1、第六章、程序的測(cè)試 程序設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)的是過(guò)程的實(shí)現(xiàn)。如何評(píng)價(jià)一個(gè)程序，首要的是看這個(gè)程序能否得出正確的結(jié)果。在保證正確性的前提下，看它執(zhí)行程序的計(jì)算工作量（時(shí)間效率）和所占用的內(nèi)存（空間效率）。 在聯(lián)賽的評(píng)分測(cè)試中，評(píng)分者一般采用的是黑箱測(cè)試，即不看你的程序編得如何，而是看你的程序是否完成了試題給出的任務(wù)。評(píng)分者不僅在編程者最有可能失誤的環(huán)節(jié)上設(shè)置了測(cè)試數(shù)據(jù)，以考核程序的正確性，而且對(duì)編程者可能采用的各種算法也作了效率分析，通過(guò)設(shè)定時(shí)間檻值來(lái)判定算法的優(yōu)劣。由此可見(jiàn)，選手測(cè)試程序和優(yōu)化效率的能力是聯(lián)賽考核的重要內(nèi)容。 正確性是考察程序質(zhì)量永恒的準(zhǔn)則，誰(shuí)也不想設(shè)計(jì)一個(gè)得不出正確結(jié)果的程序，這是顯而易

2、見(jiàn)的事。然而錯(cuò)誤的程序比比皆是，甚至被多數(shù)人認(rèn)為是正確的題解，還在不斷地發(fā)現(xiàn)小的程序錯(cuò)誤。這是因?yàn)椋?(1)正確性是指程序本身具備且僅具備問(wèn)題所列舉的全部功能。至于驗(yàn)證這些功能的背景條件（例如試題描述）是否正確，不是正確性考核的范疇。(2)檢驗(yàn)程序正確性的基本手段是測(cè)試，但測(cè)試只能指出程序的錯(cuò)誤，而不能證明程序完全沒(méi)有錯(cuò)誤。因?yàn)橐氚岩粋€(gè)不太復(fù)雜的程序所有可能發(fā)生的值驗(yàn)算一遍，即便是頻率為每秒千萬(wàn)次的計(jì)算機(jī)幾十年也做不完，然而舍此又無(wú)法驗(yàn)證它的完全正確性。 由上可知，測(cè)試是檢驗(yàn)程序是否具備問(wèn)題所列舉的全部功能的途徑。通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤越多，則程序的隱患越少，正確率越高，因而價(jià)值也就越大。第一節(jié)

3、第一節(jié) 系統(tǒng)的測(cè)試工具系統(tǒng)的測(cè)試工具 程序設(shè)計(jì)是一項(xiàng)容易出現(xiàn)差錯(cuò)的工作。一般來(lái)說(shuō)，程序的錯(cuò)誤有兩種：n語(yǔ)法錯(cuò)誤。這類錯(cuò)誤可由編譯程序查出。避免這類錯(cuò)誤發(fā)生的辦法:認(rèn)真學(xué)習(xí)和切實(shí)掌握語(yǔ)言的功能和規(guī)范。 n語(yǔ)義錯(cuò)誤。它是源程序經(jīng)編譯通過(guò)之后，在運(yùn)行中出現(xiàn)的各種錯(cuò)誤。通常有以下幾種： 書(shū)寫(xiě)錯(cuò)誤的計(jì)算公式； 忽視很少出現(xiàn)的極端情況，如溢出、越界、死鎖、死循環(huán)等； 程序結(jié)構(gòu)或邏輯出錯(cuò)。 如果程序被證明語(yǔ)義有錯(cuò)，就轉(zhuǎn)入調(diào)試，確定程序中可疑錯(cuò)誤的確切性質(zhì)，改正錯(cuò)誤。 調(diào)試程序的方法一般有兩種：(1)靜態(tài)查錯(cuò)。不用執(zhí)行程序，僅根據(jù)程序和框圖對(duì)求解過(guò)程的描述來(lái)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。(2)動(dòng)態(tài)查錯(cuò)。在程序執(zhí)行的過(guò)程中尋找錯(cuò)誤

4、的確切位置。 這就要求選手必須熟悉所用語(yǔ)言(如turbo pascal)的集成環(huán)境，這些環(huán)境中含大量的動(dòng)態(tài)調(diào)試工具。主要有：?jiǎn)尾礁?執(zhí)行到光標(biāo)所在行;設(shè)置斷點(diǎn);狀態(tài)檢查等。第二節(jié)第二節(jié) 測(cè)試用例的選取方法測(cè)試用例的選取方法選取測(cè)試用例的方法一般有兩種： n(1)邏輯覆蓋測(cè)試的白箱法； n(2)根據(jù)程序功能導(dǎo)出測(cè)試用例的黑箱法。一、白箱法一、白箱法白箱測(cè)試是根據(jù)對(duì)程序內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)的分析來(lái)選取測(cè)試用例。由于測(cè)試用例對(duì)程序邏輯覆蓋的程度決定了測(cè)試完全性的程度，因此，白箱測(cè)試也稱為邏輯覆蓋測(cè)試。白箱測(cè)試用例的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則有： n(1)語(yǔ)句覆蓋 n(2)分支覆蓋 n(3)條件覆蓋 n(4)組合條件覆蓋1語(yǔ)

5、句覆蓋n語(yǔ)句覆蓋準(zhǔn)則是用足夠多的測(cè)試用例，使程序中的每個(gè)語(yǔ)句都執(zhí)行一遍，以盡可能多地發(fā)現(xiàn)程序中的錯(cuò)誤。 n例如，某程序段為： if(a1)&(b=0) x=x/a; if(a=2)|(x1) x=x+1;n下圖為這個(gè)程序段的流程圖。 從流程圖可以看出，只要能經(jīng)過(guò)路徑 acbe ，便可以將所有語(yǔ)句都執(zhí)行一遍。顯然，若取a=2與b=0（x任意）為測(cè)試數(shù)據(jù)，就可以完成這一測(cè)試任務(wù)。 但是，這個(gè)測(cè)試用例不能檢查出下列錯(cuò)誤：第一個(gè)語(yǔ)句中的“and”誤寫(xiě)為“or”；第二個(gè)語(yǔ)句中的“x1”誤寫(xiě)為“x=1”等。因此，語(yǔ)句覆蓋準(zhǔn)則是很弱的，通常不宜采用。 2分支覆蓋分支覆蓋準(zhǔn)則也稱判定覆蓋準(zhǔn)則。它要求通

6、過(guò)足夠多的測(cè)試用例，使程序中的每個(gè)分支至少通過(guò)一次。如在上圖中，需要通過(guò) acbe 和 abd 兩條路徑。為此，可以選用下列兩個(gè)測(cè)試用例： (1)a=3，b=0，x=4（測(cè)試路徑 acbe); (2)a=1，x=1，b任意(測(cè)試路徑 abd)。 也就是說(shuō)，通過(guò)兩次測(cè)試，就可以使程序中的每個(gè)分支都通過(guò)一次。分支覆蓋準(zhǔn)則比語(yǔ)句覆蓋準(zhǔn)則嚴(yán)密了一些，但還是不夠充分。這是因?yàn)樵谝粋€(gè)判定中往往包含有多個(gè)條件，而用分支覆蓋并沒(méi)有考慮將每個(gè)條件都測(cè)試一次。3條件覆蓋 條件覆蓋準(zhǔn)則是通過(guò)執(zhí)行足夠的測(cè)試用例，使每個(gè)判定中的每個(gè)條件都能得到兩種不同的結(jié)果（true與false)。例如，上述例子中共有四個(gè)條件，有以下

7、兩個(gè)測(cè)試用例可使每個(gè)條件都能得到true值和false值。 n(1)a=2,b=1,x=1(a1為true,b=0為false,a=2為true, x1為false);n(2)a=1,b=0,x=3(a1為false,b=0為true,a=2為false, x1為true); 4.組合條件覆蓋 通常，條件覆蓋要比分支覆蓋優(yōu)越。但是條件覆蓋并不能完全滿足分支覆蓋。例如，上述條件覆蓋所使用的兩個(gè)測(cè)試用例不能使第一個(gè)判定框?yàn)閠rue ，也不能使第二個(gè)判定框?yàn)閒alse。于是，人們便提出一種更強(qiáng)的準(zhǔn)則組合條件覆蓋準(zhǔn)則。組合條件覆蓋準(zhǔn)則要求通過(guò)足夠多的測(cè)試用例，使每個(gè)判定中各條件的各種可能組合至少出現(xiàn)一

8、次。 例如，對(duì)于上述例子來(lái)說(shuō)，第一個(gè)判定框中的兩個(gè)條件有以下四種組合：n(1)條件組合1:a1,b=0 ; n(2)條件組合2:a1,b不等于0 ; n(3)條件組合3:a=1,b=0 ;n(4)條件組合4:a1;n(2)條件組合6:a=2,x1; n(4)條件組合8:a不等于2,x=1。下面的四個(gè)測(cè)試用例就可以覆蓋上述八種可能的條件組合： n(1) a=2，b=0，x=4(覆蓋條件組合1和5)n(2) a=2，b=1，x=1(覆蓋條件組合2和6)n(3) a=1，b=0，x=2(覆蓋條件組合3和7)n(4) a=1，b=1，x=1(覆蓋條件組合4和8) 組合條件覆蓋準(zhǔn)則既能滿足分支覆蓋準(zhǔn)則，

9、也能滿足條件覆蓋準(zhǔn)則，但是，它也不是完全測(cè)試。如果仔細(xì)檢查上述四個(gè)測(cè)試用例，就會(huì)發(fā)現(xiàn)漏掉了路徑 acbd。 白箱法經(jīng)常被編程者用來(lái)測(cè)試程序內(nèi)部的邏輯錯(cuò)誤。但問(wèn)題是，在聯(lián)賽中不管選手自以為測(cè)試后的程序如何“完美”，但評(píng)委們卻全然不顧這一切，而是完全根據(jù)程序的功能要求設(shè)計(jì)測(cè)試用例，由測(cè)試結(jié)果衡量其正確程度的。“知己知彼，百戰(zhàn)不殆”，對(duì)于以程序的功能要求為根據(jù)和準(zhǔn)繩的黑箱測(cè)試方法，選手更應(yīng)該掌握。二、黑箱法二、黑箱法 黑箱測(cè)試方法完全不考慮程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部特征，而只是根據(jù)程序功能導(dǎo)出測(cè)試用例。常用的黑箱測(cè)試有：n( 1 )等價(jià)分類法 n( 2 )邊值分析法 n( 3 )因果圖法 n( 4 )錯(cuò)誤

10、推測(cè)法1等價(jià)分類法 窮盡的黑箱測(cè)試是不現(xiàn)實(shí)的，通常只能選取少量最有代表性的輸入數(shù)據(jù)，以期用較小的代價(jià)暴露出較多的程序錯(cuò)誤。n等價(jià)分類是把所有可能的輸入數(shù)據(jù)（有效的和無(wú)效的）劃分成若干等價(jià)類，使每一類中的一個(gè)典型數(shù)據(jù)在測(cè)試中的作用與這一類中所有其他數(shù)據(jù)的作用相同。因此，在實(shí)際進(jìn)行測(cè)試時(shí)，可以從每個(gè)等價(jià)類中只取一組數(shù)據(jù)作為測(cè)試用例。由此可知，等價(jià)分類法分為兩步： n(1）劃分等價(jià)類（包括有效等價(jià)類和無(wú)效等價(jià)類）; n(2）從每個(gè)等價(jià)類中選取測(cè)試用例。n劃分等價(jià)類的基本方法是：根據(jù)程序的功能說(shuō)明，找出所有的輸入條件，然后為每一個(gè)輸入條件劃分等價(jià)類。n例如，對(duì)計(jì)算n的程序劃分等價(jià)類。由程序的功能可以得

11、到輸入條件為合理的x，其中包括分母不為零和根號(hào)內(nèi)分于式的值大于等于0，即n可以得到等價(jià)類的劃分如表所示。然后選取若干測(cè)試用例，使它們能夠覆蓋表。 在給出了輸入條件后，確定等價(jià)類大體上是一個(gè)啟發(fā)的過(guò)程，取決于測(cè)試人員對(duì)問(wèn)題的理解力和創(chuàng)造力，帶有很大的試探性。通常，以下劃分等價(jià)類的原則可以作為參考： n(1)如果輸入數(shù)據(jù)通過(guò)文件進(jìn)行且明確不須判錯(cuò)，則可以確定一個(gè)有效等價(jià)類；n(2)如果輸入條件規(guī)定了值的個(gè)數(shù)或每個(gè)值的范圍，則可以確定一個(gè)有效等價(jià)類和兩個(gè)無(wú)效等價(jià)類； n(3)如果輸入條件規(guī)定了一個(gè)輸入值的有限集，且確信程序?qū)γ總€(gè)輸入值單獨(dú)處理，則可以對(duì)集合中的每一個(gè)輸入值確定一個(gè)有效等價(jià)類，同時(shí)可以

12、確定一個(gè)無(wú)效等價(jià)類； n(4)如果輸入條件規(guī)定了“必須如何”的條件，則可以確定一個(gè)有效等價(jià)類和一個(gè)無(wú)效等價(jià)類； n(5)如果確信某一等價(jià)類中的各元素在程序中的處理方式是有區(qū)別的，則應(yīng)把這個(gè)等價(jià)類分成更小的等價(jià)類。2 邊值分析法 經(jīng)驗(yàn)表明，程序錯(cuò)誤往往發(fā)生于邊緣情況。因此，考慮邊界條件的測(cè)試比沒(méi)有考慮邊界條件的測(cè)試效果要好得多。 特別要指出的是，邊值分析不是從等價(jià)類中隨便選一個(gè)例子作為代表，而是著眼于使該等價(jià)類的邊界情況成為測(cè)試的主要目標(biāo)來(lái)選取測(cè)試用例；并且邊值分析不僅要考慮輸入條件，還要考慮輸出條件。采用邊值分析法設(shè)計(jì)測(cè)試用例，通常要考慮以下幾條原則：n(1)如果輸入條件規(guī)定了值的范圍，則要對(duì)

13、這個(gè)范圍的邊界情況以及稍超出范圍的無(wú)效情況進(jìn)行測(cè)試； n(2)如果輸入條件規(guī)定了值的個(gè)數(shù)，則要分別對(duì)值的最大個(gè)數(shù)、最小個(gè)數(shù)、稍多于最大個(gè)數(shù)及稍少于最小個(gè)數(shù)的情況進(jìn)行測(cè)試；n(3)對(duì)于輸出條件使用上述(1)和(2) ; n(4)如果輸入和輸出是有序集，則應(yīng)把注意力集中在第一個(gè)和最后一個(gè)元素上。3.因果圖法上述的等價(jià)分類法與邊值分析法的缺點(diǎn)是：只獨(dú)立地檢查了各個(gè)輸入條件，而沒(méi)有檢查各種輸入條件的組合。但要對(duì)各條件的組合進(jìn)行檢查并非易事。一般來(lái)說(shuō)，沒(méi)有一種系統(tǒng)的方法是不行的。 因果圖法是設(shè)計(jì)測(cè)試用例的一種系統(tǒng)方法，有助于測(cè)試人員系統(tǒng)地選擇高效的測(cè)試用例。其基本思想是把輸入條件視為“因”，輸出條件視為

14、“果”，把黑箱視為從因到果的邏輯網(wǎng)絡(luò)圖。通過(guò)因果圖可以得到一張判定表，然后為判定表的每一列設(shè)計(jì)測(cè)試用例。4.錯(cuò)誤推測(cè)法 也稱猜錯(cuò)法。它無(wú)固定的規(guī)律可循，在很大程度上是憑經(jīng)驗(yàn)或直覺(jué)推測(cè)程序中可能存在的各種錯(cuò)誤，從而有針對(duì)性地編寫(xiě)測(cè)試用例。 例如，要測(cè)試一個(gè)排序程序，特別需要檢查的情況有： n(1)輸入表為空； n(2)輸入表只含有一個(gè)元素； n(3)輸入表中所有元素值相同； n(4)輸入表實(shí)際有序。三、綜合策略三、綜合策略n前面敘述的各種方法都提供了部分實(shí)用的測(cè)試情況，但是沒(méi)有一種方法能夠單獨(dú)地產(chǎn)生一套“完整”的測(cè)試用例。在實(shí)際進(jìn)行測(cè)試時(shí)，可以將各種方法聯(lián)合使用。n下面的綜合策略可供參考。測(cè)試從

15、黑箱法開(kāi)始，突破那種“自以為是”的思維定勢(shì)，全面客觀地按照程序的功能要求設(shè)計(jì)測(cè)試用例： (1)如果程序功能說(shuō)明中有輸入條件的組合，便從因果圖開(kāi)始，以減少組合情況； (2)在任何情況下都要用邊值分析法，通過(guò)分析輸入和輸出條件的邊界值，補(bǔ)充一些測(cè)試用例； (3)判別輸入/輸出的有效和無(wú)效等價(jià)類，進(jìn)一步補(bǔ)充測(cè)試用例； (4)利用錯(cuò)誤推測(cè)法補(bǔ)充一些測(cè)試用例： (5)查看上述測(cè)試用例的覆蓋程序，對(duì)未滿足的覆蓋標(biāo)準(zhǔn)，增加一些測(cè)試用例。 通過(guò)黑箱法找出程序中不具備功能要求的地方后，應(yīng)使用白箱法檢測(cè)程序內(nèi)部是哪些子程序段導(dǎo)致其錯(cuò)誤。修改后再使用黑箱法測(cè)試結(jié)果。這樣循環(huán)往復(fù)，提高程序的正確率。 最后需強(qiáng)調(diào)的是，無(wú)論使用什么