黑盒测试用例设计方法之正交试验法/功能图法/场景图法

（六）正交试验法

定义：从大量的（实验）数据（测试例）中挑选适量的,有代表性的点（例）,从而合理地安排实验（测试）的一种科学实验设计方法.类似的方法有:聚类分析方法,因子方法方法等.

 

利用正交实验设计测试用例的步骤：

1.     提取功能说明,构造因子--状态表

把影响实验指标的条件称为因子.而影响实验因子的条件叫因子的状态.利用正交实验设计方法来设计测试用例时,首先要根据被测试软件的规格说明书找出影响其功能实现的操作对象和外部因素,把他们当作因子,而把各个因子的取值当作状态.对软件需求规格说明中的功能要求进行划分,把整体的概要性的功能要求进行层层分解与展开,分解成具体的有相对独立性的基本的功能要求.这样就可以把被测试软件中所有的因子都确定下来,并为确定个因子的权值提供参考的依据.确定因子与状态是设计测试用例的关键.因此要求尽可能全面的正确的确定取值,以确保测试用例的设计作到完整与有效。

2.     加权筛选,生成因素分析表

对因子与状态的选择可按其重要程度分别加权.可根据各个因子及状态的作用大小,出现频率的大小以及测试的需要,确定权值的大小。

3.     利用正交表构造测试数据集

正交表的推导依据Galois理论（这里省略,需要时可查数理统计方面的教材）。

利用正交实验设计方法设计测试用例,比使用等价类划分,边界值分析,因果图等方法有以下优点:节省测试工作工时；可控制生成的测试用例数量；测试用例具有一定的覆盖率。

 

（七）功能图法

定义：功能图由状态迁移图和布尔函数组成.状态迁移图用状态和迁移来描述.一个状态指出数据输入的位置（或时间）,而迁移则指明状态的改变.同时要依靠判定表或因果图表示的逻辑功能.例,一个简化的自动出纳机ATM的功能图。

应用：

1.    功能图介绍

一个程序的功能说明通常由动态说明和静态说明组成.动态说明描述了输入数据的次序或转移的次序.

静态说明描述了输入条件与输出条件之间的对应关系.对于较复杂的程序,由于存在大量的组合情况,因此,仅用静态说明组成的规格说明对于测试来说往往是不够的.必须用动态说明来补充功能说明.功能图方法是用功能图FD形式化地表示程序的功能说明,并机械地生成功能图的测试用例.

功能图模型由状态迁移图和逻辑功能模型构成.状态迁移图用于表示输入数据序列以及相应的输出数据.在状态迁移图中,由输入数据和当前状态决定输出数据和后续状态.逻辑功能模型用于表示在状态中输入条件和输出条件之间的对应关系.逻辑功能模型只适合于描述静态说明,输出数据仅由输入数据决定.测试用例则是由测试中经过的一系列状态和在每个状态中必须依靠输入/输出数据满足的一对条件组成.功能图方法其实是是一种黑盒白盒混合用例设计方法。

（功能图方法中,要用到逻辑覆盖和路径测试的概念和方法,其属白盒测试方法中 的内容.逻辑覆盖是以程序内部的逻辑结构为基础的测试用例设计方法.该方法要求测试人员对程序的逻辑结构有清楚的了解.由于覆盖测试的目标不同,逻辑覆盖可分为:语句覆盖,判定覆盖,判定-条件覆盖,条件组合覆盖及路径覆盖.下面我们指的逻辑覆盖和路径是功能或系统水平上的,以区别与白盒测试中的程序内部的.）

2.    测试用例生成方法

从功能图生成测试用例,得到的测试用例数是可接受的. 问题的关键的是如何从状态迁移图中选取测试用例. 若用节点代替状态,用弧线代替迁移,则状态迁移图就可转化成一个程序的控制流程图形式.问题就转化为程序的路径测试问题（如白盒测试）问题了.

3.    测试用例生成规则

为了把状态迁移（测试路径）的测试用例与逻辑模型（局部测试用例）的测试用例组合起来,从功能图生成实用的测试用例,须定义下面的规则.在一个结构化的状态迁移（SST）中,定义三种形式的循环:顺序,选择和重复.但分辨一个状态迁移中的所有循环是有困难的.（其表示图形省略）。

4.    从功能图生成测试用例的过程

1)    生成局部测试用例:在每个状态中,从因果图生成局部测试用例.局部测试用例由原因值（输入数据）组合与对应的结果值（输出数据或状态）构成。

2)    测试路径生成:利用上面的规则（三种）生成从初始状态到最后状态的测试路径。

3)    测试用例合成:合成测试路径与功能图中每个状态中的局部测试用例.结果是初始状态到最后状态的一个状态序列,以及每个状态中输入数据与对应输出数据的组合。

5.    测试用例的合成算法:采用条件构造树.

 

（八）场景图法

定义：现在的软件几乎都是用事件触发来控制流程的，事件触发时的情景便形成了场景，而同一事件不同的触发顺序和处理结果就形成事件流。这种在软件设计方面的思想也可以引入到软件测试中，可以比较生动地描绘出事件触发时的情景，有利于测试设计者设计测试用例，同时使测试用例更容易理解和执行。

应用：

基本流和备选流：如下图所示，图中经过用例的每条路径都用基本流和备选流来表示，直黑线表示基本流，是经过用例的最简单的路径。备选流用不同的色彩表示，一个备选流可能从基本流开始，在某个特定条件下执行，然后重新加入基本流中（如备选流1和3）；也可能起源于另一个备选流（如备选流2），或者终止用例而不再重新加入到某个流（如备选流2和4）。

实例 

1.     例子描述

下图所示是ATM例子的流程示意图。

 

 

 

2.    场景设计：下表所示是生成的场景。

表3-8 场景设计

场景1——成功提款	基本流
场景2——ATM内没有现金	基本流	备选流2
场景3——ATM内现金不足	基本流	备选流3
场景4——PIN有误（还有输入机会）	基本流	备选流4
场景5——PIN有误（不再有输入机会）	基本流	备选流4
场景6——账户不存在/账户类型有误	基本流	备选流5
场景7——账户余额不足	基本流	备选流6

注：为方便起见，备选流3和6（场景3和7）内的循环以及循环组合未纳入上表。

3.    用例设计

对于这7个场景中的每一个场景都需要确定测试用例。可以采用矩阵或决策表来确定和管理测试用例。下面显示了一种通用格式，其中各行代表各个测试用例，而各列则代表测试用例的信息。本示例中，对于每个测试用例，存在一个测试用例ID、条件（或说明）、测试用例中涉及的所有数据元素（作为输入或已经存在于数据库中）以及预期结果。

表3-9 测试用例表

   

TCID	场景/条件	PIN	账号	输入（或选择）的金额	账面 金额	ATM内的金额	预期结果
CW1	场景1：成功提款	V	V	V	V	V	成功提款
CW2	场景2：ATM内没有现金	V	V	V	V	I	提款选项不可用，用例结束
CW3	场景3：ATM内现金不足	V	V	V	V	I	警告消息，返回基本流步骤6，输入金额
CW4	场景4：PIN有误（还有不止一次输入机会）	I	V	n/a	V	V	警告消息，返回基本流步骤 4，输入 PIN
CW5	场景4：PIN有误（还有一次输入机会）	I	V	n/a	V	V	警告消息，返回基本流步骤 4，输入 PIN
CW6	场景4：PIN有误（不再有输入机会）	I	V	n/a	V	V	警告消息，卡予保留，用例结束

 

4.    数据设计

一旦确定了所有的测试用例，则应对这些用例进行复审和验证以确保其准确且适度，并取消多余或等效的测试用例。

测试用例一经认可，就可以确定实际数据值（在测试用例实施矩阵中）并且设定测试数据，如表3-10所示。

表3-10   测试用例表

TCID	场景/条件	PIN	账号	输入（或选择）的金额（元）	账面 金额（元）	ATM内的金额（元）	预期结果
CW1	场景1：成功提款	4987	809-498	50.00	500.00	2 000	成功提款。账户余额被更新为450.00
CW2	场景2：ATM内没有现金	4987	809-498	100.00	500.00	0.00	提款选项不可用，用例结束
CW3	场景3：ATM内现金不足	4987	809-498	100.00	500.00	70.00	警告消息，返回基本流步骤6，输入金额
CW4	场景4：PIN有误（还有不止一次输入机会）	4978	809-498	n/a	500.00	2 000	警告消息，返回基本流步骤4，输入PIN
CW5	场景4：PIN有误（还有一次输入机会）	4978	809-498	n/a	500.00	2 000	警告消息，返回基本流步骤4，输入PIN
CW6	场景4：PIN有误（不再有输入机会）	4978	809-498	n/a	500.00	2 000	警告消息，卡予保留，用例结束

 

 

测试用例设计综合策略

1.    Myers提出了使用各种测试方法的综合策略：

1)    在任何情况下都必须使用边界值分析方法，经验表明用这种方法设计出测试用例发现程序错误的能力最强。

2)    必要时用等价类划分方法补充一些测试用例。

3)    用错误推测法再追加一些测试用例。

4)    对照程序逻辑，检查已设计出的测试用例的逻辑覆盖程度，如果没有达到要求的覆盖标准，应当再补充足够的测试用例。

5)    如果程序的功能说明中含有输入条件的组合情况，则一开始就可选用因果图法。

2.    测试用例的设计步骤

1)    构造根据设计规格得出的基本功能测试用例；

2)    边界值测试用例；

3)    状态转换测试用例；

4)    错误猜测测试用例；

5)    异常测试用例；

6)    性能测试用例；

7)    压力测试用例。

3.    优化测试用例的方法

1)    利用设计测试用例的8种方法不断的对测试用例进行分解与合并；

2)    采用遗传算法理论进化测试用例；

3)    在测试时利用发散思维构造测试用例；