單元測試中測試用例的設計方法

1. 用於語句覆蓋的基路徑法

基路徑法保證設計出的測試用例，使程式的每一個可執行語句至少執行一次，即實現語句覆蓋。基路徑法是理論與應用脫節的典型，基本上沒有應用價值，讀者稍作了解即可，不必理解和掌握。

基路徑法步驟如下：

1）畫出程式的控制流圖

控制流圖是描述程式控制流的一種圖示方法，主要由結點和邊構成，邊代表控制流的方向，節點代表控制流的匯聚處，邊和結點圈定的空間叫做區域，下面是控制流圖的基本元素：

以下程式碼：

可以畫出以下控制流圖：

2）計算程式環路複雜度

環路複雜度V(G)可用以下3種方法求得：

(1) 環路複雜度等於控制流圖中的區域數；

上圖中，有4個區域，V(G) = 4。

(2) 設E為控制流圖的邊數，N為結點數，則環路複雜度為E－N＋2；

上圖中，V(G) = 10(邊) – 8(結點) + 2 = 4。

(3) 設P為控制流圖中的判定結點數，環路複雜度為P＋1。

上圖中：V(G) = 3(判定結點) + 1 = 4。

環路複雜度是獨立路徑數的上界，也就是需要的測試用例數的上界。

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3）匯出基本路徑集

基本路徑數等於V(G)。根據上面的計算方法，可得出需要的基本路徑數為4。路徑就是從程式的入口到出口的可能路線，基本路徑要求每條路徑至少包含一條新的邊，直到所有的邊都被包含。需要提醒的是：基路徑法和路徑覆蓋是兩回事，用於設計用例的基路徑數一般小於全部路徑數，即基本路徑集不是惟一的。基路徑法完成的是語句覆蓋，而不是路徑覆蓋。下面選擇四條基本路徑：

路徑1：1-11

路徑2：1-2-3-4-5-1-11

路徑3：1-2-3-6-8-9-10-1-11

路徑4：1-2-3-6-7-9-10-1-11

4) 設計用例

根據上面的路徑，可以設計出以下用例：

路徑1：1-11

用例1：iRecordNum = 0

路徑2：1-2-3-4-5-1-11

用例2：iRecordNum=1, iType = 0

路徑3：1-2-3-6-8-9-10-1-11

用例3：iRecordNum=1, iType = 1

路徑4：1-2-3-6-7-9-10-1-11

用例4：iRecordNum=1, iType = 2

從上述步驟可以看出，基路徑法工作量巨大，如果用於五十行左右的函式，將耗費大量的時間，而五十行程式碼的函式實在是太普通了。這種成本巨高的方法，其測試效果如何呢？測試效果完全與成本不匹配，首先，基路徑法完成的只是程式碼覆蓋，這是最低級別的覆蓋，其次，整個設計過程都是依據已經存在的程式碼來進行的，沒有考慮程式的設計功能，是典型的“跟著程式碼走”，不足是顯而易見的。綜上所述，基路徑法沒有實際應用價值。

2. 用於MC/DC的真值表法

設計用於MC/DC的用例，可以先將條件值的所有可能組合列出表格，然後從中選擇用例，稱為真值表法。例如判定A || (B && C)，條件組合如下表：

為了使A獨立影響判定結果，選擇B和C相同，判定結果相反，且A相反的組合：組合2和6；

為了使B獨立影響判定結果，選擇A和C相同，判定結果相反，且B相反的組合：組合5和7；

為了使C獨立影響判定結果，選擇A和B相同，判定結果相反，且C相反的組合：組合5和6。

因此，組合2、5、6、7符合MC/DC要求。符合MC/DC要求的用例集不是惟一的。

為了提高效率，可以使用工具來生成真值表和找出符合要求的組合，有些商業工具具有這種功能。自行開發難度也不大，下面提出開發MC/DC用例設計小工具的思路，有興趣的讀者可以嘗試一下：

1）用一個簡單的詞法和語法分析器解析判定表示式，計算條件數量；

2）生成真值表；

3）用一個邏輯表示式計算器，針對每個條件C，掃描真值表，找出符合以下要求的組合：除條件C外，其他條件取值相同；將條件C的真值和假值分別代入判定表示式，判定的計算結果相反。

4）針對找出的組合，設計兩個用例，條件C分別取真和假。

需要注意的是，判定中可能存在完全相同的條件，例如：

(A==0 || B == 1) && C == 2 || (A==0 && D == 3)

針對A==0設計MC/DC用例時，前一個A==0取反，後一個A==0也會跟著取反，如果後一個A==0視為其他條件，則不能實現MC/DC覆蓋，因此，計算判定值時，兩個A==0應視為同一個條件。

3 邊界值法

邊界值法假定錯誤最有可能出現在區間之間的邊界，一般對邊界值本身，及邊界值的兩邊都需設計測試用例。

如下函式：

引數age表示一個人的年齡，假設有效的取值範圍是0-200，那麼，用邊界值法可以得出以下用例(省略輸出)：

用例1：age = -1；

用例2：age = 0；

用例3：age = 1；

用例4：age = 199；

用例5：age = 200；

用例6：age = 201；

通常，程式對輸入還會分段處理，例如，年齡在10以下，為兒童，需要特別照顧；年齡在60歲以上，為退休老人，不能安排工作，那麼，10和60是內部邊界，也要設計測試用例：

用例7：age =9；

用例8：age = 10；

用例9：age = 11；

用例10：age = 59；

用例11：age = 60；

用例12：age = 61；

邊界值法需要了解資料所代表的實際意義，此外對於列舉型別等非標量資料不適用。邊界值法對於複雜的軟體專案來說，適用範圍有限。

4 等價類法

先從程式碼編寫的思路說起。程式設計師編寫一個函式的程式碼，會如何做呢？

首先，瞭解程式碼功能。程式的功能是什麼？無非就是：有哪些輸入？執行什麼操作或計算？產生什麼輸出？

然後，將功能細化，形成一個或多個功能點。一個功能點就是一類輸入及其處理。什麼叫“一類”輸入？程式可能有無數輸入，但程式碼並不需要用無數個判定來對每個輸入分別做處理，只需將輸入分類，需要做相同處理的輸入歸於一類，這就是“等價類”。從程式設計角度來說，“等價類”是指計算或操作過程的“等價”，一個等價類就是處理過程完全相同的輸入的集合。程式中通常用判定來識別分類，一個判定就是一次分類，巢狀的判定則會造成分類數量的翻番。

所以，函式程式碼編寫的核心思維就是等價類劃分和處理。一個函式要完全正確，關鍵是等價類的劃分要正確完整，且每個等價類的處理正確。

舉個例子，現在要編寫一個函式，將字串左邊的空格刪除。函式原形如下：

功能：

將str左邊空格刪除，並返回str本身。

功能點：

1. 左邊有空格：刪除；(正常輸入)

2. 左邊無空格：不作處理；(正常輸入)

3. 全部是空格：全部刪除；(正常輸入)

4. 空串：不作處理；(邊界輸入)

5. 空指標：直接返回。(非法輸入)

不一定需要針對每個功能點分別寫程式碼，因為程式中的if、for、while等語句本身具有“如果不符合條件就跳過”的含義，所以很多功能點是可以共用程式碼的，例如，前4個功能點只需要相同的程式碼，不過，程式設計時對功能點的考慮還是要全面。

既然函式沒有錯誤的關鍵是等價類劃分正確完整且處理正確，那麼測試時，只要把輸入的等價類都列出來，並設定正確的預期輸出，進行測試就行了。

這就是通常說的“等價類”法，從測試角度來說的“等價”，是指測試效果上的等價，即同類中一個數據測試通過，可以肯定其他資料也會測試通過。

用例設計的首要工作是設定輸入。輸入有哪些呢？要從正常輸入、邊界輸入、非法輸入三方面考慮，每方面進一步劃分形成等價類，即要考慮：有哪些正常輸入？有哪些邊界輸入？有哪些非法輸入？

多個輸入時，例如有多個引數，首先把各個引數的等價類列出來，然後要考慮引數之間是否存在特殊的組合關係。例如下面的函式：

用例如下表(假設year的有效範圍是1-9999)：

用例的輸出是比較容易被輕視的工作，但是，沒有充分且正確的預期輸出，用例基本上沒有意義，就像醫生要求病人做一大堆檢查，卻不看檢查結果一樣。預期輸出要根據程式的設計功能確定正確的值。一個用例的預期輸出可能有多個。

等價類法是與程式的基本特性“對資料分類處理”相匹配的方法。對於一個函式來說，如果對資料的分類正確且完整，每一個分類處理正確，那麼，程式就沒有問題。同樣，測試時，只要依據設計功能，找出所有等價類，那麼，用例就是完整的。所以，用例的完整性，本質上是指等價類是否劃分正確且完整，每一類的正確輸出是否均依據設計功能正確設定。

使用了等價類法後，是否需要使用其他方法呢？

等價類法從“有哪些正常輸入？有哪些邊界輸入？有哪些非法輸入？”三個方面來考慮等價類，因此，邊界值法是等價類法的一部分。

常見的用例設計方法中還有正交法和錯誤推測法。正交法考慮資料的組合，實際上，如果程式對輸入資料的組合需要判斷處理，也是一種等價類劃分，但正交法會產生大量的多餘組合，且可能缺少必要的組合，因此不推薦採用正交法，應該根據資料的實際意義自行組合。單獨從錯誤推測角度去設計用例未免太不可靠，但錯誤推測法可以作為檢查等價類是否完整的一種思路，即用等價類法設計用例後，可以考慮哪些輸入比較容易產生錯誤，以檢查是否遺漏，這只是一種檢查思路，也包含在等價類法之中。總之，用例設計只需使用等價類法，但可以從多種角度檢查等價類的完整性。

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