靜態分析工具和動態測試工具

靜態分析工具和動態測試工具      軟件測試

一、靜態分析工具

靜態分析程序不需要執行所測試的程序，它掃描所測試程序的正文，對程序的數據流和控制流進行分析。然后送出測試報告。通常，它具有以下幾類功能：
    (1)對模塊中的所有變量，檢查其是否都已定義，是否引用了未定義的變量，是否有已賦過值但從未使用的變量。實現方法是建立變量的交叉引用表。
    (2)檢查模塊接口的一致性。主要檢查子程序調用時形式參數與實際參數的個數、類型是否一致，輸入輸出參數的定義／使用是否匹配、數組參數的維數、下標變量的范圍是否正確，各子程序中使用的公用區(或外部變量、全局變量)定義是否一致等等。
    (3)檢查在邏輯上可能有錯誤的結構以及多余的不可達的程序段。如交叉轉入轉出的循環語句，為循環控制變量賦值，存取其他模塊的局部數據等。
    (4)建立“變量／語句交叉引用表”、“子程序調用順序表”、“公用區／子程序交叉引用表”等。利用它們找出變量錯誤可能影響到哪些語句，影響到哪些其他變量等。
    (5)檢查所測程序違反編程標準的錯誤。例如，模塊大小、模塊結構、注釋的約定、某些語句形式的使用，以及文檔編制的約定等。
    (6)對一些靜態特性的統計功能：各種類型源語句的出現次數，標識符使用的交叉索引，標識符在每個語句中使用的情況，函數與過程引用情況，任何輸入數據都執行不到的孤立代碼段，未經定義的或未曾使用過的變量，違背編碼標準之處，公共變量與局部變量的各種統計。
    靜態分析工具的結構一般由四部分組成：語言程序的預處理器、數據庫、錯誤分析器和報告生成器。預處理器把詞法分析與語法分析結合在一起，以識別各種類型的語句。源程序被劃分為若干程序模塊單元(如主程序與一些子程序)，同時生成包含變量使用、變量類型、標號與控制流等信息的許多表格。有些表格是全局表，它們反映整個程序的全局量信息，如模塊名、函數及過程調用關系、全局量等。有些表格是局部表，它們對應到各個模塊，記錄模塊中的各種結構信息，如標號引用表、分支索引表、變量屬性表、語句變量引用、數組或記錄特性表等。中國自學編程網整理發布所有表格都存入數據庫。不少測試工具有專門設計來存放各種信息的數據庫，通常以命令語言的形式來作為查詢語言。也有使用商用數據管理系統的。錯誤分析器在用戶指導下利用命令語言或查詢語言與系統通信進行查錯。并把檢查結果造表輸出。

二、動態測試工具

動態測試就是通過選擇適當的測試用例，實際運行所測程序，比較實際運行結果和預期結果，以找出錯誤。動態測試分為結構測試與功能測試。在結構測試中常采用語句測試、分支測試或路徑測試。作為動態測試工具，它應能使所測試程序有控制地運行，自動地監視、記錄、統計程序的運行情況。典型方法是在所測試程序中插入檢測各語句的執行次數、各分支點、各路徑的探針(probe)，以便統計各種覆蓋情況。有些程序設計語言的源程序清單中沒有標號，在進行靜態分析或動態測試時，還要重新對語句進行編號，以便能標志各分支點和路徑。在有些程序的測試中，往往要統計各個語句執行時的cPU時間，以便對時間花費最多的語句或程序段進行優化。
    (1)測試覆蓋監視程序
    主要用在結構測試中，可以監視測試的實際覆蓋程度。主要的工作有：分析并輸出每一可執行語句的執行特性；中國自學編程網整理發布分析并輸出各分支或各條路徑的執行特性；計算并輸出程序中謂詞的執行特性；為此，測試覆蓋監視程序的工作過程分為以下三個階段：
    1)對所測試程序做預處理。如在程序的分支點和匯合點插入“執行計數探針”；在非簡單賦值語句(相對于賦常數值或下標計算等簡單賦值語句而言)后插入“記憶變量值探針”，記錄變量的首次賦值、末次賦值、最小值、最大值。以及在循環語句中插入“記憶控制變量值探針”，記錄循環控制變量的首次賦值、末次賦值、最小值、最大值。
    2)編譯預處理后的源程序，運行目標程序。在運行過程中，利用探針，監視、檢查程序的動態行為，收集與統計有關信息。
    3)一組測試后，可以根據要求，輸出某一語句的執行次數，某一轉移發生的次數，某賦值語句的數值范圍，某循環控制變量的數據范圍，某子程序運行的時間、所調用次數等。從而發現在程序中從未執行的語句，不應該執行而實際執行了的語句，應該執行但實際沒有執行的語句，以及發現不按預定要求終止的循環、下標值越界、除數為零等等異常情況。
    (2)斷言處理程序
    “斷言”是指變量應滿足的條件。例如，I<10，A(6)>O等。在所測試源程序中，在指定位置按一定格式，用注釋語句寫出的斷言叫做斷言語句。在程序執行時，對照斷言語句檢查事先指定的斷言是否成立?？梢詭椭鷱碗s系統的檢驗、調試和維護。
    斷言分局部性斷言和全局性斷言兩類。局部性斷言，是指在程序的某一位置上，例如，重要的循環或過程的入口和出口處，或者在一些可能引起異常的關鍵算法之前設置的斷言語句。例如在賦值語句A—B／z之前，設置局部性斷言語句：
    C ASSERT L()CAL(Z<>O)
    全局性斷言，是指在程序運行過程中自始至終都適用的斷言。例如，變量I、J、K只能取O到100之間的值，變量M、N只能取2、4、6、8四個值等。全局性斷言寫在程序的說明部分。描述格式為
    C  ASSERT VALUES(I，J，K)(O：100)
    C  ASSERT VALUES(M，N)(2，4，6，8)
    程序員在每個變量、數組的說明之后，都可寫上反映其全局特性的斷言。
    動態斷言處理程序的工作過程如下：
    1)動態斷言處理程序對語言源程序做預處理，為注釋語句中的每一個斷言插入一段相應的檢驗程序。
    2)運行經過預處理的程序，檢驗程序將檢查程序的實際運行結果與斷言所規定的邏輯狀態是否一致。對于局部性斷言，每當程序執行到這個位置時，相應的檢驗程序就要工作；對于全局性斷言，在每次變量被賦值后，相應的檢驗程序就進行工作。
    動態斷言處理程序還要統計檢驗的結果(即斷言成立或不成立的次數)，在發現斷言不成立的時候，還要記錄當時的現場信息，如有關變量的狀態等。處理程序還可按測試人員的要求，在某個斷言不成立的次數已達指定值時中止程序的運行，并輸出統計報告。[Page]
    3)一組測試結束后，程序輸出統計結果、現場信息，供測試人員分析。
    (3)符號執行程序
    符號執行法是一種介于程序測試用例執行與程序正確性證明之間的方法。它使用了一個專用的程序，對輸入的源程序進行解釋。在解釋執行時，所有的輸入都以符號形式輸入到程序中，這些輸入包括基本符號，數字及表達式等。符號執行的結果，可以有兩個用途：其一是可以檢查公式的執行結果是否達到程序預期的目的；其二是通過程序的符號執行，產生程序的路徑，為進一步自動生成測試數據提供條件。
    解釋程序在對象源程序的判定點計算謂詞。一個條件語句if……then…else的兩個分支在一般情況下需要進行并行計算。語法路徑的分支形成一棵“執行樹”，樹中每一個結點都是一個
表示執行到該結點時累加判定的謂詞。一旦解釋程序對對象源程序的每一條語法路徑都進行了符號計算，就會對每一條路徑給出一組輸出，它是用輸
入再加上遍歷這條路徑所必須滿足的條件的謂詞組這兩者的符號形式表示的。實際上，這種輸出包含了程序功能的定義。在理想情形下，這種輸出可以自動地與可用機器執行的程序所要具備的功能進行比較。否則可用手工進行比較。由于語法路徑的數目可能很大，再加上其中有許多是不可達路徑，這時可對執行樹進行修剪。但是修剪時必須特別小心，不要把“重要”路徑無意中修剪掉。另外，還有一個問題：如果對象源程序中包含有一個循環，而循環的終止取決于輸入的值，那么執行樹就會是無窮的，這時，必須加以人工干預，進行某種形式的動態修剪，以恢復解釋執行。
    符號執行更有用的一個結果是用于產生測試數據。符號執行的各種語法路徑輸出的累加謂詞組(只要它是可解的)定義了一組等價類，每一等價類又定義了遍歷相應路徑的輸出，可依據這種信息來選擇測試數據。尋找好的測試數據就等于尋找語義(即可達)路徑，中國自學編程網整理發布它屬于語法路徑的子集，因此，可依據這種信息來選擇測試數據。
    符號執行方法還可以度量測試覆蓋程度。如果路徑謂詞的析取值為真(true)，則該測試用例的集合就“覆蓋”了源程序。如果不是這樣，該析取值的取假(false)，表示源程序有沒有測試到的區域。

4)除了覆蓋分析這個最重要的特性外，下列動態特性也經常作為測試的結果予以分析
    1)調節分析：確定所測程序哪些部分執行次數最多，哪些部分執行次數最少，甚至未執行過。
    2)成本估算：確所測程序哪些部分執行開銷最大。
    3)時間分析：報告某一程序或其部分程序的cPu執行時間。
    4)資源利用：分析與硬件和系統軟件相關的資源利用情況。

原文轉自：http://www.anti-gravitydesign.com