单元测试中测试用例的设计方法

1. 用于语句覆盖的基路径法

基路径法保证设计出的测试用例，使程序的每一个可执行语句至少执行一次，即实现语句覆盖。基路径法是理论与应用脱节的典型，基本上没有应用价值，读者稍作了解即可，不必理解和掌握。

基路径法步骤如下：

1）画出程序的控制流图

控制流图是描述程序控制流的一种图示方法，主要由结点和边构成，边代表控制流的方向，节点代表控制流的汇聚处，边和结点圈定的空间叫做区域，下面是控制流图的基本元素：

以下代码：

可以画出以下控制流图：

2）计算程序环路复杂度

环路复杂度V(G)可用以下3种方法求得：

(1) 环路复杂度等于控制流图中的区域数；

上图中，有4个区域，V(G) = 4。

(2) 设E为控制流图的边数，N为结点数，则环路复杂度为E－N＋2；

上图中，V(G) = 10(边) – 8(结点) + 2 = 4。

(3) 设P为控制流图中的判定结点数，环路复杂度为P＋1。

上图中：V(G) = 3(判定结点) + 1 = 4。

环路复杂度是独立路径数的上界，也就是需要的测试用例数的上界。

3）导出基本路径集

基本路径数等于V(G)。根据上面的计算方法，可得出需要的基本路径数为4。路径就是从程序的入口到出口的可能路线，基本路径要求每条路径至少包含一条新的边，直到所有的边都被包含。需要提醒的是：基路径法和路径覆盖是两回事，用于设计用例的基路径数一般小于全部路径数，即基本路径集不是惟一的。基路径法完成的是语句覆盖，而不是路径覆盖。下面选择四条基本路径：

路径1：1-11

路径2：1-2-3-4-5-1-11

路径3：1-2-3-6-8-9-10-1-11

路径4：1-2-3-6-7-9-10-1-11

4) 设计用例

根据上面的路径，可以设计出以下用例：

路径1：1-11

用例1：iRecordNum = 0

路径2：1-2-3-4-5-1-11

用例2：iRecordNum=1, iType = 0

路径3：1-2-3-6-8-9-10-1-11

用例3：iRecordNum=1, iType = 1

路径4：1-2-3-6-7-9-10-1-11

用例4：iRecordNum=1, iType = 2

从上述步骤可以看出，基路径法工作量巨大，如果用于五十行左右的函数，将耗费大量的时间，而五十行代码的函数实在是太普通了。这种成本巨高的方法，其测试效果如何呢？测试效果完全与成本不匹配，首先，基路径法完成的只是代码覆盖，这是最低级别的覆盖，其次，整个设计过程都是依据已经存在的代码来进行的，没有考虑程序的设计功能，是典型的“跟着代码走”，不足是显而易见的。综上所述，基路径法没有实际应用价值。

2. 用于MC/DC的真值表法

设计用于MC/DC的用例，可以先将条件值的所有可能组合列出表格，然后从中选择用例，称为真值表法。例如判定A || (B && C)，条件组合如下表：

为了使A独立影响判定结果，选择B和C相同，判定结果相反，且A相反的组合：组合2和6；

为了使B独立影响判定结果，选择A和C相同，判定结果相反，且B相反的组合：组合5和7；

为了使C独立影响判定结果，选择A和B相同，判定结果相反，且C相反的组合：组合5和6。

因此，组合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。

为了提高效率，可以使用工具来生成真值表和找出符合要求的组合，有些商业工具具有这种功能。自行开发难度也不大，下面提出开发MC/DC用例设计小工具的思路，有兴趣的读者可以尝试一下：

1）用一个简单的词法和语法分析器解析判定表达式，计算条件数量；

2）生成真值表；

3）用一个逻辑表达式计算器，针对每个条件C，扫描真值表，找出符合以下要求的组合：除条件C外，其他条件取值相同；将条件C的真值和假值分别代入判定表达式，判定的计算结果相反。

4）针对找出的组合，设计两个用例，条件C分别取真和假。

需要注意的是，判定中可能存在完全相同的条件，例如：

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

针对A==0设计MC/DC用例时，前一个A==0取反，后一个A==0也会跟着取反，如果后一个A==0视为其他条件，则不能实现MC/DC覆盖，因此，计算判定值时，两个A==0应视为同一个条件。

3 边界值法

边界值法假定错误最有可能出现在区间之间的边界，一般对边界值本身，及边界值的两边都需设计测试用例。

如下函数：

参数age表示一个人的年龄，假设有效的取值范围是0-200，那么，用边界值法可以得出以下用例(省略输出)：

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，程序对输入还会分段处理，例如，年龄在10以下，为儿童，需要特别照顾；年龄在60岁以上，为退休老人，不能安排工作，那么，10和60是内部边界，也要设计测试用例：

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；

边界值法需要了解数据所代表的实际意义，此外对于枚举类型等非标量数据不适用。边界值法对于复杂的软件项目来说，适用范围有限。

4 等价类法

先从代码编写的思路说起。程序员编写一个函数的代码，会如何做呢？

首先，了解代码功能。程序的功能是什么？无非就是：有哪些输入？执行什么操作或计算？产生什么输出？

然后，将功能细化，形成一个或多个功能点。一个功能点就是一类输入及其处理。什么叫“一类”输入？程序可能有无数输入，但代码并不需要用无数个判定来对每个输入分别做处理，只需将输入分类，需要做相同处理的输入归于一类，这就是“等价类”。从编程角度来说，“等价类”是指计算或操作过程的“等价”，一个等价类就是处理过程完全相同的输入的集合。程序中通常用判定来识别分类，一个判定就是一次分类，嵌套的判定则会造成分类数量的翻番。

所以，函数代码编写的核心思维就是等价类划分和处理。一个函数要完全正确，关键是等价类的划分要正确完整，且每个等价类的处理正确。

举个例子，现在要编写一个函数，将字符串左边的空格删除。函数原形如下：

功能：

将str左边空格删除，并返回str本身。

功能点：

1. 左边有空格：删除；(正常输入)

2. 左边无空格：不作处理；(正常输入)

3. 全部是空格：全部删除；(正常输入)

4. 空串：不作处理；(边界输入)

5. 空指针：直接返回。(非法输入)

不一定需要针对每个功能点分别写代码，因为程序中的if、for、while等语句本身具有“如果不符合条件就跳过”的含义，所以很多功能点是可以共用代码的，例如，前4个功能点只需要相同的代码，不过，编程时对功能点的考虑还是要全面。

既然函数没有错误的关键是等价类划分正确完整且处理正确，那么测试时，只要把输入的等价类都列出来，并设定正确的预期输出，进行测试就行了。

这就是通常说的“等价类”法，从测试角度来说的“等价”，是指测试效果上的等价，即同类中一个数据测试通过，可以肯定其他数据也会测试通过。

用例设计的首要工作是设定输入。输入有哪些呢？要从正常输入、边界输入、非法输入三方面考虑，每方面进一步划分形成等价类，即要考虑：有哪些正常输入？有哪些边界输入？有哪些非法输入？

多个输入时，例如有多个参数，首先把各个参数的等价类列出来，然后要考虑参数之间是否存在特殊的组合关系。例如下面的函数：

用例如下表(假设year的有效范围是1-9999)：

用例的输出是比较容易被轻视的工作，但是，没有充分且正确的预期输出，用例基本上没有意义，就像医生要求病人做一大堆检查，却不看检查结果一样。预期输出要根据程序的设计功能确定正确的值。一个用例的预期输出可能有多个。

等价类法是与程序的基本特性“对数据分类处理”相匹配的方法。对于一个函数来说，如果对数据的分类正确且完整，每一个分类处理正确，那么，程序就没有问题。同样，测试时，只要依据设计功能，找出所有等价类，那么，用例就是完整的。所以，用例的完整性，本质上是指等价类是否划分正确且完整，每一类的正确输出是否均依据设计功能正确设定。

使用了等价类法后，是否需要使用其他方法呢？

等价类法从“有哪些正常输入？有哪些边界输入？有哪些非法输入？”三个方面来考虑等价类，因此，边界值法是等价类法的一部分。

常见的用例设计方法中还有正交法和错误推测法。正交法考虑数据的组合，实际上，如果程序对输入数据的组合需要判断处理，也是一种等价类划分，但正交法会产生大量的多余组合，且可能缺少必要的组合，因此不推荐采用正交法，应该根据数据的实际意义自行组合。单独从错误推测角度去设计用例未免太不可靠，但错误推测法可以作为检查等价类是否完整的一种思路，即用等价类法设计用例后，可以考虑哪些输入比较容易产生错误，以检查是否遗漏，这只是一种检查思路，也包含在等价类法之中。总之，用例设计只需使用等价类法，但可以从多种角度检查等价类的完整性。

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