1、引言
測(cè)試設(shè)計(jì)遵循與軟件設(shè)計(jì)相同的工程原則。好的軟件設(shè)計(jì)包含幾個(gè)對(duì)測(cè)試設(shè)計(jì)進(jìn)行精心描述的階段。這些階段是：
● 測(cè)試策略
● 測(cè)試計(jì)劃
● 測(cè)試描述
● 測(cè)試過(guò)程
上述四個(gè)測(cè)試設(shè)計(jì)階段適用于從單元測(cè)試到系統(tǒng)測(cè)試各個(gè)層面的測(cè)試。
測(cè)試設(shè)計(jì)由軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明所驅(qū)動(dòng)。單元測(cè)試用于驗(yàn)證模塊單元實(shí)現(xiàn)了模塊設(shè)計(jì)中定義的規(guī)格。一個(gè)完整的單元測(cè)試說(shuō)明應(yīng)該包含正面測(cè)試（Positive Testing）和負(fù)面的測(cè)試（Negative Testing）。正面測(cè)試驗(yàn)證程序應(yīng)該執(zhí)行的工作，負(fù)面測(cè)試驗(yàn)證程序不應(yīng)該執(zhí)行的工作。
設(shè)計(jì)富有創(chuàng)造性的測(cè)試用例是測(cè)試設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本文檔介紹了測(cè)試說(shuō)明的一般設(shè)計(jì)過(guò)程，描述了一些結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)單元測(cè)試中采用的用例設(shè)計(jì)技術(shù)，同時(shí)也增加了面向?qū)ο缶幊讨袑?duì)類進(jìn)行單元測(cè)試所采用的測(cè)試用例設(shè)計(jì)技術(shù)，這些可作為軟件測(cè)試人員的參考閱讀資料。
2、設(shè)計(jì)單元測(cè)試說(shuō)明
一旦模塊單元設(shè)計(jì)完畢，下一個(gè)開(kāi)發(fā)階段就是設(shè)計(jì)單元測(cè)試。值得注意的是，如果在書(shū)寫(xiě)代碼之前設(shè)計(jì)測(cè)試，測(cè)試設(shè)計(jì)就會(huì)顯得更加靈活。一旦代碼完成，對(duì)軟件的測(cè)試可能會(huì)傾向于測(cè)試該段代碼在做什么（這根本不是真正的測(cè)試），而不是測(cè)試其應(yīng)該做什么。單元測(cè)試說(shuō)明實(shí)際上由一系列單元測(cè)試用例組成，每個(gè)測(cè)試用例應(yīng)該包含4 個(gè)關(guān)鍵元素：
被測(cè)單元模塊初始狀態(tài)聲明，即測(cè)試用例的開(kāi)始狀態(tài)（僅適用于被測(cè)單元維持了調(diào)用間狀態(tài)的情況）；
被測(cè)單元的輸入，包含由被測(cè)單元讀入的任何外部數(shù)據(jù)值；
該測(cè)試用例實(shí)際測(cè)試的代碼，用被測(cè)單元的功能和測(cè)試用例設(shè)計(jì)中使用的分析來(lái)說(shuō)明，如：?jiǎn)卧心囊粋€(gè)決策條件被測(cè)試；
測(cè)試用例的期望輸出結(jié)果，測(cè)試用例的期望輸出結(jié)果總是應(yīng)該在測(cè)試進(jìn)行之前在測(cè)試說(shuō)明中定義。
以下描述進(jìn)行測(cè)試用例設(shè)計(jì)，書(shū)寫(xiě)測(cè)試說(shuō)明的7步通用過(guò)程。
2.1 測(cè)試用例設(shè)計(jì)步驟
2.1.1 步驟1：首先使被測(cè)單元運(yùn)行
任何單元測(cè)試說(shuō)明的第一個(gè)測(cè)試用例應(yīng)該是以一種可能的簡(jiǎn)單方法執(zhí)行被測(cè)單元。看到被測(cè)單元第一個(gè)測(cè)試用例的運(yùn)行成功可以增強(qiáng)人的自信心。如果不能正確執(zhí)行，最好選擇一個(gè)盡可能簡(jiǎn)單的輸入對(duì)被測(cè)單元進(jìn)行測(cè)試/調(diào)試。
這個(gè)階段適合的技術(shù)有：
● 模塊設(shè)計(jì)導(dǎo)出的測(cè)試
● 對(duì)等區(qū)間劃分
2.1.2 步驟2：正面測(cè)試(Positive Testing)
正面測(cè)試的測(cè)試用例用于驗(yàn)證被測(cè)單元能夠執(zhí)行應(yīng)該完成的工作。測(cè)試設(shè)計(jì)者應(yīng)該查閱相關(guān)的設(shè)計(jì)說(shuō)明；每個(gè)測(cè)試用例應(yīng)該測(cè)試模塊設(shè)計(jì)說(shuō)明中一項(xiàng)或多項(xiàng)陳述。如果涉及多個(gè)設(shè)計(jì)說(shuō)明，最好使測(cè)試用例的序列對(duì)應(yīng)一個(gè)模塊單元的主設(shè)計(jì)說(shuō)明。
適合的技術(shù)：
● 設(shè)計(jì)說(shuō)明導(dǎo)出的測(cè)試
● 對(duì)等區(qū)間劃分
● 狀態(tài)轉(zhuǎn)換測(cè)試
2.1.3 步驟3：負(fù)面測(cè)試(Negative Testing)
負(fù)面測(cè)試用于驗(yàn)證軟件不執(zhí)行其不應(yīng)該完成的工作。這一步驟主要依賴于錯(cuò)誤猜測(cè)，需要依靠測(cè)試設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)判斷可能出現(xiàn)問(wèn)題的位置。
適合的技術(shù)有：
● 錯(cuò)誤猜測(cè)
● 邊界值分析
● 內(nèi)部邊界值測(cè)試
● 狀態(tài)轉(zhuǎn)換測(cè)試
2.1.4 步驟4：設(shè)計(jì)需求中其它測(cè)試特性用例設(shè)計(jì)
如果需要，應(yīng)該針對(duì)性能、余量、安全需要、保密需求等設(shè)計(jì)測(cè)試用例。
在有安全保密需求的情況下，重視安全保密分析和驗(yàn)證是方便的。針對(duì)安全保密問(wèn)題的測(cè)試用例應(yīng)該在測(cè)試說(shuō)明中進(jìn)行標(biāo)注。同時(shí)應(yīng)該加入更多的測(cè)試用例測(cè)試所有的保密和安全冒險(xiǎn)問(wèn)題。
適合的技術(shù)：設(shè)計(jì)說(shuō)明導(dǎo)出的測(cè)試
2.1.5 步驟5：覆蓋率測(cè)試用例設(shè)計(jì)
應(yīng)該或已有測(cè)試用例所達(dá)到的代碼覆蓋率。應(yīng)該增加更多的測(cè)試用例到單元測(cè)試說(shuō)明中以達(dá)到特定測(cè)試的覆蓋率目標(biāo)。一旦覆蓋測(cè)試設(shè)計(jì)好，就可以構(gòu)造測(cè)試過(guò)程和執(zhí)行測(cè)試。覆蓋率測(cè)試一般要求語(yǔ)句覆蓋率和判斷覆蓋率。
適合的技術(shù)：
● 分支測(cè)試
● 條件測(cè)試
● 數(shù)據(jù)定義－使用測(cè)試
● 狀態(tài)轉(zhuǎn)換測(cè)試
2.1.6 步驟6：測(cè)試執(zhí)行
使用上述5個(gè)步驟設(shè)計(jì)的測(cè)試說(shuō)明在大多少情況下可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)比較完整的單元測(cè)試。
到這一步，就可以使用測(cè)試說(shuō)明構(gòu)造實(shí)際的測(cè)試過(guò)程和用于執(zhí)行測(cè)試的測(cè)試過(guò)程。該測(cè)試過(guò)程可能是特定測(cè)試工具的一個(gè)測(cè)試腳本。
測(cè)試過(guò)程的執(zhí)行可以查出模塊單元的錯(cuò)誤，然后進(jìn)行修復(fù)和重新測(cè)試。在測(cè)試過(guò)程中的動(dòng)態(tài)分析可以產(chǎn)生代碼覆蓋率測(cè)量值，以指示覆蓋目標(biāo)已經(jīng)達(dá)到。因此需要在測(cè)試設(shè)計(jì)說(shuō)明中需要增加一個(gè)完善代碼覆蓋率的步驟。
2.1.7 步驟7：完善代碼覆蓋
由于模塊單元的設(shè)計(jì)文檔規(guī)范不一，測(cè)試設(shè)計(jì)中可能引入人為的錯(cuò)誤，測(cè)試執(zhí)行后，復(fù)雜的決策條件、循環(huán)和分支的覆蓋率目標(biāo)可能并沒(méi)有達(dá)到，這時(shí)需要進(jìn)行分析找出原因，導(dǎo)致一些重要執(zhí)行路徑?jīng)]有被覆蓋的可能原因有：
不可行路徑或條件——應(yīng)該標(biāo)注測(cè)試說(shuō)明證明該路徑或條件沒(méi)有測(cè)試的原因。
不可到達(dá)或冗余代碼——正確處理方法是刪除這種代碼。這種分析容易出錯(cuò)，特別是使用防衛(wèi)式程序設(shè)計(jì)技術(shù)（Defensive Programming Techniques）時(shí)，如有疑義，這些防衛(wèi)性程序代碼就不要?jiǎng)h除。
測(cè)試用例不足——應(yīng)該重新提煉測(cè)試用例，設(shè)計(jì)更多的測(cè)試用例添加到測(cè)試說(shuō)明中以覆蓋沒(méi)有執(zhí)行過(guò)的路徑
理想情況下，覆蓋完善階段應(yīng)該在不閱讀實(shí)際代碼的情況下進(jìn)行。然而，實(shí)際上，為達(dá)到覆蓋率目標(biāo)，看一下實(shí)際代碼也是需要的。覆蓋完善步驟的重要程度相對(duì)小一些。最有效的測(cè)試來(lái)自于分析和說(shuō)明，而不是來(lái)自于試驗(yàn)，依賴覆蓋完善步驟補(bǔ)充一份不好的測(cè)試設(shè)計(jì)。
適合的技術(shù)：
● 分支測(cè)試
● 條件測(cè)試
● 設(shè)計(jì)定義——試驗(yàn)測(cè)試
● 狀態(tài)轉(zhuǎn)換測(cè)試
2.2 用例設(shè)計(jì)的一般原則
注意到前面產(chǎn)生測(cè)試說(shuō)明步驟可以用下面的方法完成：
通常應(yīng)該避免依賴先前測(cè)試用例的輸出，測(cè)試用例的執(zhí)行序列早期發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤可能導(dǎo)致其他的錯(cuò)誤而減少測(cè)試執(zhí)行時(shí)實(shí)際測(cè)試的代碼量；
測(cè)試用例設(shè)計(jì)過(guò)程中，包括作為試驗(yàn)執(zhí)行這些測(cè)試用例時(shí)，常常可以在軟件構(gòu)建前就發(fā)現(xiàn)BUG。還有可能在測(cè)試設(shè)計(jì)階段比測(cè)試執(zhí)行階段發(fā)現(xiàn)更多的BUG。
在整個(gè)單元測(cè)試設(shè)計(jì)中，主要的輸入應(yīng)該是被測(cè)單元的設(shè)計(jì)文檔。在某些情況下，
需要將試驗(yàn)實(shí)際代碼作為測(cè)試設(shè)計(jì)過(guò)程的輸入，測(cè)試設(shè)計(jì)者必須意識(shí)到不是在測(cè)試代碼本身。從代碼構(gòu)建出來(lái)的測(cè)試說(shuō)明只能證明代碼執(zhí)行代碼完成的工作，而不是代碼應(yīng)該完成的工作。
3、測(cè)試用例設(shè)計(jì)技術(shù)
廣義地分為兩類：
黑盒測(cè)試：使用單元接口和功能描述，不需了解被測(cè)單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
白盒測(cè)試：使用被測(cè)單元內(nèi)部如何工作的信息
灰盒測(cè)試：借助于源代碼和測(cè)試工具等手段，通過(guò)黑盒和白盒測(cè)試相結(jié)合的方法進(jìn)行測(cè)試的技術(shù)。
測(cè)試設(shè)計(jì)最重要的因素是經(jīng)驗(yàn)和常識(shí)。測(cè)試設(shè)計(jì)者不應(yīng)該讓某種測(cè)試技術(shù)阻礙經(jīng)驗(yàn)和常識(shí)的運(yùn)用。
白盒測(cè)試用例設(shè)計(jì)：使用程序設(shè)計(jì)的控制結(jié)構(gòu)導(dǎo)出測(cè)試用例。
采用白盒測(cè)試的目的主要是:保證一個(gè)模塊中的所有獨(dú)立路徑至少被執(zhí)行一次；對(duì)所有的邏輯值均需要測(cè)試真、假兩個(gè)分支；在上下邊界及可操作范圍內(nèi)運(yùn)行所有循環(huán)；檢查內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以確保其有效性。
黑盒測(cè)試用例設(shè)計(jì)：使用詳細(xì)設(shè)計(jì)導(dǎo)出測(cè)試用例。
采用黑盒測(cè)試的目的主要是：檢查功能是否實(shí)現(xiàn)或遺漏；檢查人機(jī)界戶是否錯(cuò)誤；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或外部數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)錯(cuò)誤；性能等其它特性要求是否滿足；初始化盒終止錯(cuò)誤。