摘 要： 基于組件的開發方法提高了軟件的可復用性和軟件開發效率，但組件具有的封裝和狀態特性增加了組件和基于組件軟件的測試難度。依據組件的狀態特性，在組件中引入狀態性概念，將組件分為非狀態組件和狀態組件。對具有不同特征的組件進行有針對性的測試。對于狀態組件，除使用非狀態組件的測試方法外，還定義了擴展鄰接表和擴展約束對照表來存儲狀態信息，并結合基于流的測試方法來產生方法序列測試用例及腳本。在理論研究的基礎上開發出COM（Component Object Model）組件測試用例及腳本自動生成系統，驗證了測試用例及腳本生成方法的有效性。
關鍵詞： COM組件；組件測試；狀態組件；測試用例
目前基于組件的軟件工程(CBSE)已成為軟件工程領域的研究熱點[1，2，4]。CBSE是從面向對象的開發方法發展而來，其特點是能夠實現組件的重用，使組件實現“即插即用”，縮短軟件開發周期，降低開發維護成本。各種新型組件開發技術進一步提高了組件開發效率及組件性能，但組件的一系列問題始終沒有得到較好的解決。狀態組件是COM組件中另一類非常重要、使用非常廣泛的組件。由于狀態組件具有狀態特性，對狀態組件的測試要求也更高，難度也更大。
本文將在非狀態組件分析的基礎上，針對狀態組件的特性進行研究。將詳細分析狀態組件與擴展有限狀態機的共性，并結合狀態組件的狀態特性及方法調用序列要求，分析兩者間的關聯性。通過將狀態組件轉換為等價的擴展有限狀態機，并將信息存儲在自定義的擴展鄰接表和擴展約束對照表中，再結合有向圖的遍歷算法來產生測試方法序列。方法序列中單個接口成員函數的測試用例的生成，采用非狀態組件中使用的測試用例生成方法。
1 狀態組件與狀態機
由于狀態組件與有限狀態機存在狀態特性上的相似性[1-3]，因而在狀態組件測試用例生成方法中引入了擴展有限狀態機。
有限狀態機FSM(Finite State Machine)，已經成為需求規格說明的一種相當于標準的表示方法[5，6]。在很多結構化分析中都使用了某種形式的有限自動機，而且在絕大多數的面向對象分析中廣泛使用。
在現有的軟件測試領域經常使用的狀態機是在原始狀態機的基礎上經過改造的擴展狀態機EFSM(Extended FSM)[7]。EFSM可定義為一個5元組：EFSM=<∑，S，T，Γ，s0>，其中∑是狀態機接受的輸入集合；S是狀態機的狀態集合；Γ是邏輯表達式集合；T是轉換集合，T=∑×S×S×Γ，表示狀態機處于一個起始狀態，s1∈S時，接收到一個輸入e∈∑，而且滿足條件λ∈Γ，那么狀態機的狀態將變成s2∈S；s0∈S是狀態機的初始狀態集。
由狀態組件的特性分析和有限狀態機的介紹可知，狀態組件與擴展有限狀態機有很大的關聯性，具體體現在以下幾個方面：
(1)狀態組件的接口成員方法一般都有輸入參數，而對沒有輸入參數的接口成員函數，可以將輸入參數置為空。這些輸入參數與有限狀態機中的輸入集∑具有一致性，因此可以認為方法的輸入參數對組成了狀態組件的輸入集∑。
(2)狀態組件的接口成員函數組成的函數方法集合[8]，與有限狀態機的狀態相似，都是一類事物的集合，具有關聯性。可以將狀態組件的接口成員函數方法抽象成一種特定的擴展狀態S′。這些擴展狀態組成的集合便可以構成一個擴展狀態集S。
(3)一些方法的后置斷言有相應的后置斷言條件，這些后置斷言條件約束了方法可以轉換到哪一個后序方法上。這與擴展狀態機中的Γ是一致的。因此可以將這些后置斷言條件組成的集合當作Γ。
(4)當一個初始方法M1完成后，在滿足一定的后置斷言條件時，可以根據后置斷言和后置斷言方法的輸入參數，轉移到下一個方法上。這與擴展狀態機中的T轉換集合也是一致的。
(5)另外，狀態組件有一些接口成員方法沒有前置斷言，即可以被直接調用而沒有特定的要求。可以認為這些沒有前置斷言的方法是一種初始狀態方法集，即對應于擴展狀態機中的s0。
由上述關聯性分析可知，可以將狀態組件的方法轉換為有限狀態機中的狀態，而方法之間約束條件可以轉換為有限狀態機各狀態之間的轉移，其具體的對照形式如圖1所示。
綜上所述，可以充分地認為狀態組件可以轉換為等效的擴展有限狀態機模型。這樣可以通過擴展用于存儲擴展有限狀態機信息的擴展鄰接表來存儲狀態組件的信息。
2 狀態組件測試用例生成
在將狀態組件的信息轉換為擴展有限狀態機，并存入擴展鄰接表和擴展約束對照表中后，可以通過有向圖的相關性質來遍歷狀態組件所有方法轉換，以此產生方法調用序列集。狀態組件接口成員方法序列集的生成過程分為兩個步驟：第一步是產生初始的方法序列集(算法1)；由于第一步產生方法序列集中可能會存在冗余，因此第二步是去除初始方法序列集中的冗余方法序列，生成最終狀態組件接口成員方法序列集(算法2)。
算法1：初始方法序列集的生成算法
輸入：最大循環數MaxCircle，狀態組件的擴展鄰接表ExternAdjacencyTable，擴展約束對照表ExternConditionTable
輸出：初始方法序列集SequencesList
{
foreach(head∈ExternAdjacencyTable.ExternAdjacency-
Head)
if(head is start method)
CreateSequence(head，head.name)；
}
CreateSequence(ExternAdjacencyHead head，string sequence)
{
foreach（conn∈head.Connections）
{
TempSequence=sequence；
TempHead=ExternAdjacencyHead[conn.MethodNum]；
if(TempHead.visittime<MaxCircle)
{
TempSequence+=conn.postConditionID+
TempHead.methodname；
TempHead.visittime++；
if（TempHead is end method）
Add TempSequence into SequencesList；
if(TempHead has connections)
CreateSequence(TempHead，TempSequence)；
}
}
}
算法的時間復雜度主要由初始方法的數量M以及方法的間轉移的邊數E決定。每一個初始方法都要完成一遍所有邊的掃描，因此算法的時間復雜度為O(M×E)。
算法2：方法序列集約簡算法
輸入：初始方法序列集SequencesList
輸出：最終方法序列集Sequences
{
foreach(tempSequence∈SequencesList)
{
I=0；
foreach(tempSequence2∈SequencesList)
{
if(tempSequence2 contains tempSequence)
I++；
if(I>1)
break；
}
if(I>1)
continue；
else
Add tempSequence into Sequences；
}
}
算法時間復雜度由兩個foreach循環決定，兩個循環都將掃描一遍初始方法序列集，因此算法時間復雜度O(n2)。
3 系統實現及分析
由前面的介紹可知，COM組件測試用例及腳本生成子系統從組件的信息說明文檔中提取基本信息，再針對狀態組件和非狀態組件的不同特性分別進行測試用例的設計。
對于非狀態組件會將單個接口成員函數的參數按二元組合覆蓋產生的測試用例直接用于生成測試腳本；而對于狀態組件，二元組合覆蓋產生的測試用例會用于填充接口成員函數方法序列中的相應函數，因此測試用例文檔中會比非狀態組件的測試用例多一個TYPE字段。在完成了測試用例和方法序列集的準備后，使用腳本生成模塊來完成測試腳本的自動化生成及編譯工作。COM組件測試用例及腳本生成系統的結構如圖2所示。
測試用例生成子系統關鍵實現技術主要有以下兩項：
(1)信息存儲與提取——XML技術
可擴展標記語言XML近年來被許多行業廣泛采用。組件信息、邊界值信息以及測試數據等的存儲都采用了XML文檔的形式。使用XML來定義自己的數據信息存儲格式，可以按照要求靈活地變更和修改。而且.NET提供了豐富的操作接口，可以方便、靈活地使用XML。
(2)測試腳本自動生成——反射機制和CodeDOM技術
反射機制(Reflection）是一種運行時機制，允許代碼在運行時獲得數據類型信息，即代碼在運行時可以獲得一個變量的數據類型。不僅如此，代碼運行時還可以獲得類的成員屬性、方法、域和構造器等許多信息。測試用例生成子系統通過按照測試驅動器自定義的用戶屬性來提供測試腳本，這包括類型屬性[TestFixture]、開始函數屬性[SetUp]、終止函數屬性[TearDown]以及測試函數屬性[Test]等。按要求生成的測試腳本在編譯成測試程序集后，驅動器可以根據約定去查找具有相應屬性的元素進行調度。這也是與動態監控和錯誤注入的一個接口約定。
CodeDOM技術：.NET Framework中用CodeDOM以一種語言中立的方式來表示源代碼文檔。通過CodeDOM創建對象圖，然后使用特定于某種語言的CodeDomProvider類的派生類產生相應語言的測試腳本，最后編譯生成測試用例集。COM組件測試腳本到測試程序集的生成流程如圖3所示。
對于狀態組件，采用擴展鄰接表來存儲狀態組件的狀態信息，通過有向圖的遍歷算法自動產生方法序列，這樣大大的提高了方法序列集生成的效率。同時在程序中加入了對循環的控制，并對有重復的方法序列進行了約簡，大大的減少了測試序列集的數量，并保證了測試的有效性不會隨之降低。表1展示了典型組件約簡前后的方法序列數量的對照關系，可以看出約簡后的方法序列數量較約簡前有了顯著的減少。
通過IPO算法生成的測試用例可以有效觸發COM組件中的錯誤，例如針對COM組件PDG2.dll的接口成員函數Register()生成測試用例及腳本，在編譯成程序集后供驅動器使用，可以監測到錯誤異常。
狀態組件是組件中經常使用的一類組件，狀態特性的引入使得其測試更加的復雜化，測試用例生成的要求更高、代價也更大。本文通過分析狀態組件的特性及其與擴展有限狀態機的相關性介紹，結合自定義的擴展鄰接表和擴展約束對照表等存儲結構，較好地實現了狀態組件測試方法序列用例及腳本的生成，也使得狀態組件的測試代價大大降低、測試效率顯著提高。
參考文獻
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