陳銳忠，魏理豪，梁哲恒

（1.南方電網(wǎng)公司信息化評(píng)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣東 廣州 510600；2.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司信息中心 廣東 廣州 510600）

基于UML建模的軟件測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳銳忠1，2，魏理豪1，2，梁哲恒1，2

（1.南方電網(wǎng)公司信息化評(píng)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣東 廣州 510600；2.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司信息中心 廣東 廣州 510600）

針對(duì)當(dāng)前UML建模在軟件設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用，提出一種基于模型的軟件自動(dòng)化測(cè)試方案。為實(shí)現(xiàn)測(cè)試方案，通過UML狀態(tài)圖對(duì)軟件模型進(jìn)行構(gòu)建，同時(shí)利用EFSM模型生成路徑轉(zhuǎn)換序列，借助Petri網(wǎng)的可覆蓋性、可達(dá)性，將UML狀態(tài)圖轉(zhuǎn)換為Petri網(wǎng)，再通過Petri網(wǎng)對(duì)上述轉(zhuǎn)換的路徑進(jìn)行分析，從而消除了傳統(tǒng)測(cè)試用例生成時(shí)存在的缺點(diǎn)，最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該算法的嚴(yán)謹(jǐn)性和有效性。

UML建模；軟件測(cè)試；EFSM模型；Petri網(wǎng)；用例生成

隨著現(xiàn)代軟件開發(fā)中UML建模工具的廣泛應(yīng)用，如何對(duì)基于UML建模的開發(fā)模型進(jìn)行測(cè)試，成為提高軟件開發(fā)質(zhì)量的關(guān)鍵。而當(dāng)前針對(duì)軟件測(cè)試的方案中包括V、W、H 3種測(cè)試模型。其中V型模型測(cè)試主要進(jìn)行單元測(cè)試和集成測(cè)試；W模型則在軟件的測(cè)試中增加不同階段的同步驗(yàn)證和確認(rèn)，從而減少了開發(fā)的時(shí)間；H模型則更加貼近實(shí)際，是對(duì)某個(gè)功能進(jìn)行具體的測(cè)試與執(zhí)行，即每個(gè)測(cè)試過程都可通過這個(gè)步驟對(duì)某個(gè)特定的功能進(jìn)行測(cè)試。而測(cè)試用例生成作為其中比較突出的問題，很多研究者都提出通過模型的方式對(duì)其進(jìn)行解決，如通過嵌入式擴(kuò)展方案、EFSM模型等。文中則提出一種基于Petri網(wǎng)與UML的軟件自動(dòng)化測(cè)試設(shè)計(jì)方案，并對(duì)該方案的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

1　Petri網(wǎng)相關(guān)定義

Petri網(wǎng)作為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)中一種常用的分布式系統(tǒng)建模、分析和設(shè)計(jì)所采用的工具，其比較適合用于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)程、沖突、異步等關(guān)系進(jìn)行描述。與其他的系統(tǒng)模型星幣，該模型可對(duì)設(shè)計(jì)中的并發(fā)問題進(jìn)行準(zhǔn)確的描述，從而使得該模型具有很大的優(yōu)勢(shì)。Petri網(wǎng)不僅可清晰的描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，還可對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行描述。Petri網(wǎng)具有非常豐富的描述手段、嚴(yán)格的數(shù)學(xué)表示式、系統(tǒng)分析技術(shù)和圖形表達(dá)方法，與其他的軟件模型相比，在圖形化的表達(dá)和分析方面更具有優(yōu)勢(shì)。因此在本測(cè)試方案中，通過Petri網(wǎng)對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行仿真、建模、分析和測(cè)試。

定義一：

定義滿足以下幾個(gè)條件的三元組被稱為一個(gè)網(wǎng)，表達(dá)式為：N=（S，T；F）

其中Dom（F）={x∈S∪T|?y∈S∪T：（x，y）∈F}；cod（F）= {x∈S∪T|?y∈S∪T：（y，x）∈F}

在上述的定義中，S和T表示互不相交的兩個(gè)集合，都為Petri網(wǎng)當(dāng)中的基礎(chǔ)元素。其中S和T分別表示為元，F(xiàn)表示為網(wǎng)的有向弧集。

定義二：

假設(shè)N=（S，T；F）表示為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)任意的x∈P∪T，記作

其中·x表示為x的前置的集合，而x·則為x的后置的集合，·x∪x·為x的外延。

2　UML模型到Petri網(wǎng)的轉(zhuǎn)換

2.1UML模型到Petri網(wǎng)轉(zhuǎn)換思路

在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，UML建模通常用于系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)階段的建模，但UML為半形式化，導(dǎo)致很難對(duì)關(guān)鍵的系統(tǒng)模型進(jìn)行語義分析，并限制了其有效性。因此，必須將傳統(tǒng)的UML模型全部轉(zhuǎn)換為 Petri網(wǎng)，并借助現(xiàn)有的工具對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行分析和驗(yàn)證，以此驗(yàn)證該模型在編程開發(fā)中存在的問題，提高系統(tǒng)運(yùn)行的有效性。而在UML中，通常用狀態(tài)圖來對(duì)某對(duì)象按事件排序的行為建模。文中在將UML狀態(tài)圖進(jìn)行建模的過程中，通過Petri網(wǎng)中的庫對(duì)對(duì)象的狀態(tài)進(jìn)行表示，通過變遷來表示不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，而轉(zhuǎn)換的條件則都通過庫所進(jìn)行表示，其中轉(zhuǎn)換條件是否能夠成立則是看庫所中是否有托肯。具體轉(zhuǎn)換規(guī)則則如表1。

表1　狀態(tài)圖到Petri的轉(zhuǎn)換規(guī)則

而結(jié)合狀態(tài)圖的結(jié)構(gòu)，不同的結(jié)構(gòu)具有不同的轉(zhuǎn)換規(guī)則，如在初始、結(jié)束、簡單等狀態(tài)下采用的規(guī)則則不同。文中則給出一個(gè)完整的轉(zhuǎn)換示例對(duì)其進(jìn)行說明，具體如圖1所示。

圖1　UML模型到Petri網(wǎng)轉(zhuǎn)換示例

2.2轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)

根據(jù)圖1實(shí)例所反映的映射規(guī)則，本文將UML到Petri網(wǎng)的具體轉(zhuǎn)換流程設(shè)計(jì)為如圖2所示。

圖2　UML模型到Petri網(wǎng)轉(zhuǎn)換流程

通過圖2看出，首先將其中的UML模型文件導(dǎo)出，此后通過模型轉(zhuǎn)換將原始的UML直接轉(zhuǎn)換為與其相對(duì)應(yīng)的Petri網(wǎng)，最后再通過Petri分析技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)的模型進(jìn)行分析驗(yàn)證，從而查找在開發(fā)過程中存在的各種缺陷和問題，提高測(cè)試的準(zhǔn)確性和有效性。其具體的實(shí)現(xiàn)方案為：

1）對(duì)輸入的UML狀態(tài)圖進(jìn)行解析，從而讀出文件當(dāng)中所有的元素，在讀出的文件中找出存在的所有Statemachine元素，并將該類型的元素全部放入到 list鏈表當(dāng)中，其中每個(gè)元素則表示為相對(duì)應(yīng)的狀態(tài)圖；

2）對(duì)list中的每個(gè)元素進(jìn)行解析，找到statemachine元素的初始狀態(tài)，并將該初始狀態(tài)直接轉(zhuǎn)換為與其對(duì)應(yīng)的庫所，標(biāo)記該初始狀態(tài)，并將初始狀態(tài)的轉(zhuǎn)移直接轉(zhuǎn)換為在Petri網(wǎng)當(dāng)中所對(duì)應(yīng)的遷移，形成弧并與之連接；

3）標(biāo)記被訪問的目標(biāo)的狀態(tài)，并創(chuàng)建在不同狀態(tài)下的Petri網(wǎng)所對(duì)應(yīng)的庫所，同時(shí)創(chuàng)建遷移到庫所的弧與之連接；

4）循環(huán)前3個(gè)步驟，直到完成對(duì)所有導(dǎo)入狀態(tài)圖的標(biāo)記，最后轉(zhuǎn)換結(jié)束。

3　轉(zhuǎn)換工具設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

要實(shí)現(xiàn)上述的關(guān)鍵，需要解決模型導(dǎo)入和導(dǎo)出問題。在對(duì)模型的導(dǎo)入中采用Eclipse插件對(duì)UML模型進(jìn)行導(dǎo)入。而在導(dǎo)入中最為重要的這是對(duì)其中的信息進(jìn)行提取，其中在導(dǎo)入的情況下，對(duì)狀態(tài)的描述中則利用xml，具體為：

在上述的描述中，SimpleState表示為狀態(tài)，xmi.id表示為狀態(tài)的唯一標(biāo)識(shí)，xmi.idref表示為狀態(tài)在通過轉(zhuǎn)換之后的id。在轉(zhuǎn)換中首先提取出名稱D，再提取出上述的id，通過轉(zhuǎn)換得到Petri網(wǎng)下的狀態(tài)庫所描述，代碼則為：

通過Petri網(wǎng)的坐標(biāo)，定義出其中的庫所的大小。

4　具體試驗(yàn)驗(yàn)證

通過上述對(duì)UML建模測(cè)試流程的分析，本文則以某自動(dòng)售貨機(jī)的UML狀態(tài)圖為例進(jìn)行測(cè)試。同時(shí)結(jié)合相關(guān)的測(cè)試工具，選擇Myeclipse中的UML2作為該系統(tǒng)的建模工具，具體的狀態(tài)圖則如圖3所示。

圖3　自動(dòng)售貨機(jī)狀態(tài)圖

在圖3當(dāng)中，總共存在著6個(gè)不同的狀態(tài)點(diǎn)，根據(jù)上述的規(guī)則可將其分為起始、終止、Eject等總共9個(gè)不同的結(jié)構(gòu)，通過規(guī)則將其轉(zhuǎn)換為庫所，從而得到如圖4所示的Petri網(wǎng)結(jié)果。

圖4　Petri網(wǎng)轉(zhuǎn)換圖

該轉(zhuǎn)換圖實(shí)現(xiàn)的核心代碼為：

由此，通過圖4可很快地對(duì)不同的階段程序進(jìn)行測(cè)試，從而查看整體運(yùn)行的情況。

5　結(jié)束語

文中針對(duì)UML狀態(tài)圖的測(cè)試用例問題，設(shè)計(jì)了基于Petri網(wǎng)的轉(zhuǎn)換算法，并通過Myeclipse開發(fā)工具對(duì)上述的算法進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，從而證明該方法在驗(yàn)證軟件工程開發(fā)中的系統(tǒng)功能的有效性，為系統(tǒng)軟件功能的測(cè)試提供了新的參考。

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Software testing system design based on UML modeling

CHEN Rui-zhong1，2，WEI Li-hao1，2，LIANG Zhe-heng1，2
（1.CSG Key Laboratory of Software Testing，Guangzhou 510600，China；2.Guangdong Power Grid Information Center，Guangzhou 510600，China）

In view of the wide application of UML modeling in software design，a new model based software testing scheme is proposed.In order to implement the test plan，the software model is constructed by UML state diagram，and the EFSM model is used to generate the path transformation sequence.The UML state graph is transformed into Petri net and the Petri net is analyzed.

UML model；software testing；EFSM model；Petri net；use case generation

TN0

A

1674－6236（2016）21-0057-03

2015-10-31稿件編號(hào)：201510241

陳銳忠（1985—），男，廣東揭陽人，博士。研究方向：電力信息化，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。