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第2章黑盒测试黑盒测试是一种常用的软件测试方法，它将被测软件看作一个打不开的黑盒，主要根据功能需求设计测试用例，进行测试。本章主要介绍几种常用的黑盒测试方法和黑盒测试工具，并通过实例介绍各种方法的运用。第2章黑盒测试2.1黑盒测试的基本概念2.2等价类划分2.3边界值分析法2.4因果图法2.5决策表法2.6黑盒测试方法的比较与选择2.7黑盒测试工具介绍2.1黑盒测试的基本概念黑盒测试是从一种从软件外部对软件实施的测试，也称功能测试或基于规格说明的测试。其基本观点是：任何程序都可以看作是从输入定义域到输出值域的映射，这种观点将被测程序看作一个打不开的黑盒，黑盒里面的内容(实现)是完全不知道的，只知道软件要做什么。因无法看到盒子中的内容，所以不知道软件是如何实现的，也不关心黑盒里面的结构，只关心软件的输入数据和输出结果。2.1黑盒测试的基本概念黑盒测试是从用户观点出发的测试，其目的是尽可能发现软件的外部行为错误。在已知软件产品功能的基础上，检测软件功能能否按照需求规格说明书的规定正常工作，是否有功能遗漏；检测是否有人机交互错误，是否有数据结构和外部数据库访问错误，是否能恰当地接收数据并保持外部信息（如数据库或文件）等的完整性；检测行为、性能等特性是否满足要求等；检测程序初始化和终止方面的错误等。2.1黑盒测试的基本概念黑盒测试着眼于软件的外部特征，通过上述方面的检测，确定软件所实现的功能是否按照软件规格说明书的预期要求正常工作.两个显著的优点：①黑盒测试与软件具体实现无关，所以如果软件实现发生了变化，测试用例仍然可以使用；②设计黑盒测试用例可以和软件实现同时进行，因此可以压缩项目总的开发时间。2.1黑盒测试的基本概念穷举输入测试是不现实的。这就需要我们认真研究测试方法，以便能开发出尽可能少的测试用例，发现尽可能多的软件故障。常用的黑盒测试方法有等价类划分、边界值分析、决策表测试等，每种方法各有所长，我们应针对软件开发项目的具体特点，选择合适的测试方法，有效地解决软件开发中的测试问题。2.2等价类划分等价类划分法是一种典型的黑盒测试方法，它完全不考虑程序的内部结构，只根据程序规格说明书对输入范围进行划分，把所有可能的输入数据，即程序输入域划分为若干个互不相交的子集，称为等价类，然后从每个等价类中选取少数具有代表性的数据作为测试用例，进行测试。2.2等价类划分2.2.1等价类划分方法所谓等价类是指输入域的某个互不相交的子集合，所有等价类的并便是整个输入域。1．划分等价类（1）有效等价类检验程序是否实现了规格说明预先规定的功能和性能。（2）无效等价类检查软件功能和性能的实现是否有不符合规格说明要求的地方。2.2.1等价类划分方法2．常用的等价类划分原则（1）按区间划分（2）按数值划分（3）按数值集合划分（4）按限制条件或规则划分（5）细分等价类2.2.1等价类划分方法在确立了等价类之后，可按表2.1的形式列出所有划分出的等价类表：表2.1等价类表同样，也可按照输出条件，将输出域划分为若干个等价类。输入条件有效等价类无效等价类2.2.1等价类划分方法3．等价类划分测试用例设计在设计测试用例时应同时考虑有效等价类和无效等价类测试用例的设计。根据等价类表设计测试用例，具体步骤如下：（1）为每个等价类规定一个唯一的编号。（2)设计一个新的测试用例，尽可能多地覆盖尚未被覆盖的有效等价类，重复这一步，直到测试用例覆盖了所有的有效等价类。（3)设计一个新的测试用例，使其覆盖并且只覆盖一个还没有被覆盖的无效等价类。重复这一步，直至测试用例覆盖了所有的无效等价类。2.2等价类划分2.2.2等价类划分法的测试运用１．三角形问题的等价类测试【例2．1】三角形问题是软件测试文献中使用最广泛的一个例子。输入三个整数a、b和c分别作为三角形的3条边，通过程序判断由这3条边构成的三角形类型是：等边三角形、等腰三角形、一般三角形或非三角形（不能构成一个三角形）。2.2.2等价类划分法的测试运用三角形问题可以更详细地描述为：输入3个整数a、b和c分别作为三角形的三条边，要求a、b和c必须满足以下条件：Con1．1≤a≤10Con2．1≤b≤100Con3．1≤c≤100Con4．ab+cCon5．ba+cCon6．ca+b如果a、b和c满足Con1、Con2和Con3，则输出为4种情况之一：①．如果不满足条件Con4、Con5和Con6中有一个，则程序输出为“非三角形”。②．如果三条边相等，则程序输出为“等边三角形”。③．如果恰好有两条边相等，则程序输出为“等腰三角形”。④．如果三条边都不相等，则程序输出为“一般三角形”。2.2.2等价类划分法的测试运用2．保险公司人寿保险保费计算程序的等价类测试【例2．2】某保险公司人寿保险的保费计算方式为：保费＝投保额×保险费率其中，保险费率根据年龄、性别、婚姻状况和抚养人数的不同而有所不同，体现在不同年龄、性别、婚姻状况和抚养人数，点数设定不同，10点及10点以上保险费率为0.6%，10点以下保险费率为0.1%；而点数又是由投保人的年龄、性别、婚姻状况和抚养人数来决定，具体规则见表2.5。年龄性别婚姻状况抚养人数20~3940~59其它MF已婚未婚1人扣0.5点，最多扣3点6点4点2点4点3点3点5点2.2.2等价类划分法的测试运用分析程序规格说明中给出和隐含的对输入数据的要求，可以得出：①年龄：一位或两位非零整数，取值的有效范围为1~99。②性别：一位英文字符，只能取‘M’或’F’值。③婚姻：字符，只能取‘已婚’或‘未婚’。④抚养人数：空白或字符‘无’或一位非零整数（1~9）⑤点数：一位或两位非零整数，取值范围为8~19通过对规格说明输入数据的取值分析，可以得出保险公司人寿保险保费计算程序的等价类。2.2.2等价类划分法的测试运用等价类测试存在两个问题：一是规格说明往往没有定义无效测试用例的期望输出应该是什么样的。因此，测试人员需要花费大量时间来定义这些测试用例的期望输出。二是强类型语言没有必要考虑无效输入。传统等价类测试是诸如FORTRAN和COBOL这样的语言占统治地位年代的产物，那时这种无效输入的故障很常见。事实上，正是由于经常出现这种错误，才促使人们使用强类型语言。2.3边界值分析法大量的软件测试实践表明，故障往往出现在定义域或值域的边界上，而不是在其内部。为检测边界附近的处理专门设计测试用例，通常都会取得很好的测试效果。因此边界值分析法是一种很实用的黑盒测试用例方法，它具有很强的发现故障的能力。2.3.1边界值分析法1．边界条件边界是一些特殊情况。程序在处理大量中间数值时都是正确，但是在边界处可能出现错误。边界条件就是软件计划的操作界限所在的边缘条件。一些可能与边界有关的数据类型有：数值，速度，字符，地址，位置，尺寸，数量等。同时，考虑这些数据类型的下述特征：第一个/最后一个，最小值／最大值，开始／完成，超过/在内，空／满，最短／最长，最慢/最快，最早/最迟，最高／最低，相邻／最远等。2.3.1边界值分析法其实边界值和等价类密切相关，输入等价类和输出等价类的边界是要着重测试的边界情况。在等价类的划分过程中产生了许多等价类边界。边界是最容易出错的地方，所以，从等价类中选取测试数据时应该关注边界值。在等价类划分基础上进行边界值分析测试的基本思想是，选取正好等于、刚刚大于或刚刚小于等价类边界的值作为测试数据，而不是选取等价类中的典型值或任意值做为测试数据。2.3.1边界值分析法2．边界值分析测试这里讨论一个有两个变量x1和x2的程序P。假设输入变量x1和x2在下列范围内取值:a≤x1≤b,c≤x2≤d边界值分析利用输入变量的最小值（min），稍大于最小值(min+)，域内任意值（nom），稍小于最大值(max-)，最大值(max)来设计测试用例。即通过使所有变量取正常值，只使一个变量分别去最小值，略高于最小值、略低于最大值和最大值。2.3.1边界值分析法对于一个n变量的程序，边界值分析测试会产生4n+1个测试用例。cdabx1x2cdabx1x2图2.1边界值分析测试用例2.3.1边界值分析法3.健壮性边界值测试健壮性测试是边界值分析的一种扩展。变量除了取min，min＋，nom，max－，max五个边界值外，还要考虑采用一个略超过最大值（max+）以及一个略小于最小值(min-)的取值，看看超过极限值时系统会出现什么情况。2.3.1边界值分析法健壮性边界值测试将产生6n+1个测试用例.健壮性测试最有意义的部分不是输人，而是预期的输出，观察例外情况如何处理。x1x2cdabx1x2cdab图2.2健壮性边界值测试用例2.3边界值分析法2.3.2边界值分析法的测试运用1.三角形问题的边界值分析测试用例设计边界值分析测试用例测试用例abc预期输出Test1Test2Test3Test4Test560606050506060605050126099100等腰三角形等腰三角形等边三角形等腰三角形非三角形Test6Test7Test8Test960605050129910060605050等腰三角形等腰三角形等腰三角形非三角形Test10Test11Test12Test1312991006060505060605050等腰三角形等腰三角形等腰三角形非三角形2.3.2边界值分析法的测试运用2．加法器边界值测试用例设计【例2．4】加法器程序计算两个1～100之间整数的和。对于加法器程序，根据输入要求可将输入空间划分为三个等价类，即1个有效等价类（1～100之间），两个无效等价类（1，100）。但这种等价类划分不是很完善，我们只考虑了输入数据的取值范围，而没有考虑输入数据的类型，我们认为输入应为整数，但用户输入什么都有可能。2.3.2边界值分析法的测试运用为此，我们可综合考虑输入数据的取值范围和类型划分等价类，其结果如下表所示。加法器等价类编号输入条件所属类别编号输入条件所属类别11～100之间整数有效等价类5非数值（字母）无效等价类21整数无效等价类6非数值（特殊字符）无效等价类3100整数无效等价类7非数值（空格）无效等价类4小数无效等价类8非数值（空白）无效等价类2.3.2边界值分析法的测试运用加法器边界测试用例测试用例输入数据预期输出加数1加数2和Test115051Test225052Test39950149Test410050150Test550151Test650252Test75099149Test850100150Test9050提示“请输入1～100间的整数”Test10500提示“请输入1～100间的整数”Test1110150提示“请输入1～100间的整数”Test1250101提示“请输入1～100间的整数”Test130.250提示“请输入1～100间的整数”2.3.2边界值分析法的测试运用加法器边界测试用例测试用例输入数据预期输出加数1加数2和Test14500.2提示“请输入1～100间的整数”Test15A50提示“请输入1～100间的整数”Test1650A提示“请输入1～100间的整数”Test17@50提示“请输入1～100间的整数”Test1850@提示“请输入1～100间的整数”Test19空格50提示“请输入1～100间的整数”Test2050空格提示“请输入1～100间的整数”Test2150提示“请输入1～100间的整数”Test2250提示“请输入1～100间的整数”2.3.2边界值分析法的测试运用应用边界值分析法进行测试用例设计时，应遵循以下一些原则：（1）如果输入条件对取值范围进行了限定，则应以边界内部以及刚超出范围边界外的值作为测试用例。（2）如果对取值的个数进行了界定，则应分别以最大、稍小于最大、稍大于最大、最小、稍小于最小、稍大于最小个数作为测试用例。（3）对于输出条件，同样可以应用上面提到的两条原则来进行测试用例设计。（4）如果程序规格说明书中指明输入或者输出域是一个有序的集合