)描述事件序列，

或稱為用例場(chǎng)景，并由此產(chǎn)生測(cè)試用例。白盒測(cè)試

技術(shù)是以代碼覆蓋為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)決定測(cè)試用例產(chǎn)生數(shù)量、測(cè)試結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)；基于狀態(tài)的測(cè)試評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是狀態(tài)、

轉(zhuǎn)移覆蓋及對(duì)不正常、不相關(guān)事件的考慮，并由此

決定測(cè)試用例產(chǎn)生數(shù)量和測(cè)試結(jié)束條件。8.3基于狀態(tài)的測(cè)試2.測(cè)試步驟圖形化的規(guī)格說(shuō)明書中介規(guī)格說(shuō)明書測(cè)試說(shuō)明書層次化的狀態(tài)圖平面狀態(tài)圖測(cè)試說(shuō)明書使用標(biāo)記表示特殊狀態(tài)轉(zhuǎn)移12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)24使用通用方法產(chǎn)生測(cè)試用例8.3基于狀態(tài)的測(cè)試12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)252.測(cè)試步驟（1）創(chuàng)建圖形化的規(guī)格說(shuō)明書需求的圖形化表示模型包括數(shù)據(jù)流圖（DFD）、

實(shí)體關(guān)系圖（ERD）、狀態(tài)圖（Statechart）、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（STD）、對(duì)話圖和類圖，它們可以作

為需求分析工具。用這些圖對(duì)問題域進(jìn)行建模，

對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)行為、語(yǔ)義進(jìn)行描述，或者用于

創(chuàng)建新系統(tǒng)的概念表示法。另外，圖形有助于分

析者和客戶在需求方面形成一致的、綜合的理解，可以發(fā)現(xiàn)需求的錯(cuò)誤。8.3基于狀態(tài)的測(cè)試12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)262.測(cè)試步驟（2）產(chǎn)生中介規(guī)格說(shuō)明書選用圖形規(guī)格說(shuō)明書的目的是要方便生成測(cè)試說(shuō)明書。其中狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和狀態(tài)圖是兩種常用的圖形化技術(shù)?？紤]到測(cè)試不正常和不相關(guān)事件，可能需要在狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖添加特殊狀態(tài)轉(zhuǎn)移標(biāo)記；對(duì)于層次化狀態(tài)圖，需要將其轉(zhuǎn)換成狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖即平面化。8.3基于狀態(tài)的測(cè)試12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)272.測(cè)試步驟（3）生成測(cè)試規(guī)格說(shuō)明書上面中介規(guī)格說(shuō)明書是一種有向圖。其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)為始點(diǎn)（可能是啞節(jié)點(diǎn)），一個(gè)節(jié)點(diǎn)為終點(diǎn)（也可能是啞節(jié)點(diǎn)）。遍歷從始點(diǎn)到終點(diǎn)的所有路徑，包括有效路徑和無(wú)效路徑。每條路徑對(duì)應(yīng)于一個(gè)測(cè)試序列。有效路徑是指對(duì)于一系列有效輸入，系統(tǒng)相應(yīng)的一系列相應(yīng)；無(wú)效路徑是指對(duì)于一系列無(wú)效輸入，系統(tǒng)相應(yīng)的一系列“意外”處理。8.3基于狀態(tài)的測(cè)試12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)283.產(chǎn)生測(cè)試用例（1）ATM系統(tǒng)需求√用戶必須能從ATM卡的任一有效賬戶上提取現(xiàn)金，提取的金額是20的整數(shù)倍；√用戶必須能在ATM卡的任一有效賬戶上存款，指放入信封里的現(xiàn)金或支票；√用戶必須能在ATM卡的任兩個(gè)有效賬戶之間進(jìn)行貨幣轉(zhuǎn)賬；√用戶必須能查詢ATM卡的任一有效賬戶上的存款余額。8.3基于狀態(tài)的測(cè)試3.產(chǎn)生測(cè)試用例（2）繪出狀態(tài)圖S1:ReadyS2:Asking

for

PINS9:Asking“Continue？”S5:PerformingWithdrawalS6:PerformingDepositT15:Power

offT1：Power

onS7:PerformingTransferS8:Report

failure12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)29T3:PIN

is

invalidFirst

and

sencondT2:Insert

cardT14:Not

continueT13:continueT5:PIN

is

validT4:PIN

is

invalidThird

timeS3:Absobingthe

cardT6:WithdrawS4:asking

foTr7:Deposit

transactionT8:TransferT12:TransactionfinishedT11:FailedT9:Withdrawalaccountis

InvalidPerform

TransactionT10:Transferaccountis

Invalid8.3基于狀態(tài)的測(cè)試12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)303.產(chǎn)生測(cè)試用例（3）由狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖產(chǎn)生測(cè)試場(chǎng)景√從圖中抽取一條路徑，代表一個(gè)測(cè)試場(chǎng)景：

TS1:Sb·T1·S1

·T2

·S2

·T5

·S4

·T6

·S5

·T9

·S√把TS1中的S5狀態(tài)分別替換成S6或者S7，有：TS2:Sb·T1·S1

·T2

·S2

·T5

·S4

·T7

·S6

·T12

·TS3:Sb·T1·S1

·T2

·S2

·T5

·S4

·T8

·S7

·

T10

··S9

·T14√再考慮一條無(wú)效路徑，如下：TS4:Sb·T1·S1

·T2

·S2

·T3

·S2

·T3

·S2

·

T4

·S8.3基于狀態(tài)的測(cè)試3.產(chǎn)生測(cè)試用例（4）由測(cè)試場(chǎng)景產(chǎn)生測(cè)試用例√測(cè)試場(chǎng)景TS1S1:ReadyS2:Asking

for

PINS9:Asking“Continue？”S5:PerformingWithdrawalT1：Power

onS4:asking

fortransactionT2:Insert

card12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)31T5:PIN

is

validT6:WithdrawT9:Withdrawalaccountis

InvalidT12:Transactionfinished8.3基于狀態(tài)的測(cè)試12/10/2019第八章基于狀態(tài)的軟件測(cè)試技術(shù)323.產(chǎn)生測(cè)試用例（4√：賬號(hào)）由測(cè)試場(chǎng)假設(shè)銀行的PIN景產(chǎn)生測(cè)試用數(shù)據(jù)庫(kù)中的用賬戶余額例戶信息如下977764435433543452765￥5760977764436571288332456￥355.568.3基于狀態(tài)的測(cè)試3.產(chǎn)生測(cè)試用例（4）由測(cè)試場(chǎng)景產(chǎn)生測(cè)試用例√使用賬戶977764435433543產(chǎn)生測(cè)試用例TC1測(cè)試場(chǎng)景測(cè)試用例輸入輸出輸出說(shuō)明TS112/10/2019TC1SC1歡迎界面插卡SC2要求用戶輸入PIN452765SC3要求用戶選擇服務(wù)選擇“取款”服務(wù)SC4要求用戶輸入取款金額0SC4提示輸入無(wú)效，重新輸入20

第八章基S于C狀5

態(tài)的軟件詢測(cè)問試是技術(shù)否繼續(xù)

338.3基于狀態(tài)的測(cè)試3.產(chǎn)生測(cè)試用例（4）由測(cè)試場(chǎng)景產(chǎn)生測(cè)試用例√使用賬戶977764435433543產(chǎn)生測(cè)試用例TC2測(cè)試場(chǎng)景測(cè)試用例輸入輸出輸出說(shuō)明TS112/10/2019TC2SC1歡迎界面插卡SC2要求用戶輸入PIN452765SC3要求用戶選擇服務(wù)選擇“取款”服務(wù)SC4要求用戶輸入取款金額635SC4提示輸入無(wú)效，重新輸入5760