藍(lán)新生 封二強(qiáng) 鄭 軍

（中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所，北京 100028）

基于UML Testing Profile的軟件測(cè)試過(guò)程淺析

藍(lán)新生 封二強(qiáng) 鄭 軍

（中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所，北京 100028）

對(duì)軟件測(cè)試過(guò)程的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并對(duì)對(duì)象管理組織（Object Management Group，OMG）提出的測(cè)試建模標(biāo)準(zhǔn)（UMLTesting Profile，UTP）進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，對(duì)UTP的建模特點(diǎn)進(jìn)行了分析，最后結(jié)合實(shí)例對(duì)UTP進(jìn)行測(cè)試建模的有效性進(jìn)行了說(shuō)明。

UTP；軟件測(cè)試；測(cè)試建模

軟件測(cè)試是提高軟件質(zhì)量和可靠性的重要手段。隨著軟件規(guī)模的增大和復(fù)雜程度的提高，特別是攸關(guān)生命和財(cái)產(chǎn)安全的領(lǐng)域，如航空、航天、鐵路、金融，醫(yī)療等領(lǐng)域，軟件測(cè)試對(duì)提高軟件質(zhì)量和可靠性的作用愈發(fā)明顯。

然而，軟件開發(fā)人員、設(shè)計(jì)人員、測(cè)試人員通常使用不同的語(yǔ)言和工具，導(dǎo)致不同角色的交流和文檔信息交換變得困難。

另一方面，目前軟件測(cè)試工作主要還是通過(guò)手工方式來(lái)完成，軟件測(cè)試的大部分時(shí)間都是用來(lái)進(jìn)行測(cè)試文檔的編寫，由于測(cè)試存在分工，測(cè)試產(chǎn)品的非形式化表示容易造成不同的測(cè)試人員對(duì)同一測(cè)試產(chǎn)品產(chǎn)生不同的理解；測(cè)試產(chǎn)品的形式化可以有效地避免上述問(wèn)題，也有利于測(cè)試的實(shí)施，但測(cè)試產(chǎn)品的形式化要求測(cè)試人員具有較高的專業(yè)知識(shí)和形式化能力，再加上測(cè)試項(xiàng)目緊張，形式化的測(cè)試產(chǎn)品表示往往是不允許的。

半形式化語(yǔ)言的出現(xiàn)，大大緩解了上述兩種矛盾，如統(tǒng)一建模語(yǔ)言（United Modeling Language，UML），它提供了9種視圖，可以從不同應(yīng)用層次和不同角度為軟件開發(fā)人員、設(shè)計(jì)人員、測(cè)試人員提供交流的途徑，很好的避免了測(cè)試產(chǎn)品表示的不準(zhǔn)確性、歧義性。

由于測(cè)試產(chǎn)品中往往存在著時(shí)間性能約束、測(cè)試結(jié)果等描述，而UML無(wú)法直接支持這些元素的測(cè)試建模，將UML引入軟件測(cè)試領(lǐng)域，進(jìn)行軟件測(cè)試產(chǎn)品的表示，還需要進(jìn)一步的拓展。

為了彌補(bǔ)UML測(cè)試建模能力的不足，OMG提出UTP測(cè)試建模標(biāo)準(zhǔn)[1]，并分別于2005年7月、2012年4月和2013年4月發(fā)布了該標(biāo)準(zhǔn)的V1.0、V1.1、V1.2版本。UTP為用UML進(jìn)行建模的系統(tǒng)提供用于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和行為方面測(cè)試的確切定義。它可以支持測(cè)試相關(guān)的設(shè)計(jì)、可視化、規(guī)格說(shuō)明、分析、構(gòu)造以及文檔化。

UTP是基于UML2. 0的測(cè)試建模語(yǔ)言，可以獨(dú)立于UML使用，支持從單元測(cè)試到系統(tǒng)測(cè)試的各個(gè)級(jí)別的測(cè)試建模[2，3，4]。UTP可以進(jìn)一步擴(kuò)展并應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域，如遠(yuǎn)程通信、IT、航空航天等。

1 UML測(cè)試建模語(yǔ)言UTP

UTP從UML繼承而來(lái)，具有與UML相同的建模特性，此外，UTP提供了4個(gè)邏輯概念對(duì)軟件測(cè)試進(jìn)行支持[5]，即測(cè)試體系結(jié)構(gòu)（Test Architecture）；測(cè)試行為（Test Behavior）；測(cè)試數(shù)據(jù)（Test Data）；測(cè)試時(shí)間（Test Time）。測(cè)試體系結(jié)構(gòu)指定了UTP的靜態(tài)結(jié)構(gòu)；測(cè)試行為指定了UTP的動(dòng)態(tài)行為；測(cè)試數(shù)據(jù)是代表了貫穿UTP測(cè)試行為始終需要的數(shù)據(jù)；測(cè)試時(shí)間是對(duì)UTP測(cè)試行為的量化。

1.1 測(cè)試體系結(jié)構(gòu)

測(cè)試體系架構(gòu)定義了一組概念，用來(lái)描述測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)組成結(jié)構(gòu)，主要包括測(cè)試上下文（Test Context）、測(cè)試結(jié)果判決器（Arbiter）、調(diào)度器（Scheduler）、被測(cè)對(duì)象（SUT）、測(cè)試組件（Test Component）等。

被測(cè)對(duì)象是一個(gè)待測(cè)的系統(tǒng)或者系統(tǒng)的行為。

測(cè)試上下文用來(lái)管理整個(gè)測(cè)試，包括測(cè)試組件和測(cè)試用例，以及測(cè)試的配置、測(cè)試控制等。

測(cè)試組件用于測(cè)試系統(tǒng)中與被測(cè)對(duì)象或其他測(cè)試組件進(jìn)行交互，以完成某個(gè)測(cè)試行為。

測(cè)試結(jié)果判決器用于判斷測(cè)試用例的執(zhí)行是否通過(guò)。

調(diào)度器用來(lái)以啟動(dòng)、終止測(cè)試用例及動(dòng)態(tài)創(chuàng)建測(cè)試組件。

1.2 測(cè)試行為

測(cè)試行為定義一組概念，來(lái)用來(lái)描述測(cè)試系統(tǒng)的行為，包括測(cè)試用例（Test Case）、測(cè)試目標(biāo)（Test Objectives）、測(cè)試日志（Test Log）、測(cè)試結(jié)果類別（Verdict）等。

測(cè)試目標(biāo)允許測(cè)試設(shè)計(jì)人員描述測(cè)試的目的。

測(cè)試用例作為測(cè)試上下文的一個(gè)行為，用來(lái)描述被測(cè)對(duì)象如何與測(cè)試組件進(jìn)行交互以實(shí)現(xiàn)測(cè)試的目的。

測(cè)試日志用以記錄在測(cè)試用例執(zhí)行過(guò)程中的實(shí)體以便進(jìn)行更深入的分析。

U T P共定義了4種測(cè)試結(jié)果類別：通過(guò)（Pass），測(cè)試行為和預(yù)期結(jié)果一致；失?。‵ail），測(cè)試行為和預(yù)期結(jié)果不一致；錯(cuò)誤（Error），測(cè)試系統(tǒng)本身存在錯(cuò)誤或者異常；不可判定（Inconclusive），無(wú)法判定測(cè)試行為和預(yù)期結(jié)果的一致性。可通過(guò)測(cè)試結(jié)果判決器設(shè)置或者獲取測(cè)試用例模型的測(cè)試結(jié)果類別。

1.3 測(cè)試數(shù)據(jù)

測(cè)試數(shù)據(jù)定義了一組概念，用以描述測(cè)試過(guò)程中使用的數(shù)據(jù)，主要包括數(shù)據(jù)池（Data Pool）、數(shù)據(jù)分區(qū)（Data Partition）、數(shù)據(jù)選擇器（Data Selector）和編碼規(guī)則（Coding Rules）。

數(shù)據(jù)池與測(cè)試上下文相關(guān)，包含數(shù)據(jù)分區(qū)與具體的數(shù)據(jù)值；數(shù)據(jù)分區(qū)用以定義一組劃分測(cè)試數(shù)據(jù)的規(guī)則；測(cè)試選擇器提供了不同的策略來(lái)選擇和驗(yàn)證數(shù)據(jù)；編碼規(guī)則允許用戶定義測(cè)試數(shù)據(jù)的編碼和解碼規(guī)則。

1.4 測(cè)試時(shí)間

測(cè)試時(shí)間控制主要定義了兩個(gè)概念，即定時(shí)器（Timers）和時(shí)區(qū)（Time Zone）。

時(shí)區(qū)用于描述各個(gè)測(cè)試組件的協(xié)調(diào)與同步問(wèn)題（尤其在分布式測(cè)試中），并規(guī)定每個(gè)測(cè)試組件屬于至多一個(gè)時(shí)區(qū)，在同一個(gè)時(shí)區(qū)中的測(cè)試組件具有同樣的時(shí)間特性，即同步。定時(shí)器用于操作和控制測(cè)試行為以保證測(cè)試用例的終止。

關(guān)于UTP更詳細(xì)的介紹可以參考OMG的UML 2.0 Testing Profile[6]。

2 應(yīng)用實(shí)例

在本節(jié)我們通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)對(duì)UTP的測(cè)試建模進(jìn)行說(shuō)明。以ATM系統(tǒng)為例，為了簡(jiǎn)要說(shuō)明，假設(shè)與ATM系統(tǒng)交互的包含兩部分：外部硬件設(shè)備HWEmulator和銀行BankEmulator。

圖1描述了AT M系統(tǒng)的測(cè)試上下文、測(cè)試組件，其中，測(cè)試上下文包含3個(gè)測(cè)試用例（validWiring、validPIN和authorizeCard）來(lái)描述ATM測(cè)試行為，測(cè)試組件HWEmulator和BankEmulator描述了測(cè)試的初始配置，包括各個(gè)組件與被測(cè)對(duì)象ATM的連接關(guān)系，其中測(cè)試組件BankEmulator包括兩種類型的接口，需求接口（required interface）和供給接口（provided interface），其中供給接口IHardware描述了HWEmulator需要的接口，需求接口IATM描述了HWEmulator實(shí)現(xiàn)的接口。

圖1 ATM測(cè)試上下文和測(cè)試組件

圖2描述實(shí)例化了ATM及其測(cè)試組件，atm、be和hwe分別表示BankATM、BankEmulator和HWEmulator的實(shí)例，各測(cè)試組件通過(guò)各自的接口與ATM進(jìn)行連接。

圖2 ATM及其測(cè)試組件實(shí)例

為了提高UML模型表示的簡(jiǎn)潔性以及優(yōu)化UML模型的結(jié)構(gòu)，UML中引進(jìn)了時(shí)序組合片段，如ref、alt、opt、par等，其中ref表示了引用其他地方定義的組合片段，alt表示在一組行為中根據(jù)特定的條件選擇某個(gè)交互等，UTP完全繼承了UML的這些建模特性。圖3使用了兩個(gè)ref組合片段來(lái)描述測(cè)試用例invalidPIN和validWiring的執(zhí)行順序，即當(dāng)測(cè)試用例invalidPIN執(zhí)行通過(guò)時(shí)才能執(zhí)行測(cè)試用例validWiring。

圖3 ATM系統(tǒng)測(cè)試用例執(zhí)行順序

圖3中測(cè)試用例invalidPIN的測(cè)試目的是驗(yàn)證ATM是否插入有效的銀行卡，以及在輸入錯(cuò)誤的PIN碼后是否立即提醒用戶重新輸入密碼。圖4利用順序圖對(duì)invalidPIN的行為進(jìn)行描述，并使用定時(shí)器t1來(lái)對(duì)插入有效的銀行卡后硬件顯示端提示用戶輸入銀行卡PIN碼的時(shí)間進(jìn)行約束，即在用戶插入有效的銀行卡后ATM必須2s內(nèi)提示用戶輸入PIN碼。

圖4 invalidPIN測(cè)試用例

圖4的最后表明當(dāng)向ATM輸入錯(cuò)誤的PIN碼后，ATM向硬件顯示終端發(fā)送重新輸入PIN碼的消息，則通過(guò)測(cè)試。

在本節(jié)中我們通過(guò)實(shí)例簡(jiǎn)單介紹了UTP的基本概念和建模過(guò)程。值得說(shuō)明的是，UTP測(cè)試可以支持從單元測(cè)試到系統(tǒng)測(cè)試各個(gè)級(jí)別的測(cè)試建模。

3 總結(jié)

本文介紹了軟件測(cè)試的現(xiàn)狀和UTP產(chǎn)生的背景，并對(duì)UTP的概念和建模的特點(diǎn)進(jìn)行介紹和分析。隨著諸如GJB/Z 141-2004《軍用軟件測(cè)試指南》和GJB 2725-1996《校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室和測(cè)試實(shí)驗(yàn)室通用要求》等標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，軟件測(cè)試過(guò)程日趨成熟。UTP在UML的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，可以有效的復(fù)用開發(fā)階段的UML模型，提高了軟件測(cè)試建模的能力，大大提高了軟件測(cè)試過(guò)程階段產(chǎn)品的規(guī)范化。

與UML類似，UTP也是與平臺(tái)無(wú)關(guān)的，即UTP表示的軟件測(cè)試模型可以在不同的平臺(tái)之間復(fù)用，大大提高了測(cè)試產(chǎn)品的可移植性。

此外，UTP表示的軟件測(cè)試產(chǎn)品可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言（Extensive Markup Language，XML）或基于XML的元數(shù)據(jù)交換（XML Metadata Interchange，XMI）形式，通過(guò)對(duì)XML或XMI測(cè)試模型信息的提取，可實(shí)現(xiàn)后續(xù)測(cè)試產(chǎn)品的自動(dòng)生成。

目前，已有一些學(xué)者研究了UTP概念與其他可執(zhí)行測(cè)試腳本之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，如Java單元測(cè)試框架JUnit[7]和樹表結(jié)合表示法（Tree And Tabular Combined Notation，TTCN）[8,9]，進(jìn)一步提高了軟件測(cè)試的自動(dòng)化程度。

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（編輯：雨晴）

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1003–6660（2015）04–0049–04

10.13237/j.cnki.asq.2015.04.014

[收修訂稿日期] 2015-05-13