黑盒測試的7種測試方法

黑盒測試也稱功能測試，它是通過測試來檢測每個功能是否都能正常使用。在測試中，把程序看作一個不能打開的黑盒子，在完全不考慮程序內(nèi)部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部特性的情況下，在程序接口進行測試，它只檢查程序功能是否按照需求規(guī)格說明書的規(guī)定正常使用，程序是否能適當?shù)亟邮蛰斎霐?shù)據(jù)而產(chǎn)生正確的輸出信息。黑盒測試著眼于程序外部結(jié)構(gòu)，不考慮內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)，主要針對軟件界面和軟件功能進行測試。

黑盒測試是以用戶的角度，從輸入數(shù)據(jù)與輸出數(shù)據(jù)的對應關系出發(fā)進行測試的。很明顯，如果外部特性本身設計有問題或規(guī)格說明的規(guī)定有誤，用黑盒測試方法是發(fā)現(xiàn)不了的。

黑盒測試有7種測試方法分別是等價類劃分法、邊界值分析法、錯誤推測法、因果圖法、判定表驅(qū)動法、功能圖法、正交實驗法。下面將一一介紹。

等價類劃分法

等價類劃分是把所有可能的輸入數(shù)據(jù)，即程序的輸入域劃分成若干部分(子集)，然后從每一個子集中選取少數(shù)具有代表性的數(shù)據(jù)作為測試用例。該方法是一種重要的，常用的黑盒測試用例設計方法。

1、劃分等價類：

等價類是指某個輸入域的子集合。在該子集合中，各個輸入數(shù)據(jù)對于揭露程序中的錯誤都是等效的。并合理地假定：測試某等價類的代表值就等于對這一類其它值的測試。因此，可以把全部輸入數(shù)據(jù)合理劃分為若干等價類，在每一個等價類中取一個數(shù)據(jù)作為測試的輸入條件，就可以用少量代表性的測試數(shù)據(jù)。取得較好的測試結(jié)果。等價類劃分可有兩種不同的情況：有效等價類和無效等價類。

有效等價類：是指對于程序的規(guī)格說明來說是合理的，有意義的輸入數(shù)據(jù)構(gòu)成的集合。利用有效等價類可檢驗程序是否實現(xiàn)了規(guī)格說明中所規(guī)定的功能和性能。

無效等價類：與有效等價類的定義恰巧相反。設計測試用例時，要同時考慮這兩種等價類。因為，軟件不僅要能接收合理的數(shù)據(jù)，也要能經(jīng)受意外的考驗。這樣的測試才能確保軟件具有更高的可靠性。

2、劃分等價類的方法：

下面給出六條確定等價類的原則。

①在輸入條件規(guī)定了取值范圍或值的個數(shù)的情況下，則可以確立一個有效等價類和兩個無效等價類。

②在輸入條件規(guī)定了輸入值的集合或者規(guī)定了“必須如何”的條件的情況下，可確立一個有效等價類和一個無效等價類。

③在輸入條件是一個布爾量的情況下，可確定一個有效等價類和一個無效等價類。

④在規(guī)定了輸入數(shù)據(jù)的一組值(假定n個)，并且程序要對每一個輸入值分別處理的情況下，可確立n個有效等價類和一個無效等價類。

⑤在規(guī)定了輸入數(shù)據(jù)必須遵守的規(guī)則的情況下，可確立一個有效等價類(符合規(guī)則)和若干個無效等價類(從不同角度違反規(guī)則)。

⑥在確知已劃分的等價類中各元素在程序處理中的方式不同的情況下，則應再將該等價類進一步的劃分為更小的等價類。

3、設計測試用例：

在確立了等價類后，可建立等價類表，列出所有劃分出的等價類：輸入條件 有效等價類 無效等價類

4、設計原則：

然后從劃分出的等價類中按以下三個原則設計測試用例：

①為每一個等價類規(guī)定一個唯一的編號。

②設計一個新的測試用例，使其盡可能多地覆蓋尚未被覆蓋地有效等價類，重復這一步。直到所有的有效等價類都被覆蓋為止。

③設計一個新的測試用例，使其僅覆蓋一個尚未被覆蓋的無效等價類，重復這一步，直到所有的無效等價類都被覆蓋為止。

邊界值分析法

邊界值分析方法是對等價類劃分方法的補充。

(1)邊界值分析方法的考慮：

長期的測試工作經(jīng)驗告訴我們，大量的錯誤是發(fā)生在輸入或輸出范圍的邊界上，而不是發(fā)生在輸入輸出范圍的內(nèi)部。因此針對各種邊界情況設計測試用例，可以查出更多的錯誤。使用邊界值分析方法設計測試用例，首先應確定邊界情況。通常輸入和輸出等價類的邊界，就是應著重測試的邊界情況。應當選取正好等于，剛剛大于或剛剛小于邊界的值作為測試數(shù)據(jù)，而不是選取等價類中的典型值或任意值作為測試數(shù)據(jù)。

(2)基于邊界值分析方法選擇測試用例的原則：

1、如果輸入條件規(guī)定了值的范圍，則應取剛達到這個范圍的邊界的值，以及剛剛超越這個范圍邊界的值作為測試輸入數(shù)據(jù)。

2、如果輸入條件規(guī)定了值的個數(shù)，則用最大個數(shù)，最小個數(shù)，比最小個數(shù)少一，比最大個數(shù)多一的數(shù)作為測試數(shù)據(jù)。

3、根據(jù)規(guī)格說明的每個輸出條件，使用前面的原則1。

4、根據(jù)規(guī)格說明的每個輸出條件，應用前面的原則2。

5、如果程序的規(guī)格說明給出的輸入域或輸出域是有序集合，則應選取集合的第一個元素和最后一個元素作為測試用例。

6、如果程序中使用了一個內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，則應當選擇這個內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的邊界上的值作為測試用例。

7、分析規(guī)格說明，找出其它可能的邊界條件。

錯誤推測法

基于經(jīng)驗和直覺推測程序中所有可能存在的各種錯誤，從而有針對性的設計測試用例的方法。

錯誤推測方法的基本思想： 列舉出程序中所有可能有的錯誤和容易發(fā)生錯誤的特殊情況，根據(jù)他們選擇測試用例。例如，在單元測試時曾列出的許多在模塊中常見的錯誤。以前產(chǎn)品測試中曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)的錯誤等，這些就是經(jīng)驗的總結(jié)。還有，輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)為0的情況。輸入表格為空格或輸入表格只有一行。這些都是容易發(fā)生錯誤的情況。可選擇這些情況下的例子作為測試用例。

因果圖法

前面介紹的等價類劃分方法和邊界值分析方法，都是著重考慮輸入條件，但未考慮輸入條件之間的聯(lián)系， 相互組合等。 考慮輸入條件之間的相互組合，可能會產(chǎn)生一些新的情況。但要檢查輸入條件的組合不是一件容易的事情，即使把所有輸入條件劃分成等價類，他們之間的組合情況也相當多。因此必須考慮采用一種適合于描述對于多種條件的組合，相應產(chǎn)生多個動作的形式來考慮設計測試用例。這就需要利用因果圖(邏輯模型)。

因果圖方法最終生成的就是判定表。它適合于檢查程序輸入條件的各種組合情況。

利用因果圖生成測試用例的基本步驟：

(1)分析軟件規(guī)格說明描述中，那些是原因(即輸入條件或輸入條件的等價類)，那些是結(jié)果(即輸出條件)，并給每個原因和結(jié)果賦予一個標識符。

(2)分析軟件規(guī)格說明描述中的語義。找出原因與結(jié)果之間， 原因與原因之間對應的關系。 根據(jù)這些關系，畫出因果圖。

(3)由于語法或環(huán)境限制，有些原因與原因之間，原因與結(jié)果之間的組合情況不可能出現(xiàn)。為表明這些特殊情況，在因果圖上用一些記號表明約束或限制條件。

(4)把因果圖轉(zhuǎn)換為判定表。

(5)把判定表的每一列拿出來作為依據(jù)，設計測試用例。從因果圖生成的測試用例(局部，組合關系下的)包括了所有輸入數(shù)據(jù)的取TRUE與取FALSE的情況，構(gòu)成的測試用例數(shù)目達到最少，且測試用例數(shù)目隨輸入數(shù)據(jù)數(shù)目的增加而線性地增加。

判斷表驅(qū)動法

1、條件樁：列出問題所有條件。通常認為列出的條件的次序不重要。

2、動作樁：列出問題規(guī)定可能采取的操作。這些操作的排列順序沒有約束。

3、條件項：列出針對它所列條件的取值，在所有可能的情況下的真假值。

4、動作項：列出針對它所列條件的取值，在所有可能情況下的真假值。

5、規(guī)則：任何一個條件組合的特定取值及其相應要執(zhí)行的操作。在判定表中貫穿條件項和動作項的一列就是一條規(guī)則。顯然，判定表中列出多少組條件取值，也就有多少條規(guī)則，條件項和動作項就有多少列。

判斷表建立依據(jù)和步驟：

1、確定規(guī)則的個數(shù)。假如有N個條件，每個條件有兩個取值(0、1)，故2N種規(guī)則。

2、列出所有的條件樁和動作樁。

3、填入條件項。

4、填入動作項。制定初始判定表。

5、簡化。合并相似規(guī)則或者相同動作。

適合使用規(guī)定判定表設計用例的條件：

1、規(guī)則說明以判定表的形式給出，或很容易轉(zhuǎn)換成判定表。

2、條件的排序順序不影響執(zhí)行那些操作。

3、規(guī)則的排列順序不影響執(zhí)行那些操作。

4、當某一規(guī)則的條件已經(jīng)滿足，并確定要執(zhí)行的操作后，不必檢驗別的規(guī)則。

5、如果某一規(guī)則要執(zhí)行多個操作，這些操作的執(zhí)行順序無關緊要。

功能圖法

用功能圖形象地表示程序的功能說明，機械的生成功能圖的用例。功能圖是一個黑盒、白盒混合用例設計方法。

功能圖由狀態(tài)遷移圖和邏輯功能模型構(gòu)成：

1、狀態(tài)遷移圖用于表示輸入數(shù)據(jù)序列及其相應的輸入數(shù)據(jù)。在狀態(tài)遷移圖中，有輸入數(shù)據(jù)和當前狀態(tài)決定輸出數(shù)據(jù)和后續(xù)狀態(tài)。

2、邏輯功能模型用于表示在狀態(tài)中輸入條件和輸出條件之間的對應關系。邏輯功能模型只適合于描述靜態(tài)說明，輸出數(shù)據(jù)僅由輸入數(shù)據(jù)決定。測試用例則由測試中經(jīng)過的一系列狀態(tài)和每個狀態(tài)中必須依靠輸入/輸出數(shù)據(jù)滿足的一對條件組成。

功能圖方法中要用到邏輯覆蓋和路徑測試的概念和方法。要求設計人員對程序邏輯結(jié)構(gòu)有清楚的了解。

生成用例：

1、生成局部測試用例：在每個狀態(tài)中，從因果圖生成局部測試用例。局部測試庫有原因值(輸入數(shù)據(jù))組合與對應的結(jié)果值(輸出數(shù)據(jù)或狀態(tài))構(gòu)成。

2、測試路徑生成：利用上面的規(guī)則生成從初始化狀態(tài)到最后狀態(tài)的測試路徑。

3、測試用例合成：合成測試路徑與功能圖中每個狀態(tài)的局部測試用例。結(jié)果是視狀態(tài)到最后狀態(tài)的一個狀態(tài)序列，以及每個狀態(tài)中輸入數(shù)據(jù)與對應輸出數(shù)據(jù)組合。

4、測試用例的合成算法：采用條件構(gòu)造樹。

正交試驗法

從大量的實驗數(shù)據(jù)中挑選適量的、有代表性的點，合理安排測試的設計方法。

1、提取功能說明，構(gòu)造因子--狀態(tài)表把影響實驗指標的條件稱為因子，而影響實驗因子的條件叫因子的狀態(tài)。利用正交實驗設計方法來設計測試用例時，首先要根據(jù)被測試軟件的規(guī)格說明書找出影響其功能實現(xiàn)的操作對象和外部因素，把他們當作因子;而把各個因子的取值當作狀態(tài)。對軟件需求規(guī)格說明中的功能要求進行劃分，把整體的、概要性的功能要求進行層層分解與展開，分解成具體的有相對獨立性的、基本的功能要求。這樣就可以把被測試軟件中所有的因子都確定下來，并為確定每個因子的權值提供參考的依據(jù)。確定因子與狀態(tài)是設計測試用例的關鍵。因此要求盡可能全面的、正確的確定取值，以確保測試用例的設計作到完整與有效。

2、加權篩選，生成因素分析表對因子與狀態(tài)的選擇可按其重要程度分別加權?？筛鶕?jù)各個因子及狀態(tài)的作用大小、出現(xiàn)頻率的大小以及測試的需要，確定權值的大小。

3、利用正交表構(gòu)造測試數(shù)據(jù)集利用正交實驗設計方法設計測試用例，比使用等價類劃分、邊界值分析、因果圖等方法有以下優(yōu)點：節(jié)省測試工作工時;可控制生成的測試用例數(shù)量;測試用例具有一定的覆蓋率。

測試方法的綜合策略：

1、首先進行等價劃分，包括輸入、輸出條件的等價劃分，將無限測試變成有限測試。

2、使用邊界值分析法。

3、使用錯誤推測發(fā)，追加一些用例。

4、對照程序邏輯，檢查用例設計的邏輯覆蓋，力求達到覆蓋標準。

5、程序功能說明中有輸入條件組合，就可選用因果圖和判定表驅(qū)動法。

6、對于參數(shù)配置類軟件，用正交試驗法選擇較少組合到達最佳效果。

7、功能圖是用例設計的好方法，通過不同時期條件的有效性設計不同的測試數(shù)據(jù)。對應業(yè)務流程清晰的系統(tǒng)，用場景法貫穿測試過程，在案例中綜合使用各種測試方法。