基于改進(jìn)V模型的軟件測試過程研究

申曉彥 郭佳旭 曹春芳 楊薇 姚素娟 王霞 邢璐 張曄

摘要：軟件測試過程在軟件開發(fā)中發(fā)揮著重要作用，傳統(tǒng)的基于V模型的軟件測試過程比較滯后，在軟件代碼完成之后才開始測試活動，當(dāng)發(fā)現(xiàn)軟件缺陷時需要付出較大的代價。該文提出了一種改進(jìn)的軟件測試過程，將測試過程中的確定測試需求、制定測試計劃、設(shè)計測試用例三個環(huán)節(jié)，與軟件需求分析、軟件概要設(shè)計、軟件詳細(xì)設(shè)計活動并行開展，有助于在軟件開發(fā)早期發(fā)現(xiàn)潛在的缺陷，能夠有效提升軟件質(zhì)量、縮短軟件開發(fā)周期、降低軟件開發(fā)成本。

關(guān)鍵詞：測試需求;測試計劃;測試設(shè)計;分析與總結(jié)

中圖分類號：TP311? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）09-0081-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

隨著軟件規(guī)模的攀升、軟件功能的復(fù)雜化、軟件缺陷的影響加劇，軟件測試的重要性日益凸顯。為了保證軟件測試的效率及質(zhì)量，需要采用規(guī)范化的軟件測試過程。

軟件測試過程指一個定義好的、受控制的、由人來執(zhí)行的過程，集成了測試概念、測試策略、測試技術(shù)和測試度量。軟件測試過程支持測試活動，為測試小組提供從測試計劃到測試輸出評價的指導(dǎo)。

本文對軟件測試過程進(jìn)行了深入的研究和分析，在原有V模型軟件測試過程[1]的基礎(chǔ)上，提出一種改進(jìn)的軟件測試過程，使軟件測試的設(shè)計階段與軟件開發(fā)過程并行開展，可在軟件開發(fā)早期發(fā)現(xiàn)潛在的缺陷，如：軟件需求的不可測試性、異常情況下軟件的缺陷等問題，能夠有效提升軟件質(zhì)量、縮短軟件開發(fā)周期。

1 概述

傳統(tǒng)的基于V模型的軟件測試過程如圖1所示，它將軟件測試與軟件設(shè)計階段分開，且軟件測試在軟件開發(fā)過程中處于比較靠后的階段，由此使得軟件設(shè)計階段的缺陷，在軟件開發(fā)后期才能被發(fā)現(xiàn)，而此時修改軟件將要付出較大的代價，容易導(dǎo)致軟件開發(fā)周期延長。

為使軟件測試盡早介入軟件開發(fā)過程，本文中提出在軟件開發(fā)過程的早期階段，開展軟件測試設(shè)計，與軟件需求分析、軟件概要設(shè)計、軟件詳細(xì)設(shè)計活動并行開展，改進(jìn)后的軟件測試過程如圖2所示。

由上圖可知，軟件開發(fā)的每個階段都有與之對應(yīng)的測試活動，軟件測試與軟件開發(fā)緊密相關(guān)，且貫穿于整個軟件生命周期。

2 軟件測試過程

根據(jù)測試對象與軟件開發(fā)過程，可將測試過程劃分四個階段，即單元測試、集成測試、配置項測試、系統(tǒng)測試。

每個階段的測試過程基本一致，可概括為：確定測試需求、制定測試計劃、設(shè)計測試用例、執(zhí)行測試、分析測試數(shù)據(jù)、總結(jié)測試活動[2-4]，如圖3所示。其中，確定測試需求、制定測試計劃、設(shè)計測試用例三個環(huán)節(jié)，可在軟件開發(fā)過程早期開展。即確定系統(tǒng)測試需求、制定系統(tǒng)測試計劃、設(shè)計系統(tǒng)測試用例，可與系統(tǒng)需求分析并行開展;確定軟件測試需求、制定軟件測試計劃、設(shè)計軟件測試用例，可與軟件需求分析并行開展;確定集成部件測試需求、制定集成部件測試計劃、設(shè)計集成部件測試用例，可與概要設(shè)計并行開展;確定單元測試需求、制定單元測試計劃、設(shè)計單元測試用例，可與詳細(xì)設(shè)計并行開展。

2.1 確定測試需求

根據(jù)軟件任務(wù)書、軟件需求說明、軟件設(shè)計說明等相關(guān)內(nèi)容，從軟件功能、軟件性能、軟件外部接口、各軟件之間的接口、軟件模塊之間的接口、軟件可靠性、軟件安全性、語句或分支覆蓋率等方面，在軟件開發(fā)階段早期，確定各項測試需求。

2.2 制定測試計劃

根據(jù)測試需求的內(nèi)容，按照如下步驟，規(guī)劃具體的測試活動，制定測試計劃：

1）確定參與測試的人員及分工;

2）提出測試所需的軟、硬件工具與設(shè)備;

3）規(guī)劃測試所需的環(huán)境，該環(huán)境可以是實際運行環(huán)境，也可以是模擬的運行環(huán)境。如果采用模擬環(huán)境，則應(yīng)將測試環(huán)境與真實環(huán)境進(jìn)行比較，對二者之間的差異性進(jìn)行分析說明;

4）按照測試需求，確定測試范圍，策劃需要開展測試內(nèi)容，以及測試進(jìn)展順序;

5）針對測試內(nèi)容，預(yù)計測試開展時間及進(jìn)度安排;

6）制定測試評價準(zhǔn)則與測試終止條件。

根據(jù)上述內(nèi)容，制定軟件測試計劃，用于指導(dǎo)測試工作。

2.3 設(shè)計測試用例

根據(jù)軟件測試需求、測試范圍、及測試內(nèi)容，設(shè)計測試用例，測試用例的類型可從以下幾方面考慮[3，5]：

1）功能測試;2）性能測試;3）外部接口測試;4）內(nèi)部接口測試;5）可靠性、安全性測試;6）邊界測試;7）余量測試;8）強度測試;9）時序測試。

按照測試級別的不同要求設(shè)計測試用例，可采用等價類劃分、邊界值分析、錯誤推測法[6]、因果圖等方法設(shè)計測試用例。測試用例應(yīng)兼顧測試的充分性和測試的效率，以及測試的可操作性和可復(fù)用性。設(shè)計測試用例時，應(yīng)重點關(guān)注以下內(nèi)容：

1）測試輸入及條件，應(yīng)包含正常范圍、異常范圍的輸入，以及輸入的時間與順序;

2）測試步驟，即測試執(zhí)行的具體過程;

3）預(yù)期測試結(jié)果，對每一步產(chǎn)生的結(jié)果均應(yīng)給出預(yù)期結(jié)果;

4）評價結(jié)果的準(zhǔn)則，包括輸出可能的變化范圍、最大/最小測試持續(xù)時間等;

5）測試終止條件，即正常或異常結(jié)束測試的條件。

與此同時，提出需求文檔、設(shè)計文檔中存在的各種缺陷，如：某項需求不具備可測試性、多個需求點之間存在邏輯矛盾、軟件對于異常情況的防御能力不足等，以便于軟件需求開發(fā)人員、軟件設(shè)計人員盡早發(fā)現(xiàn)并修改相關(guān)缺陷。

2.4 執(zhí)行測試

當(dāng)軟件代碼滿足執(zhí)行測試條件時，按以下順序執(zhí)行測試活動：

1）將測試所需的各項軟、硬件資源準(zhǔn)備到位，并搭建測試平臺;

2）編寫測試所需的驅(qū)動程序、樁程序;

3）根據(jù)設(shè)計的測試用例，按步驟逐項執(zhí)行;

4）記錄每一步的測試結(jié)果，并將其與預(yù)期測試結(jié)果進(jìn)行比較，按照評價結(jié)果的準(zhǔn)則，對測試結(jié)果進(jìn)行判定;

5）如果測試結(jié)果正確，測試全部通過，則可進(jìn)入下一環(huán)節(jié)“分析測試結(jié)果”;否則進(jìn)入第6步;

6）記錄并提交測試發(fā)現(xiàn)的Bug;

7）修正處理Bug，并記錄Bug的原因分析及解決措施;

8）針對修改的內(nèi)容進(jìn)行影響域分析，確定回歸測試用例，避免因更改引發(fā)新的缺陷。在確定回歸測試用例時，應(yīng)根據(jù)測試充分性對已有的測試用例集進(jìn)行約簡，減少測試用例集的冗余度，提高軟件測試的效率[7];

9）執(zhí)行回歸測試用例，如果測試用例通過，則可進(jìn)入下一環(huán)節(jié)“分析測試結(jié)果”;否則轉(zhuǎn)入第6步。

2.5 分析測試數(shù)據(jù)

每個階段測試結(jié)束后，采集測試相關(guān)數(shù)據(jù)，如：測試用例通過情況、測試用例新增或修改情況、缺陷數(shù)、缺陷的分布、缺陷關(guān)閉情況、測試實際執(zhí)行時間等。

并對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，得出相關(guān)的分析與統(tǒng)計結(jié)果，如：缺陷發(fā)現(xiàn)的效率、缺陷率、缺陷密度、缺陷關(guān)閉率等。必要時，可對各個模塊（或功能、接口）進(jìn)行缺陷分析。測試經(jīng)驗表明，測試缺陷越多的部分，其隱藏的缺陷也越多。

在采集與分析測試數(shù)據(jù)時，可采用測試過程管理平臺自動收集相關(guān)數(shù)據(jù)[8]，有助于提升采集、分析數(shù)據(jù)的效率與準(zhǔn)確率。

通過上述分析，可以為開發(fā)人員提供清晰的軟件分析結(jié)果，使其了解缺陷主要集中在哪些軟件功能、接口或模塊，以便于在后續(xù)開發(fā)時予以關(guān)注，避免同類問題重復(fù)發(fā)生。

2.6 總結(jié)測試活動

對各階段的測試活動進(jìn)行總結(jié)，根據(jù)測試結(jié)果和通過準(zhǔn)則，從以下方面評價測試工作和被測軟件，并形成測試報告。

1）測試的充分性;2）測試執(zhí)行及通過情況;3）測試發(fā)現(xiàn)的缺陷、缺陷分析及缺陷關(guān)閉情況;4）測試遺留缺陷描述，及其對軟件的影響;5）測試環(huán)境與實際環(huán)境的差異，以及差異對測試結(jié)果的影響;6）提供測試結(jié)論，測試是否通過;并可描述各項測試的測試結(jié)果、測試中出現(xiàn)的問題及處理情況等;7）從被測軟件的設(shè)計、編碼等方面，提出改進(jìn)建議。

3 結(jié)論

軟件測試的目的就是發(fā)現(xiàn)軟件的缺陷、提高軟件的質(zhì)量。改進(jìn)后的軟件測試過程，在盡早發(fā)現(xiàn)軟件缺陷、提高軟件質(zhì)量、縮短軟件研制周期等方面，具有顯著的優(yōu)勢。

經(jīng)統(tǒng)計，在軟件研制項目中采用上述軟件測試過程，可在軟件需求分析、軟件概要設(shè)計、軟件詳細(xì)設(shè)計階段，發(fā)現(xiàn)多項軟件缺陷，約占軟件缺陷總數(shù)的15%—20%;從而可以有效降低修改軟件缺陷而耗費的人力、物力資源，并可使軟件研制周期縮短約10%—20%。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周童，方彥軍.一種新的軟件測試過程模型—“跑道”模型[J].計算機測量與控制，2015，23（10）：3347-3349.

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[3] 王艷軍，王勇利，顧濱兵.基于GJB2725A的軍用軟件測試管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機測量與控制，2018，26（8）：133-137

[4] 楊薇，曹春芳，姚素娟，等.柴油機電控系統(tǒng)軟件測試設(shè)計及用例復(fù)用方法研究[J].自動化儀表，2018，39（9）：79-82.

[5] 馬海云，張少剛.軟件質(zhì)量保證與軟件測試技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2011：122-124.

[6] 鄭煒，楊喜兵，胡圣佑，等.基于變異分析和覆蓋準(zhǔn)則的回歸測試用例集縮減[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2017，35（3）：494-499.

【通聯(lián)編輯：朱寶貴】