软件测试理论基础：黑盒测试例题

一、黑盒测试

1.1 黑盒测试方法概述

黑盒测试：又称为功能测试，数据驱动测试 和 基于规格说明的测试。它是一种在完全不考虑程序内部结构和内部特性的情况下，在程序接口进行测试

• 它是从 用户角度 出发进行的测试。
• 如果外部特性本身有问题或者规格说明书的规定有误，用黑盒测试方法是发现不了的。
• 测试人员根据软件的需求规格说明书设计测试用例，依靠被测程序输入和输出之间的关系或程序的功能设计，对程序功能和程序接口进行测试。

黑盒测试主要是为了发现以下错误：

• 是否有不正确或遗漏了的功能；
• 在接口上，输入能否正确地接受，能否输出正确的结果；
• 是否有数据结构错误或外部信息(例如数据文件)访问错误；
• 性能上是否能够满足要求；
• 是否有初始化或终止性错误。

优点

• 适用于各个测试阶段
• 从产品功能角度进行测试
• 容易入手生成测试数据。

缺点

• 不能进行充分的测试
• 某些代码不能得到测试
• 无法发现需求规格说明本身存在的问题。

典型黑盒测试方法：

典型的黑盒测试方法包括主要包括等价类划分法、边界值分析法、错误推测法、因果图法、决策表法、正交试验法、场景法、功能图法等。

1.2 等价类划分法

一、 等价类划分法概述

• 等价类：是被测程序某个输入域的子集合。他们具有等价性。
• 等价类划分法：把所有的可能输入数据，即程序的输入域划分成若干部分（子集），然后从每个子集中选取少数具有代表性的数据作为测试用例。

等价类分为有效等价类和无效等价类。

• 有效等价类：符合需求说明，合理地输入数据集合
• 无效等价类：不符合需求说明，无意义地输入数据的集合

二、 等价类划分法设计测试用例的步骤

1. 划分等价类：首先必须在分析需求规格说明的基础上划分等价类；
2. 建立等价类表：列出所有划分出的等价类；
3. 确定测试用例：根据已列出的等价类表，按以下步骤确定测试用例：

• 为每一个等价类规定一个唯一的编号；
• 设计一个新的测试用例，使其尽可能多地覆盖尚未被覆盖的有效等价类，重复这个过程，直至所有的有效等价类均被测试用例所覆盖；- 设计一个新的测试用例，使其仅覆盖一个无效等价类，重复这个过程，直至所有的无效等价类均被测试用例所覆盖

三、 等价类划分原则
所谓等价类，往往是题目中的限定条件。等价类的划分，就是对题目的限制条件再进行细分。
等价类划分的原则如下：

1. 在输入条件规定的取值范围或值的个数的情况下，可以确定一个有效等价类和两个无效等价类
2. 在规定了输入数据的一组值中（假定有n个值），并且程序要对每个输入值分别处理的情况下，可以确定n个有效等价类和一个无效等价类。
3. 在规定输入数据必须遵守的规则的情况下，可以确定一个有效等价类和若干个无效等价类。
4. 在输入条件规定了输入值的集合或规定了“必须如何”的条件下，可以确定一个有效等价类和一个无效等价类。
5. 在确定已划分的等价类中各元素在程序处理中的方式不同的情况下，则应将该等价类进一步地划分为更小的等价类。

四、 等价类划分法规则
1) 在输入条件规定的取值范围或值的个数的情况下，可以确定一个有效等价类和两个无效等价类。

例如， 输入值是学生成绩，范围是0～100
无效等价类: score<0
有效等价类： 0≤score≤100
无效等价类: score＞100

2. 在输入条件规定了输入值的集合或规定了“必须如何”的条件下，可以确定一个有效等价类和一个无效等价类。

例如，程序要进行平方根函数的运算，则“≥0”的数为有效等价类，“＜0”的数为无效等价类。

3. 如规定了输入数据的一组值，且程序对不同输入值做不同处理，则每个允许的输入值是一个有效等价类，并有一个无效等价类(所有不允许的输入值的集合)。

例如，说明学历输入条件可为:专科、本科、硕士、博士四种之一，则分别取这四个值作为四个有效等价类，把四种学历之外的任何学历作为无效等价类。

4. 在规定了输入数据必须遵守的规则的情况下，可确立一个有效等价类（符合规则）和若干个无效等价类（从不同角度违反规则）。

输入必须以分号结束，可以确定一个等价类“以分号结束”，若干无效等价类，“以逗号结束”、“以冒号结束”、“以括号结束”等。

5. 在确定已划分的等价类中各元素在程序处理中的方式不同的情况下，则应将该等价类进一步地划分为更小的等价类。

下面进入例题

例：某报表处理系统要求用户输入处理报表的日期，日期限制在2003年1月至2008年12月，即系统只能对该段期间内的报表进行处理，如日期不在此范围内，则显示输入错误信息。
系统日期规定由年、月的6位数字字符组成，前四位代表年，后两位代表月。
如何用等价类划分法设计测试用例, 来测试程序的日期检查功能？

第一步：等价类划分

“报表日期”输入条件的等价类表

第二步：为有效等价类设计测试用例

对表中编号为1,2,3的3个有效等价类用一个测试用例覆盖：

第三步：为每一个无效等价类设至少设计一个测试用例

注意：不能出现相同的测试用例



对于上面的等价类划分规则具体应用看下面的题目，具体做题步骤是：

• 我们需要先找到输入条件，再根据输入条件得到有效等价类
• 利用我们上面的 根据有效等价类得到无效等价类的规则，得到无效等价类，并做好标记。

五、 等价类划分法例题

等价类划分法 例题1

例1：某一种8位计算机，其十六进制常数的定义是以0x或0X开头的十六进制整数，其取值范围为－7f～7f（不区分大小写字母），如0x13、0x6A、－0x3c。请采用等价类划分的方法设计测试用例。

等价类划分法 例题2

例2：对用户输入的分数进行评级，其中90到100为A，80-89为B，70-79为C，60-69为D，60以下为E，输入分数要求必须是正整数或0。
请采用等价类划分的方法设计测试用例。

等价类划分法 例题3

例3：标识符是有字母开头的字母、数字的组合，有效位数8位，最大字符个数255。“在同一说明语句中，标识符至少必须有一个”。
请采用等价类划分的方法设计测试用例。

等价类划分法 例题4

例4：标识符是有字母开头的字母、数字的组合，有效位数8位，最大字符个数255。“在同一说明语句中，标识符至少必须有一个”。
请采用等价类划分的方法设计测试用例。

等价类划分法 例题5

例题5：某城市电话号码组成规则的需求规格说明书；
某城市电话号码由三部分组成，分别是：
· 地区码—空白或三位数字；
· 前 缀—非‘0’或‘1’开头的三位数字；
· 后 缀—— 4位数字。
假定被测程序能接受一切符合上述规定的电话号码， 拒绝所有不符合规定的电话号码

根据等价类划分，我们得到如下的测试用例：

1.3 决策表法

一、 决策表的组成部分
条件桩： 列出了问题的所有可能的条件，条件的先后次序无关紧要。
条件项： 条件取值组合和域其对应的动作组合。
动作桩： 列出了问题规定的可能采取的操作，这些操作的排列顺序没有约束。
动作项：…

二、 建立决策表步骤
注意，这个步骤需要牢记，下面有关决策表的例题都是根据该步骤一步步进行下去的。

• 确定规则个数 ：若有n个条件，那么每个条件有两个取值，故有2${}^n$种取值。
• 列出所有的条件桩和动作桩
• 填入条件项
• 填入动作项，得到初始决策表
• 化简：化简规则如下：

有两条或者多条规则具有相同的动作，并且其条件项之间存在着极为相似的关系，就可以将规则合并。

三、 实例

决策表法 例题1

以下列问题为例，给出构造决策表的具体过程
例题1
· 如果某产品销售好并且库存低，则增加该产品的生产
· 如果该产品销售好，但是库存低，则继续生产。
· 如果该产品销售不好，且库存低，则继续生产
· 若该产品销售不好，且库存不低，则停止生产

条件那一行，T和√代表发生，F代表不发生

决策表法 例题2

例题2某维修站对：
① “功率大于50马力”且“维修记录不全”
② “已运行十年以上”的机器给予优先维修，否则做一般处理。
请用决策表表达此处理逻辑。

这里对化简的步骤进行详细的说明
化简，合并相似规则得到如下图：
合并规则：有两条或者多条规则相同，且 具有相同的动作，并且其条件项之间存在着极为相似的关系，就可以将规则合并。

表中具有相同颜色的两个情况可以合并为1列。

上面的情况1和情况2，不管运行超不超过10年，只要功率大于50码，且维修记录不全，都需要进行优先处理。

如下图，我们实际上合并了：
· 情况1和 情况2 合并为情况1；
· 情况5和 情况7 合并为情况4；
· 情况6和 情况8 合并为情况5；

下面图中的“-”表示，这个选项不管发生不发生，对结果都没有影响。这里实际上就是合并的结果。

1.4 因果图法

因果图中，刚接触往往不知道中间节点的含义是啥意思，什么时候会用到，后面会在例题中提到。

一、 因果图法的字符规则
在因果图中，使用4中符号分别表示4中因果关系。
用直线连接左右节点，其中：

• 左节点Ci表示输入状态（或称原因）；
• 右节点ei表示输出状态，（或称结果）；
• $C_i$和$e_i$都可取值两种，分别是0或1。
• 0表示状态不出现，1表示状态出现。

二、 因果图法的基本图形符（描述原因和结果之间的关系）

• 与：若几个原因都出现，结果才出现；若几个原因中有一个不出现，则结果不出现。
• 恒等：若原因出现，则结果出现；若原因不出现，则结果不出现。
• 非：若原因出现，则结果不出现；若原因不出现，则结果出现。
• 或：若几个原因中有一个出现，则结果出现；若几个原因均不出现，则结果不出现。

三、 因果图法中的约束表示（描述各个原因之间的关系）
在实际问题中，输入状态相互之间还可能存在某些依赖关系，我们称之为约束。
例如，某些输入条件不可能同时出现。输出状态之间往往也存在约束。在因果图中，以特定的符号标明这些约束。

从原因方面考虑主要有4种约束条件：

• E （Except，互斥、排他） ：a、b两个原因不会同时出现，最多只有一个出现。
• I（Include，包含、或）：a、b、c三个原因至少有一个出现。
• O（Only，唯一）：a、b两个原因必须有一个出现，且仅有一个出现。
• R（Request，需求） ：a出现时b必定出现。

从结果方面考虑主要有1种约束条件：
· M(屏蔽)：a出现时，b必定不出现；a不出现时，b则不确定。

四、 例题

因果图法 例题1

例题1：程序的规格说明要求：输入的第一个字符必须是#或*，第二个字符必须是一个数字，此情况下进行文件的修改；如果第一个字符不是#或*，则给出信息N，如果第二个字符不是数字，则给出信息M。用因果图法设计测试用例.
解题步骤：
（1）分析程序的规格说明，列出原因和结果。
（2）找出原因与结果之间的因果关系、原因与原因之间的约束关系，画出因果图。
（3）将因果图转换成决策表。
（4）根据（3）中的决策表，设计测试用例的输入数据和预期输出。

STEP1列出原因：

STEP2列出结果：

其对应的因果图如下：

说明：特别说明面这个中间节点11的由来。这个11到底是什么意思，我当时思考了很久

• 考虑到原因1和原因2不可能同时为1（true），故在因果图上施加E约束。
• 原因1和原因2，对应的其实是题目中的：“输入的第一个字符必须是#或*”,这里描述的是“或”关系，所以11为中间节点，表达的含义是“第一个字符是#或者是*”，不管你选的是“#”还是“*”，只有该步骤完成了才能进行下一步，输入第二个字符。这里的中间节点算作是中间状态 ，中间状态就是一个过渡节点。
• 根据题目要求“如果第一个字符不是#或*，则给出信息N”。11和22之间的关系用逻辑“非”表示。”如果情况11出现，那么结果22就不会出现。
• “如果第二个字符不是数字，则给出信息M”。见图中的关系 3~23

对应的判定表及测试用例如下：

因果图法 例题2

例题2：淘宝在双十一推出打折优惠活动，订单已提交，订单金额大于300或有红包，则优惠。

STEP1列出原因：

STEP2列出结果：

c: 中间节点。 表示“订单金额”大于300或者有红包。
下面两张图援引自：https://blog.csdn.net/qq_46071165

生成的决策表如图示：

说明：

• 0表示这个事件不发生，1表示这个事件发生。
  中间节点的含义根据分析需求得到。
  在判定表中，我们是根据原因的个数k,得到判定表中选项的个数为2${}^k$个。
• 中间节点的值为0或者1，取决于和中间节点相关的连个节点取值，如果是“或”的关系，那么两个原因中有一个原因为1，则中间节点值为1；
• 如果是“且”的关系，那么和中间节点相关联的两个节点，必须都为“1”，才能让中间节点值为1.

总结:
上面几个例子中，我们可以知道， 中间节点我们是根据需求得来的，但是有没有什么比较好理解的呢？我们其实可以发现，中间节点往往是对原因和原因之间的关系封装。通常是原因之间的“或”或者“且”的关系表达。中间节点的出现能够简化因果图。通常题目中如果是分多步骤，且步骤是有顺序的，即先完成这一步才能进行下一步的时候，就可以使用中间节点保存上一个步骤所做出的选择，为下一步骤做准备。利用中间节点，我们就能够更加清晰地画出因果图。
在判定表中，我们是根据原因的个数k,得到判定表中选项的个数为2${}^k$个。

我们再看一个例子，这个例子比较复杂，但是能够更好地理解，什么是中间节点。

因果图法 例题3

例题3：有一个单价为五角钱的饮料自动售货机软件，对其采用因果图方法设计测试用例。需求如下：
· 若售货机没有零钱找，则一个显示 “零钱找完”的红灯亮，以提示顾客在此情况下不要投入1元钱，否则此红灯不亮。
· 顾客投入5角硬币，然后按下“橙汁”或“啤酒”按钮，则相应饮料被送出。
· 顾客投入1元硬币并按下“橙汁”或“啤酒”按钮后，若售货机没有零钱找，则显示“零钱找完”的红灯亮，1元硬币被退出，且无饮料送出；若有零钱找，则五角硬币被退出且饮料被送出。

Step1.列出原因

Step2.列出结果 Step3.根据需求说明设置中间节点

Step4.根据列出的原因、结果、中间节点画出因果图

说明：

• 2、3号原因不能同时出现
• 4、5号原因不能同时出现。
• 中间节点 12表示，“按下橙汁按钮或者按下了啤酒按钮” 。
• 其他中间节点的含义都在图中表示出来了。

生成的决策表如下：
总结：
中间节点往往是对原因和原因之间的关系封装。通常是原因之间的“或”或者“且”的关系表达。中间节点的出现能够简化因果图。

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