基于洁净室软件工程统计测试的工具的研究与实现

  2.1 净室软件工程基础

  净室软件工程的理论基础来自于数学,它由HarlanMills博士于1970年末到1980年初建立起来的。他当时受到EdsgerDijkstra的结构化程序设计、NihcolasiWhrt的逐步求精以及DvaidPamas模块化思想的启发,开始把数学、统计学和工程的思想应用到软件开发。他认为程序是规则化的数学函数,这种观点把数学中的函数理论应用到了软件开发并且产生了盒子结构的规范和设计的技术。同时他还认为程序的潜在的执行是无限多的,只能通过统计抽样进行程序质量证明。这又把统计理论应用到了软件测试,产生了基于统计分析的测试和质量证明技术。Mills提出的软件开发的科学基础使得净室软件工程成为一门真正的软件工程学科。净室软件开发方法基于数学中的函数理论，一个函数定义了一个从定义域到值域的映射,定义域中的每一个元素都可在值域中找到唯一的元素与之对应。一个特定的程序也描述了一个从定义域(程序所有可能输入序列的集合)到值域(所有对应于输入的输出集合)的映射。因此,程序的规范就相当于函数的规范,描述了一个程序的输入到输出的对应关系。一个定义明确的函数有如下特性:完备性(completenes:)、一致性(consisetncy)和正确性(coerrcntess)。因为一个程序规范描述了一个函数,所以它必须是完备的、一致的和正确的。令数学完备性要求对定义域中的每一个元素,值域中至少有一个元素与之对应。也就是说,每种可能的输入都必须定义,并且有一个输出与之对应。令数学一致性要求定义域中的每一个元素在值域中最多有一个元素与之对应。也就是说,每个输入只能对应一个输出。令与需求相关的规范的正确性由领域内的专家来判断。然而,对于一个给定的正确规范,某项对应于该规范的设计的正确性是可以通过基于函数理论的推理来验证的。iLgner、iMlls和iWtt(1979)提出的将函数理论应用于软件开发的方法最终通过iLgner、Mills和Henver(1986)提出的用于净室软件开发的盒子结构(box;tructuer)得到了实现。被明确提出的有三种功能形式的盒子:黑盒b(lackbox)、状态盒(satetbox)和明盒(。Zea:box),它们按照严格的规则分别对待。净室测试方法基于统计学。在实际应用中,当从经济上或技术上无法测试样本全体的时候,我们可以使用统计抽样的方法。在过程控制上,如果统计结果没有达到预期的指标,生产过程就需要做必要的调整。这种以统计学为基础的从产品质量度量到生产过程之间的反馈循环,得到了广泛的应用。在软件测试中,源于软件的特殊性,统计方法表现得更为重要。通常情况下,我们不可能对软件的所有使用情况进行测试,只能采用抽样的方法测试软件的部分使用情况,然后运用统计学原理以软件在样本上表现出的性能为依据度量软件的整体性能。在净室软件工程中,用于采样的全体(populaiton)是软件所有可能使用方式的集合,集合中的每个元素代表软件系统的一种可能的使用情况。统计的目的是度量软件系统正确运行一个样本的能力。因为总体是庞大的,不可能进行完全的测试。不论测试过程如何扩展,测试输入都只能是输入总体的一个很小的集合,所有的测试活动只能是总体中的抽样。所以,必须利用统计学方法对系统性能做一个有效的推断。

  2.2  净室软件工程技术

  净室软件工程包含如下三项关键技术[’]:基于统计方法的过程控制下的增量式开发、基于函数的规范、设计和验证以及统计测试和软件证明。这些技术可以分开或合起来使用,它们的采用可以有效的改进软件生产过程。增量开发(icnermenatldeveloPment)是基于产品开发中受控迭代的工程原理。它不是把整个开发过程作为一个整体,而是将其划分为一系列较小的、累积的增量。每个增量都是以前的增量和当前工作的累积,随着开发过程的推进逐步形成最终的产品。增量开发是开发小组保持对项目良好控制的基础。在任何时刻小组成员都只需把注意力集中于工作的当前部分,而不必同时考虑所有的事情。增量开发方法把净室项目分成一个有序的开发周期序列,每个周期完成一些用户功能。在每个增量阶段结束时,产品的功能便可向客户演示。这样,客户对产品有真实的感观认识,他们可重新确认需求或使需求更加清晰。这将使产品在完成时双方的不满意程度降到最低。增量开发计划由系统结构驱动111。在成熟的生产过程中,一个参考结构描述了系统高层的结构和接口。根据这种结构和接口,增量被设计出来服务于软件的可重用性、可维护性或者在体系结构的已知位置开发组件。在新项目的开发过程中,顶层结构要么先于第一个增量,要么是第一个增量所关注的对象,而后续增量将具体完成结构中的空缺模块。在一个业已存在的旧系统中,增量计划可以和一个再工程计划结合起来,使得变化不是动摇而是改进了系统。在软件维护的情况下,修补和增强被视为增量开发的一种延续,可以采用增量开发中用到的同样的过程准则。给定一个系统结构,在增量计划中有许多要考虑的因素。在嵌入式系统中,与硬件开发进度的协调是一个要考虑的要素。在图形用户界面(GU)I系统中,第一个增量通常是原型化用户界面接口,它是需求中最不确定的部分。在给增量分配开发任务时还要考虑功能依赖的问题,比如:只有先显示出图片,然后才能对其进行编辑,所以显示图片所属的增量应该先于编辑图片所属的增量。影响增量开发的其他因素还有风险大小、复杂性、新颖性、重用性以及使用频率等。在实际操作中,如果可能,应把那些最不确定的部分包含在较早的增量中,这样可把需求变化对开发过程的影响降到最小。除了智能控制、客户反馈、风险管理以外,增量开发还使项目组能够有效的进行统计过程控制[`]。在每个增量开发结束时,都要度量产品的质量并和小组的预定指标进行比较,比较的结果可以确定开发是否在控制之下。如果出现较小的偏差,表明项目仍然处在我们的控制之下。而出现不可接受的偏差时,要进行仔细的性能评审。确定了问题所在,小组要调整过程以改进下一个增量的性能。

  3.1 基于使用模型的统计测试的优点

  3.2 统计测试的理论基础

  3.3 统计测试的实际应用

  4.1与模型相关的静态参数

  4.2与状态相关的静态参数

  第五章  测试用例自动生成和测试充分性度量

  第六章  统计测试辅助工具STTOOLKIT的实现

  结束语