黑盒预处理功能可测试性的研究

冯济舟 项利萍 刘梦飞

（中国电子科技集团第三十八研究所，安徽 合肥 230088）

黑盒预处理功能可测试性的研究

冯济舟 项利萍 刘梦飞

（中国电子科技集团第三十八研究所，安徽 合肥 230088）

通过对黑盒预处理功能可测试性的数学建模和理论证明，总结出可测试性黑盒预处理功能的判定步骤和测试方法，并通过一个实例进行详述。

黑盒预处理功能；可测试性；数学建模；理论证明

软件测试作为能力成熟度模型集成（CMMI，Capability Maturity Model Integration）验证（Verification，Ver）和确认（Validation，Val）过程域的重要实现手段，是软件生命周期模型中的重要阶段，是保证软件质量的重要途径。近年来，随着软件规模和复杂程度的不断提高，软件测试的难度也不断提高。

预处理是软件执行流程中最早经历的处理过程，是软件系统重要的组成部分。如果预处理功能出现问题，即使之后的业务功能均实现正确，最后也都会导致软件运行结果的失败。但是当出现测试结果失败时，由于没有定位到问题的来源，软件开发人员往往将排查问题的重心放在核心业务功能的实现上，如此造成了开发时间、开发资源和成本的浪费，进而导致软件项目进度的延误。

如图1所示黑盒软件基本流程图，图中的被测软件通过对输入进行预处理后转入实际功能模块，通过实际功能的输出判定软件是否满足用户的需要。在此情况下，当软件输出出现问题时，我们无法断定究竟是软件预处理功能的错误，还是软件实际功能的错误。然而在实际过程中，预处理功能往往是用户重要的隐性需求，并且预处理功能的正确实现往往是整个系统能否正确实现的前提，在软件结构流程中起到至关重要的作用。那么既然黑盒测试是把软件看成一个不可被打开的盒子，测试人员就不清楚黑盒内部的代码逻辑和处理过程，那么属于黑盒部分的预处理功能，如何才能通过测试来得到验证呢？况且目前的资料、文献中没有关于黑盒预处理功能测试方法的介绍，那么黑盒预处理功能测试果真没有什么方法可以实现吗？

图1 软件基本流程图

1 预处理测试方法

1.1 问题建模

根据图1所示的软件结构流程，抽象出由功能A、功能B和功能C为元素表示的黑盒预处理功能可测性判定的数学模型，如图2所示。其中预处理功能以A功能表示，业务功能以B功能表示，C功能是A功能、B功能的顺次集成，即整个软件的黑盒部分。给定输入x，令输入x经过A功能处理后的预期输出为A（x），经过B功能处理后的预期输出结果为B（A（x）），可知输入x对于功能C的预期输出为C（x）=B（A（x））。假设在测试过程中，输入x对于功能C的实际输出C'（x）≠C（x），其原因可能在于：

（1）输入x对于功能A的实际输出A'（x）≠A（x），即软件的预处理过程发生错误；

（2）输入x对于功能A的实际输出A'（x）=A（x），但是经过B功能处理后的实际输出B'（A'（x））≠B（A（x）），即软件业务功能的实现存在问题。

由于黑盒测试中，我们无法获得预处理功能的实际输出A'（x），从而导致对软件故障无法进行准确定位。在下节中，我们提出了一种典型的预处理测试方法，该方法通过对输入数据的设计，对所得测试结果进行逆向反推，从而得到预处理功能实现正确性的判断。

图2 被测软件黑盒部分基本流程建模

1.2 测试方法

在图2中，考虑两组不同的输入x和y，且x和y满足A（x）=A（y），也即输入x和y经过预处理后的预期输出完全相同。又由于A（x）=A（y），可知B（A（x））=B（A（y））。对于输入x和y有以下引理1成立。

引理1：对于两组不同的输入x和y，且x和y满足A（x）=A（y）。在测试过程中，如果输入x和y对于功能C的实际输出B'（A'（x））≠B'（A'（y）），那么x和y对于预处理A的实际输出A'（x）≠A'（y）。

证明：采用反证法进行证明。假设B'（A（x））≠B'（A（y））时，A'（x）=A'（y）。按照命题假设A'（x）=A'（y），则A'（x）、A'（y）对于功能C的实际输出B'（A（x））=B'（A（y）），这与已知条件B（A（x））≠B（A（y））相矛盾，所以假设命题情况不成立。因此对于输入x和y，如果B'（A'（x））≠B'（A'（y）），那么A'（x）≠A'（y）。

根据引理1可知，如果输入x对于功能C的实际输出等于预期输出，也即B'（A'（x））=B（A（x）），则软件的预处理过程发生错误，也即以下定理1成立。

定理1：对于两组不同的输入x和y，且x和y满足A（x）=A（y）。在测试过程中，如果输入x和y对于功能C的实际输出B'（A'（x））≠B'（A'（y））、且B'（A'（x））=B（A（x）），那么可判断软件的预处理功能A存在错误。

证明：由B'（A'（x））=B（A（x）），可知A'（x）= A（x）。根据引理1，B'（A'（x））≠B'（A'（y））时，A'（x）≠A'（y），可知A'（y）≠A（x），也即A'（y）≠A（y）。从而可得输入y对于预处理功能A的实际输出A'（y）与预期输出A（y）不同。也即软件的预处理功能A存在错误。

根据定理1我们给出判定此种黑盒预处理测试典型方法的算法，其具体判定步骤如下：

步骤1，从软件需求中找出可以得到相等预期结果的不同输入；

步骤2，将这些不同输入录入到被测软件得出实际结果；

步骤3，若可以找出两组输入，其中一组不等于预期结果，另一组与预期结果相同，则可判断此软件预处理功能存在问题；若不相等的输入得到的实际输出结果都相同或都不同时，则不可判断此软件预处理功能存在问题。

2 实例分析

2.1 问题描述

被测软件按功能处理流程划分可由预处理功能和处理备份件待机、备份件关机、主件待机和主件关机信号量功能组成。各功能处理过程描述如下。

2.1.1 预处理功能描述

备份件待机信号有4个，通过这4个信号来确定一个最终备份件的待机信号fdj。其中qd表示启动；fdji（i=1，2，3，4）表示备份件待机；fgji（i=1，2）表示备份件关机；dj表示主件待机；gj表示主件关机；fgj1表示备份件1、3关机，fgj2表示备份件2、4关机。

2.1.1.1 确定最终的备份件待机信号的计算方法如下。1）置fdj初始值为157 300+qd；2）令N为提供的信号量个数。如果N≥3，将提供的fdji信号按从小到大排序，如果第一个数（也即最小的数）大于等于141 000+qd，则找第三个数作为fdj；3）如果fdj>157 300+qd，则fdj=157 300+qd。备份件关机信号有两个，通过这两个信号来确定一个最终的备份件关机信号fdj。

2.1.1.2 确定最终的备份件关机信号的计算方法如下。1）置fdj初始值为157 300+qd；2）令N为提供的信号量个数。如果N=2，且min{fdj1,fdj2}≥141 000+qd，那么fgj=max{fgj1,fgj2}；3）如果fgj>157 300+qd，则fgj=157 300+qd。

2.1.2 处理备份件待机、备份件关机、主件待机和主件关机信号量功能描述。

如果备份件待机信号最先到达（fdj=min{fdj,fgj,gj,dj}），如果备份件待机信号先于备份件关机信号到来（不包括同时），则在fdj时刻转B状态，否则在fgj+1 700时刻转B状态。

被测软件处理流程图如图3所示。

图3 被测软件处理流程图

2.2 可测性分析和判定

根据2.1.1.1的需求描述可知，本例中存在两个不同的黑盒部分输入fdj1=fdj2=fdj3=141 280，fgj1=fgj2=155 500，dj=171 200，gj=172 200，qd=200和fdj1=fdj2=141 280，fdj3=141 200，fgj1=fgj2=155 500，dj=171 200，gj =172 200，

qd=200，可以得出两个相同的黑盒部分预期输出结果。而实际输出的结果中一个与预期结果相同，一个与预期结果不同，满足了黑盒预处理功能可测性判定模型的条件，因此此例的黑盒预处理功能是可测的。被测软件处理流程与软件结构流程的等效关系如图4所示。

图4 被测软件处理流程与软件结构流程的等效关系图

2.3 测试方法及分析

第一组输入数据：fdj1=fdj2=fdj3=141 280，fgj1=fgj2=155 500，dj=171 200，gj=172 200，qd=200。

预期结果：系统在预处理输出值（即fgj=141 280） 时刻转B状态。

实际结果：系统在预处理输出值（即fdj=141 280） 时刻转B状态。

可以证明当A（x）=fdj=141 280时，B（A（x））的结果是141 280时刻转B状态。

第二组输入数据：fdj1=fdj2=141 280，fdj3=141 200，fgj1=fgj2=155 500，dj=171 200，gj =172 200，qd=200。

预期结果：系统在预处理输出值（即fdj=141 280） 时刻转B状态。

实际结果：系统在预处理输出值（即fdj≠141 280） 时刻转B状态。

第二组输入数据等效于B（A（x））的输出结果是未在141 280时刻转B状态，即A（x）的输出结果fdj≠141 280，而根据软件需求规格的描述，此时的fdj应该等于141 280，因此说明等效于A（x）的被测软件预处理功能出现问题。

3 结论

本文通过建立问题的数学模型、理论证明的方法，论证了黑盒预处理功能的可测试性，提出了一种黑盒预处理功能的测试方法，并通过一个具体实例论述了此方法使用的全过程。本文开创性地提出了关于黑盒预处理功能测试的方法，在一定程度上填补了此类型测试方法的空白。

（编辑：劳边）

TP306

C

1003–6660（2014）04–0046–03

10.13237/j.cnki.asq.2014.04.012

[收修订稿日期] 2014-02-16