基于UML活动图的场景法测试用例生成策略的研究

陈翠娟

（闽江学院 软件学院，福建 福州 350001）

基于UML活动图的场景法测试用例生成策略的研究

陈翠娟

（闽江学院 软件学院，福建 福州 350001）

传统的软件场景测试法存在着构造场景难度大，场景数量庞大、冗余度高等问题.针对这些问题，本文提出了一种基于UML活动图的场景法测试用例生成策略，利用活动图和基本路径覆盖法压缩、优化测试场景和测试数据，为软件系统测试提供有效、可行、系统的方法.

UML；场景测试；基本路径覆盖法；控制流图；独立路径

1 引言

UML是一种可视化的建模语言，它通过图形表示法从多个侧面对系统的分析、设计、实现、测试等进行刻画.研究表明，采用有效的形式化方法来描述问题域，并选择适当的测试策略，是设计和生成完备的测试用例集合的关键环节[1].活动图是UML中的一种行为图，它描述系统为完成某项功能而执行的操作序列，其实质就是流程图，可用于描述程序流程和工作流程.所以活动图是软件系统测试，尤其是业务流程测试的重要手段.

场景测试法是通过构建各种测试场景，对系统的功能点或业务流程进行描述来设计测试用例的一种方法.场景测试法的关键就是构建测试场景和生成测试数据.本文通过研究如何运用UML中的活动图来构建测试场景，然后利用基本路径覆盖法导出基本路径集合，从中寻找独立路径，生成测试用例.

2 活动图概述

活动图（Activity Diagram）是一种特殊形式的状态机[2].活动图中的状态表示计算过程或业务流程中所处的各种状态.我们将活动图做如下定义.

定义1一个活动图是一个四元组AD={V0,VF(AD),V (AD),E(AD)}.

（1）V0表示活动图中起始结点，活动图的起始结点只有一个；

（2）VF(AD)表示活动图中的所有终止结点的集合；

（3）V(AD)={v1,v2,……,vn}表示活动图中所有结点的集合；

（4）E(AD)={e1,e2,……,em}表示活动图中所有边的集合.

活动图中的分支结点用于表示具有条件的行为，只有一个输入转换，可以有多个带互斥的守卫条件的输出转换.分叉用于表示多个控制并发执行.

3 基本路径覆盖法

基本路径覆盖法是在控制流程图的基础上，分析环路复杂性，导出独立路径集合，从而设计测试用例的方法.控制流图是一种用来描述控制流的图形，圆圈表示结点，带箭头的边表示控制流的方向，结点和边圈起的部分称为区域.为了方便描述，我们做如下定义.

定义2基本路径集合是从控制流图的起始结点开始到终止结点，由边连接而成的结点序列的集合，记为PS={p1, p2,……,pnp}，p为一条路径，np为控制流程图中的路径总数.

定义3环路度量又称为环路复杂性，是基本路径集合中独立路径的条数.记为V(G).环路度量有三种方法：

（1）V(G)=M-N+2，其中M为图中的总边数，N为图的总结点数；

（2）V(G)=P+1，其中P为图中的判定结点数，判定结点是该结点输出边数大于等于2的结点；

（3）V(G)=A，A表示图中的区域数，区域是图中边和结点圈起来的部分，当计算区域时，图形最外圈应记为一个区域.

定义4环路是指在控制流图中，由边和结点构成了一个闭合回路.

定义5独立路径是指至少包含一条新边的路径，所谓的新边就是指在前面已定义的独立路径集合中未曾用到的边.我们将独立路径集合记为IDPS={idp1,idp2,……,idpmp}，idp为一条独立路径.生成独立路径时，需要对环路进行限制，采取不进入环路或只进入环路一次处理.

4 基于活动图的场景测试策略

场景测试法是基于IBM公司提出的RUP的测试用例生成方法，该方法从系统分析的结果——用例出发，首先从用例开始到结束遍历其中的所有基本流和备选流，从基本流开始，再将基本流和备选流结合起来，可以确定用例场景，然后通过确定某个特定条件来生成每个场景的测试用例[3].

基于活动图的场景测试策略就是利用可视化的UML的活动图来构建测试场景，然后将活动图映射成为控制流图，利用基本路径覆盖法导出独立路径集合，从而确定测试场景和测试用例的一种方法.传统的场景测试法对于一些复杂的业务流程，选择测试场景有一定难度，且容易遗漏.而且复杂业务流程中并发和分支较多，错综复杂，导致测试场景数量爆炸.采用基于活动图的场景测试法，通过合并业务流程中并发执行的活动和顺序执行的活动，从而大大减少测试场景和测试用例，提高测试的效率.

5 实例分析与展示

本节就某教务管理系统中的添加课程设置的系统功能为例，论述基于活动图的场景法测试用例生成的全过程. 5.1 活动图建模

在每个学期开学前，教务管理人员通过教务管理系统能为每门课程选择任课教师、上课的时间和地点，生成课程设置.根据需求，构建课程设置功能的活动图，如图1所示.教务管理人员登录系统后，可以添加教师信息和课程信息，这两个活动可以并发执行.然后选择已有的教师和课程，以及上课时间、上课地点等，添加为课程设置，此时系统将进行冲突检查，检查同一教师在同一时间是否有其他的课程，或是同一教室在同一时间是否已排了其他课程等.检查通过的课程设置再检查课时数是否符合课程要求，都符合要求则添加成功.

图1 课程设置活动图和控制流图

根据前面的定义，此活动图记为AD={V0,VF(AD),V(AD), E(AD)}，其中结点集合V(AD)={V1,V2,……,V10}，边集合E(AD) ={e1,e2,……,e18}，终止结点集合VF(AD)={Vf}.

活动图中的各种并发活动总是从某个结点开始分叉，然后于某个结点汇合结束，可以把它看成是一个单入口和单出口的结点.对于只有单一入口和单一出口的结点，我们可以对它们进行合并.假设对于活动图中的分叉和汇合不做压缩合并，那么并发活动的任意排列组合势必造成场景数量爆炸.所以，我们将活动图中V2和V3结点压缩合并成一个活动的结点N1，合并后删除e3、e4、e5、e6边，则V(AD)’={V1, N1,……,V10}，E(AD)’={e1,e7,e8,……,e18}.

5.2 活动图映射为控制流图

在实际应用中，一个不太复杂的功能的测试场景，其路径组合都是一个庞大的数字，为了能好地分析路径，我们将活动图映射为表现形式更为简单的控制流图.活动图中顺序执行的结点没有分支和分叉，只有一条输入边和一条输出边，可以合并为一个结点，使得控制流图进一步简化，有利于分析环路复杂和生成独立路径集合.如图1，映射为控制流图时可以将V0、V1和N1结点合并为M0，V5和V6结点合并为M1，V10和Vf结点合并为Mf结点.合并后，得到右边的控制流图.

5.3 生成独立路径

（1） 按照定义3，计算环路复杂性，采用公式V(G) =M-N+2=8-7+2=3，或V(G)=P+1=2+1=3，或计算区域数V(G) =A=3；

（2） 按照定义4，生成独立路径集合IDPS={idp1,idp2, idp4}，其中idp1表示独立路径M0→V4→M1→V8→Mf，idp2示独立路径M0→V4→M1→V7→V4→M1→V8→Mf，idp3示独立路径M0→V4→M1→V8→V9→M4→M1→V8→Mf.

每条独立路径就是一个测试场景，为每个测试场景设置一个测试用例.然后，在测试场景中运行测试用例.最后，将期望的结果与实际输出的结果做比较，如果两个结果不相符，则表示在此路径上存在错误，以此来达到测试软件功能的目的.

6 总结

本文采用可视化的UML活动图对测试场景进行描述，并对UML活动图进行压缩、合并，然后采用基本路径覆盖法将化简后的UML活动图映射为更为形式化更为简单的控制流图，最后通过对控制流图的分析得到独立路径集合，完成了场景测试中场景的构建和测试用例的生成.通过实例的分析和演示，有效地证明了，基于UML活动图的场景法测试用例生成技术，能有效地解决由于活动并发执行带来的数量爆炸问题，大大减少了场景集的数量，提高了测试效率.——————————

〔1〕张楣，刘超，孙昌爱.基于UML活动图模型的测试用例生成技术研究 [J].北京航空航天大学学报，2001，27(4) 433～437.

〔2〕Tombros D，Geppert A，Dittrieh K．Semantics of reactive componentsin event．driven workflow execution[C]// Proceedingsofthe InternationalConference on Advanced Information Systems Engineering．Barcelona，Spain，1997：409—422．

〔3〕徐宏喆，陈建明,等.UML自动化测试技术[M].西安：西安交通大学出版社，2006(8).

TP311.5

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2017-01-16