2023年6月29日发(作者：)

　·　８４·计算机测量与控制．２０２２．３０（２）　犆狅犿狌狋犲狉犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋牔犆狅狀狋狉狅犾　狆测试与故障诊断文献标识码：Ａ文章编号：（）：／／１６７１４５９８２０２２０２００８４１１　　ＤＯＩ１０．１６５２６ｔ．２０２２．０２．０１３　　中图分类号：ＴＰ３．ｃｎｋｉ．１１－４７６２ｐｊ单元自动化测试中类的抽象内存模型研究杜婉莹，王雅文（北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室，北京　１）００８７６摘要：由于面向对象程序具有多态性等复杂特性，在软件单元测试中仅凭静态分析难以判断指针和引用指向对象的具体类型，为了解决这一问题，对类的抽象内存模型进行研究，并提出类的操作语义模拟算法；在路径分析时，通过构建和更新抽象内存模型，从而对变量所属类的范围进行限定；对于单元测试，对基于输入域的随机测试进行优化，提出基于路径的随机测试方法，得到输入变量的类型集合；实验表明，类的抽象内存模型结合操作语义模拟算法能够有效提取出路径中类相关的约束，基于路径的随机测试方法比起基于输入域的随机测试方法能够明显提高测试效率。关键词：面向对象；单元测试；抽象内存模型；符号表；静态分析；测试用例犚犲狊犲犪狉犮犺狅狀犃犫狊狋狉犪犮狋犕犲犿狅狉狅犱犲犾狅犳犆犾犪狊狊犲狊犻狀犃狌狋狅犿犪狋犲犱犝狀犻狋犜犲狊狋犻狀狔犕犵，ＷＡＮＧＹＤＵＷａｎｉｎａｗｅｎｙｇ（，ＢＳｔａｔｅＫｅａｂｏｒａｔｏｒｆＮｅｔｗｏｒｋｉｎｎｄＳｗｉｔｃｈｉｎｅｃｈｎｏｌｏｅｉｉｎｎｉｖｅｒｓｉｔｆｙＬｙｏｇａｇＴｇｙｊｇＵｙｏ，Ｂ）ｅｉｉｎ００８７６，ＣｈｉｎａＰｏｓｔｓａｎｄＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　１ｊｇ：Ｄ，犃犫狊狋狉犪犮狋ｕｅｔｏｔｈｅｐｏｌｍｏｒｈｉｓｍａｎｄｏｔｈｅｒｃｏｍｌｅｘｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｏｂｅｃｔ－ｏｒｉｅｎｔｅｄｐｒｏｒａｍｓｉｔｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｐｐｊｇｔｏｕｄｅｔｈｅｓｅｃｉｆｉｃｔｅｓｏｆｏｂｅｃｔｓｐｏｉｎｔｅｄｂｏｉｎｔｅｒｓａｎｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｏｎｌｔａｔｉｃａｎａｌｓｉｓｉｎｓｏｆｔｗａｒｅｕｎｉｔｔｅｓｔｉｎ．ｊｇｐｙｐｊｙｐｙｂｙｓｙｇ，Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍ，ｔｈｅａｂｓｔｒａｃｔｍｅｍｏｒｏｄｅｌｏｆｃｌａｓｓｅｓｉｓｓｔｕｄｉｅｄａｎｄａｎｏｅｒａｔｉｏｎｓｅｍａｎｔｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｙｍｐ，ａｌｏｒｉｔｈｍｏｆｃｌａｓｓｅｓｉｓｐｒｏｏｓｅｄ．Ｄｕｒｉｎａｔｈａｎａｌｓｉｓｔｈｅｃｌａｓｓｓｃｏｅｔｏｗｈｉｃｈｔｈｅｖａｒｉａｂｌｅｂｅｌｏｎｓｉｓｌｉｍｉｔｅｄｂｏｎｇｐｇｐｙｐｇｙｃ，ｓｔｒｕｃｔｉｎｎｄｕｄａｔｉｎｈｅａｂｓｔｒａｃｔｍｅｍｏｒｏｄｅｌ．Ｆｏｒｕｎｉｔｔｅｓｔｉｎｔｈｅｒａｎｄｏｍｔｅｓｔｉｎａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｎｕｔｄｏｍａｉｎｉｓｇａｐｇｔｙｍｇｇｂｐ，ｏｔｉｍｉｚｅｄａｎｄａｐａｔｈｂａｓｅｄｒａｎｄｏｍｔｅｓｔｉｎｅｔｈｏｄｉｓｐｒｏｏｓｅｄｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｔｅｓｅｔｏｆｉｎｕｔｖａｒｉａｂｌｅｓ．Ｅｘｅｒｉｍｅｎｔｓｐｇｍｐｙｐｐｐｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｂｓｔｒａｃｔｍｅｍｏｒｏｄｅｌｏｆｃｌａｓｓｅｓｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｏｅｒａｔｉｏｎｓｅｍａｎｔｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｌｏｒｉｔｈｍｃａｎｅｆｆｅｃｙｍｐｇｔｉｖｅｌｘｔｒａｃｔｔｈｅｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｃｌａｓｓｅｓｉｎｔｈｅｐａｔｈ，ａｎｄｔｈｅｐａｔｈｂａｓｅｄｏｎｒａｎｄｏｍｔｅｓｔｍｅｔｈｏｄｃａｎｓｉｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｅｇｙｉｍｒｏｖｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｆｔｅｓｔｉｎｏｍａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｕｔｄｏｍａｉｎｂａｓｅｄｏｎｒａｎｄｏｍｔｅｓｔｍｅｔｈｏｄ．ｐｙｏｇｃｐｐ：ｏ；；；；；犓犲狑狅狉犱狊ｂｅｃｔ－ｏｒｉｅｎｔｅｄｕｎｉｔｔｅｓｔｉｎａｂｓｔｒａｃｔｍｅｍｏｒｏｄｅｌｓｍｂｏｌｔａｂｌｅｓｔａｔｉｃａｎａｌｓｉｓｔｅｓｔｃａｓｅｊｇｙｍｙｙ狔０　引言如今，信息产业的蓬勃发展离不开信息技术的发展，涉及到了通信设备、计算机、软件等一系列领域。随着市场对软件质量要求和软件自身复杂度的不断提高，软件测试的重要性和软件测试在软件工程中］１所占的比例越来越大［。据统计，随着对软件可靠性］２发时间［，其中，单元测试作为软件测试的重要环节，其目的是检测各个单元模块的故障缺陷，会占用６０％左右的测试工作所花费的时间。与手工测试相比，自动化测试能降低系统测试和维护等阶段的成本、有效提高测试的效率和质量，同时能够显著提高３］，自动化测试工具测试覆盖率、大大扩展测试深度［的研发正逐渐受到重视。目前已有的自动化测试工具有Ｌ、ＰｏｉｓｃｏｅＲＱＡ、ｇｐ要求的提高，软件测试会占用４０％乃至６０％的总开收稿日期：；２０２１１１２３２０２１１２２１。　修回日期：基金项目：国家自然科学基金项目（）。Ｕ１７３６１１０作者简介：杜婉莹（，女，湖北鄂州人，硕士，主要从事软件自动化测试和程序静态分析相关领域方向的研究。１９９７）通讯作者：王雅文（，女，陕西凤翔人，博士，副教授，博士生导师，主要从事软件自动化测试和程序静态分析相关领１９８３）域方向的研究。引用格式：杜婉莹，王雅文．单元自动化测试中类的抽象内存模型研究［］计算机测量与控制，（）：Ｊ．２０２２，３０２８４９４．投稿网址：ｗｗｗ．ｓｃｌｋｚ．ｃｏｍｊｊｙ　Copyright©博看网 . All Rights Reserved.［４］、Ｄ、Ｐ节对提出的模型和算法进行实验并分析实验结果；第ＭａｃａｂｅｅｖＰａｒｔｎｅｒｕｒｉｆｙ等，这些测试工具要么分析代码的语法漏洞、要么统计程序执行时的数据，又或者是对功能的可行性和效率进行检测等。在这之中，单元测试工具有Ｃ、Ｃ＋＋Ｔ、ＵｎｉｔｅｓｔｐｐＶｅｃｔｏｒＣＡＳＴ、ＶｉｓｕａｌＵｎｉｔ等，它们能对程序进行静态分析、也能生成测试框架代码，然而大部分都不支持测试用例自动生成功能，需要依赖人工来完成测试用例生成操作，因此，对测试用例生成方法的研究具有重要的理论和实践价值［５］第２期杜婉莹，等：单元自动化测试中类的抽象内存模型研究·　８５·６节总结全文。１　类的抽象内存表示模型为了明晰函数中类对象的可取类型，以便确认单元测试的输入变量类型集合以及在函数调用点的函数１３］，可以在路径生成后，通过构建类摘要提取操作［的抽象内存模型并配合符号执行技术提取出路径上与类对象有关的约束，缩小类对象实际类型的可选范围，在精简测试用例集合的同时保证覆盖率，提高单元测试的效率。抽象内存模型是存储变量语义和约束的静态存储１４］介质，用于记录变量在符号执行中的动态变化［。。面向对象程序具有封装、继承、多态三大特性。其中，继承使子类可以直接拥有父类定义的属性和操作，减少代码冗余，增强代码的复用性和可扩展性；多态能使同一操作在不同子类中有不同的具体实现，６］让对象以适合自己的方式响应事件［。当子类重写父对程序执行自动测试，需要先通过静态分析得到测试所需的代码信息，为此需要构建符号表，它也是类的抽象内存模型的基础。类函数，并让父类的指针或引用指向子类对象时触发。多态的存在令程序的编写仅需指明要执行的操作，在实际执行时编译器会根据对象所属的具体类型来调用相应的方法，从而表现出不同的行为，灵活性更高［７］１１　类的符号表在静态建模中，抽象语法树是最重要的中间结构，它是源程序的一种抽象表现，也是提取程序信息的入手点。源程序的每行代码以及每个关键字都有对１５］应的抽象语法树节点［。。对于包含存在于继承体系中的类对象的源程［］８序，仅凭静态分析，编译器无法判断程序中类型转换语句的结果以及被调用函数所属的类。在测试用例生成时，如果需要对类对象进行实例化，对象类型的选取是用例生成效率和有效性的一个影响因素。静态生成测试用例开销更小，也具有一定的挑战性，而面向路径的测试用例生成在白盒测试中非常常见。其中，符号执行使用符号来表示程序的输入数据，模拟执行被分析程序，用符号表达式操作代替程序中对变量和参数的操作，是路径分析的一种常用手段。在这一方面，国内外都有不少研究人员参与了研发工作，例如，Ｅｕｃｌｉｄｅ定义了内存动态管理的９］操作语义模型［，许中兴等人提出了虚拟数组建模内１０１１］存［，赵云山等人设计实现了针对数值型变量的］１２符号执行系统［。在单元测试中，当被测函数的输对面向对象程序执行单元测试需要先通过静态分析得到被测函数模块的输入变量。这就需要遍历程序的抽象语法树，正确并完整地识别出程序中各个类、函数和变量的信息以及它们之间的关联关系，将其记录于符号表中，在随后生成测试用例时便能快速获取所需信息。本课题的研究重点是类，由类在组成结构方面的特点可以归纳出其基本信息，由此可得类对应符号表的结构如表１所示。表１　类对应符号表的属性属性ｃｌａｓｓＮａｍｅａｒｅｎｔｓｐｃｈｉｌｄｒｅｎｍｅｍＶａｒｓｍｅｍＭｅｔｈｏｄｓｉｓＡｂｓｔｒａｃｔｓｃｏｅｐ说明类名类的父类情况类的子类情况类的成员变量类的成员函数是否为抽象类类对应作用域入变量中含有父类引用时，如何选择类进行实例化，当被调用函数是某个基类的成员函数时，应该选择哪个类中的该函数进行摘要提取，通过静态分析来解决这些问题是本课题研究的重点。本文第１节对类的抽象内存表示模型进行概述；第２节介绍类的操作语义模拟算法；第３节介绍基于抽象内存模型的单元测试用例生成方法；第４节通过一个实例演示路径分析中抽象内存的变化过程；第５　面向对象程序中不同的类可能存在于不同的继承体系中，同一继承体系中类的属性也存在差异。如果该类存在于继承体系中，就将它的父类和子类对应的投稿网址：ｗｗｗ．ｓｃｌｋｚ．ｃｏｍｊｊｙCopyright©博看网 . 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All Rights Reserved.关，不会受实际所属类影响。例如，类Ａ符号表项和抽象内存模型是一一对应的，被测函ｌｅ继承ｐｐ数中的每个类、变量以及复杂变量的成员变量都有这两项信息。为了提高运行效率，ｍｅｍｂｅｒｓ初始为空，只有在初次遇到静态变量时，才为其创建抽象内存模型，并将映射关系添加进去，下一节中类对象的抽象内存模型同理。了类Ｆ，定义变量Ａ，将其向上转型为ｒｕｉｔｌｅａｐｐ，此时它的引用所属类为Ｆ，实际所属类为Ｆｒｕｉｔｒｕｉｔ，可以访问ＦＡｌｅｒｕｉｔ的静态成员，而无法访问ｐｐＡｌｅ的特有属性。然而，类对象的实际所属类在对ｐｐ路径的语义模拟和可达性分析、以及作为后续测试用例生成的参考中有很大作用。第２期杜婉莹，等：单元自动化测试中类的抽象内存模型研究·　８７·１４　类对象的抽象内存模型在路径分析中，对于首次遇到的类对象，要为其构建类对象的抽象内存模型。类对象离不开它所属的类，每个类对象都可以访问所属类的静态成员，这就需要指向对应的类类型的抽象内存模型的指针。由于面向对象程序的多态性，类对象的所属类需要进一步分为引用所属类和实际所属类，以便对类型转换语句和函数调用点进行分析，两者的意义不同，引用所属类从指向对象的指针或引用处获取，实际所属类记录于类对象的抽象内存模型中。类对象的抽象内存模型的结构如表３所示。表３　类对象的抽象内存模型属性属性ｓｍｂｏｌｙｖｉｒｔｕａｌＡｄｄｒｎａｍｅＤｅｃｌａｒａｔｉｏｎｎａｍｅｓｏｕｒｃｅｒｅａｌＣＴｅｙｐｍｅｍｂｅｒｓ说明代表当前变量的符号类对象的抽象内存单元地址变量对应符号表项变量名变量来源类对象的实际所属类类对象的非静态变量名和各个非静态变量对应抽象内存模型的映射关系２　类的操作语义模拟算法类对象作为非数值类型变量，在符号执行中仅仅２０］使用一个符号［对其进行表示是不够的，也不利于２１］对其求解，需要在路径分析中通使用约束求解器［过动态地抽象内存建模来描述它的语义和约束。使用抽象内存模型对非数值型变量的约束进行处理，从中提取出数值型约束，并将剩余部分转化为抽象内存中的存储结构。操作语义模拟算法能够在符号执行时根据某个程序点之前各个变量的语义和约束信息，以及当前语句的语义信息来更新相关变量的抽象内存模型，模拟出抽象内存中的状态变化。在符号执行中，当被测函数含有类对象时，构建类的抽象内存模型，配合操作语义模拟算法，提取出路径中的约束，对类对象的具体类型进行限定，从而生成满足路径条件的测试用例或者得到函数调用点处调用方法所属的类。与类有关的操作有对象创建、成员访问和类型转换，接下来以Ｃ＋＋语言为例，分析每种操作对应的操作语义模拟算法，并用形式化语言进行描述。２１　对象创建如表４所示，在Ｃ＋＋中，创建对象有两种方式———直接定义（见①）和通过指针创建（见②）。前者与基本数据类型变量的定义格式类似，对象在栈上分配内存，不会体现面向对象程序的多态性；后者定义一个指向对象的指针，后续可以使用指针访问对象的成员变量和成员函数，对象本身是匿名的，在堆上分配内存，可能存在父类指针指向子类对象的情况，２２］此时会出现多态［。使用ｎｅｗ创建的对象需要配合ｎａｍｅ要么为变量声明时的名字，要么为复杂变量的成员变量名，如数组变量ａｒｒａｙ的第一个成员变量的变量名为ａ］。ｒｒａ０ｙ［ｓｏｕｒｃｅ指明该变量是输入参数、局部变量、全局变量还是类成员变量，又或者是上述某个复杂变量的成员变量。其中，输入参数、全局变量、类成员变量均是测试用例的组成部分，局部变量则不需要放在测试用例中。ｒｅａｌＣＴｅ是类对象的抽象内存模型中最重要的ｙｐ属性，这是提取类型约束的关键，每个类对象的抽象内存模型都有指向所属类对应的类类型的抽象内存模型的指针。即使存在父类引用指向子类对象的情况，类对象能访问的静态成员也只与当前引用所属类有ｄｅｌｅｔｅ及时删除，以防止无用内存堆积。表４　对象创建的两种方式序号①②代码；ＣｌａｓｓＮａｍｅｖａｒ）；ＣｌａｓｓＮａｍｅｐ（＝ｎｅｗＣｌａｓｓＮａｍｅ投稿网址：ｗｗｗ．ｓｃｌｋｚ．ｃｏｍｊｊｙ　Copyright©博看网 . All Rights Reserved.抽象内存模型，则判断是否需要建立对象和成员之间对形如①的语句，直接为变量ｖａｒ创建类的抽象内存模型，首先判断是否已经创建了类ＣｌａｓｓＮａｍｅ对应的类类型的抽象内存模型，如果没有就进行构建；随后为变量ｖａｒ本身创建类对象的抽象内存模型，指定变量来源，变量的实际所属类为Ｃｌａｓｓ。无论是初次创建类类型的抽象内存模型还是Ｎａｍｅ初次创建类对象的抽象内存模型，都需要为其指定一个符号，在类的抽象内存区中新建一块抽象内存单元，并与对应的符号表项进行关联，且ｍｅｍｂｅｒｓ初始均为空。对形如②的语句，先为指针ｐ创建指针抽象内存模型，指定指针来源，定义指针状态为非空，再按上述步骤为指针ｐ指向的类对象创建类的抽象内存模型，建立两者之间的联系。综上所述，对象创建的操作语义模拟算法的形式化语言描述如表５所示。如果，没有对其赋值，那只是声明ＣｌａｓｓＮａｍｅ类的指针ｐ么它的初始状态为不确定，此时暂不需要创建类的抽象内存模型；如果约束指针状态为非空，但指针指向对象的类型尚不确定，那么类对象的实际所属类为空；如果类对象的引用所属类和实际所属类不同，还要判断两者是否存在继承关系。表５　对象创建的操作语义模拟算法序号算法（（（）））ｉｆｍｏｄｅｌ＝ｇｅｔＣｌａｓｓＭｏｄｅｌＣｌａｓｓＮａｍｅ＝＝ｎｕｌｌ（）；ｍｏｄｅｌ＝ｃｒｅａｔｅＣｌａｓｓＭｏｄｅｌＣｌａｓｓＮａｍｅ（）ｃｒｅａｔｅＯｂｅｃｔＭｏｄｅｌｖａｒｊ（）（）；．ｓｅｔＳｏｕｒｃｅｓｏｕｒｃｅ．ｓｅｔＲｅａｌＣＴｅｍｏｄｅｌｙｐ（）ｃｒｅａｔｅＭｏｄｅｌｐ（）（．ｓｅｔＳｏｕｒｃｅｓｏｕｒｃｅ．ｓｅｔＰＴＳｔａｔｅＮＯＴ＿ＮＵＬＬ）（））；．ｓｅｔＰＴ（ｃｒｅａｔｅＭｏｄｅｌｐ序号·　８８·　　计算机测量与控制　第３０卷的关联关系，并根据成员类型和语义信息提取约束即可，否则为其构建抽象内存模型。对形如③的语句，构建ｖａｒ和ｖａｒ．ｍｅｍ之间的关联关系；对形如④的语句，构建ｐ和ｐ－＞ｍｅｍ之间的关联关系。如果ｍｅｍ是静态变量，关联关系建立在类类型的抽象内存模型中；如果ｍｅｍ是非静态变量，关联关系建立在类对象的抽象内存模型中。综上所述，以形如③的语句为例，成员访问的操作语义模拟算法的形式化语言描述如表７所示。表７　成员访问的操作语义模拟算法算法（（）＝＝ｎ）ｉｆ（ｍｏｄｅｌ＝ｇｅｔＭｏｄｅｌｖａｒ．ｍｅｍ）ｕｌｌ（；ｍｏｄｅｌ＝ｃｒｅａｔｅＭｏｄｅｌｖａｒ．ｍｅｍ）！（）ｉｆ（ｉｓＳｔａｔｉｃｖａｒ．ｍｅｍ）（）（（），）；ｅｔＭｏｄｅｌｖａｒ．ｕｔＭｅｍｂｅｒｍｏｄｅｌ．ｅｔＮａｍｅｍｏｄｅｌ③ｇｐｇ（）ｉｆ（ｉｓＳｔａｔｉｃｖａｒ．ｍｅｍ）（）（）ｅｔＭｏｄｅｌｖａｒ．ｅｔＲｅａｌＣＴｅ．ｕｔＭｅｍｂｅｒｇｇｙｐｐ（（），ｍ）；ｍｏｄｅｌ．ｅｔＮａｍｅｏｄｅｌｇ值得注意的是，如果子类Ａｌｅ继承了父类ｐｐ，在抽象内存中同时存在类Ｆｒｕｉｔ的静态成员ｃｏｌｏｒＦｒｕｉｔ的抽象内存单元和类Ａｌｅ的抽象内存单元，ｐｐ且两个类类型的抽象内存模型的ｍｅｍｂｅｒｓ都包含，那么它们存储的ｃｃｏｌｏｒｏｌｏｒ理应指向同一个抽象内存模型，为便于查找，类的静态成员的完整变量名统一为定义所在类的类名＋变量名，比如，在这个例子中，类成员ｃｏｌｏｒ在抽象内存模型中存储的变量名为“：：ｃ”。Ｆｒｕｉｔｏｌｏｒ①②２３　类型转换２２　成员访问如表６所示，在Ｃ＋＋中，根据创建对象方式的不同，访问成员的方式也有两种———直接访问（见见④）。③）和通过指针访问（表６　成员访问的两种方式序号③④代码ｖａｒ．ｍｅｍｅｍｐ－＞ｍ类型转换是类的操作语义模拟算法关注的重点，只有当路径中存在对类对象的类型判断或者类型转换语句时，才能根据不同分支或是能使程序继续执行所需的转换条件对类对象的类型进行约束。对象的向上转型会自动完成，因为向上转型一定是安全的，但是一旦转型为父类对象，就无法再调用子类原本特有的方法；对象的向下转型需要进行强制类型转换，且必须先发生过向上转型、才能成功向下转型，否则会报错。在编译时，编译器无法判断对象实例化时传递的是什么数据类型，因此不会对强制类型转换进行　访问对象的ｍｅｍ成员时，如果已经为其构建了投稿网址：ｗｗｗ．ｓｃｌｋｚ．ｃｏｍｊｊｙCopyright©博看网 . All Rights Reserved.检查。基于抽象内存模型的测试用例生成Ｃ＋＋有４种强制类型转换函数，分别为ｃｏｎｓｔ＿、ｓ、ｄｃａｓｔｔａｔｉｃ＿ｃａｓｔｎａｍｉｃ＿ｃａｓｔ和ｒｅｉｎｔｅｒｒｅｔ＿ｙｐ。其中，ｃａｓｔｓｔａｔｉｃ＿ｃａｓｔ和ｄｎａｍｉｃ＿ｃａｓｔ均可以用ｙ于类层次结构中基类和派生类之间指针或引用的转换。ｓｔａｔｉｃ＿ｃａｓｔ类似Ｃ语言中的强制转型，不提供运行时类型检查，因此在进行类的向下转型时具有一定的安全隐患；而ｄｎａｍｉｃ＿ｃａｓｔ会在运行时对类型ｙ信息进行检查，对于无法强制转型的变量会返回，从而保证类型转换的安全性。由于这两个函ｎｕｌｌｔｒｐ数的特点，Ｃ＋＋中的所有隐式类型转换都会调用；而在编码时，对于显式类型转换则常常ｓｔａｔｉｃ＿ｃａｓｔ通过ｄｎａｍｉｃ＿ｃａｓｔ来实现ｙ对象。如果出现类型判断语句或者类型转换语句，判断类对象是否已经确定实际所属类，如果没有且待转换类型与引用所属类存在继承关系，用位于更底层的类型更新实际所属类，继续执行；如果有，判断待转换的类型是否处于引用所属类与实际所属类所在的继承体系中，如果在，用三者中位于更底层的类型更新实际所属类，继续执行，否则说明路径不可达。综上所述，类型转换的操作语义模拟算法的形式化语言描述如表８所示。表８　类型转换的操作语义模拟算法序号算法（）（）；ａｄｄｒＣＴ＝ｇｅｔＭｏｄｅｌ．ｅｔＡｄｄｒＣＴｅｐｇｙｐ（））（）；ｒｅａｌＣＴ＝ｇｅｔＭｏｄｅｌ．ｅｔＰＴ（．ｅｔＲｅａｌＣＴｅｇｇｙｐｐ）ｉｆ（ｒｅａｌＣＴ＝＝ｎｕｌｌ（）ｉｆ（ｅｘｔｅｎｄｓｃａｓｔＣＴ，ａｄｄｒＣＴ）　（））（ｅｔＭｏｄｅｌ．ｅｔＰＴ（．ｓｅｔＲｅａｌＣＴｅｌｏｗｅｒ　ｇｐｇｙｐ（）；ｃａｓｔＣＴ，ａｄｄｒＣＴ）⑤ｌｓｅ　ｅ／路径不可达　／ｅｌｓｅｉｆ（ｅｘｔｅｎｄｓ（ｃａｓｔＣＴ，ａｄｄｒＣＴ）＆＆ｅｘｔｅｎｄｓ　（）ｃａｓｔＣＴ，ｒｅａｌＣＴ）（））（ｅｔＭｏｄｅｌ．ｅｔＰＴ（．ｓｅｔＲｅａｌＣＴｅｌｏｗｅｒ　ｇｐｇｙｐ（）；ｃａｓｔＣＴ，ｒｅａｌＣＴ）ｌｓｅ　ｅ／路径不可达　／［］２３第２期杜婉莹，等：单元自动化测试中类的抽象内存模型研究·　８９·３　对函数模块执行单元测试可以采用基于输入域的随机测试、边界值测试和基于路径的随机测试等。提取出函数的输入变量，根据每个变量的数据类型生成多个随机值并组合成测试用例。其中，基于输入域的随机测试是指在变量的取值区间内生成随机值；边界值测试指的是在变量的取值范围的边界处生成随机值，除此之外还要考虑某些特殊值，例如对于整型变量，要特别考虑取值为０的情况。这两种测试方式简单高效，无需考虑函数内部的实现细节，可以很快生成大量测试用例，但是也很容易造成过多的冗余测试用例，并且生成的测试用例很难能够执行到函数内部２４］某些条件苛刻的语句［。此时可以根据函数的控制。在Ｊａｖａ中，通常使用ｉｎｓｔａｎｃｅｏｆ关键字来判断某个实例是否是某个类的流图提取出未覆盖元素集合，使用基于路径的随机测试来生成覆盖到这些元素的测试用例。当被测函数的输入变量含有基类的指针或引用且函数中出现了类型转换语句时，如果不对路径信息进行分析，就无法判断对变量进行初始化时应该传递哪种类型的实例。就算先不考虑基类为抽象类的情况，如果直接对该基类对象实例化，很有可能在类型转换时出错、或者在类型判断时无法执行到相应分支；如果对该基类的所有底层子类创建实例化对象，再以父类引用指向子类对象的方式进行赋值，很有可能会生成众多冗余的随机值，使最终得到的测试用例集合非常庞大，且测试的复杂程度会随着代码和继承体系复杂程度的提高而成倍增长，然而这其中很多都是没有必要的，会大大降低测试效率。这时，通过构建类的抽象内存模型，对类对象的具体类型进行约束，就能使生成的测试用例以较少的数量覆盖到尽可能多的语句。分析被测函数，提取类的类型判断语句和类型转换语句对应的覆盖元素，从下往上逐个分析。对于当前覆盖元素，判断其是否为未覆盖元素，若为未覆盖元素，生成经过该覆盖元素的路径，从函数入口开始，为输入变量中的类对象构建类的抽象内存模型，通过符号执行提取出路径上类相关的约束，得到变量的类型信息。当获得的类型信息中对象的实际所属类与之前不同时，如果分析得到的类是非抽象类，直接为其生成随机值对象；如果分析得到的类是抽象类，为其距离最近的非抽象子类生成随机值对象。将各个投稿网址：ｗｗｗ．ｓｃｌｋｚ．ｃｏｍｊｊｙ　Copyright©博看网 . All Rights Reserved.研究Ｃ＋＋程序中函数调用关系的静态分析方法时，输入变量的随机值组合成多组测试用例并代入执行，根据执行后的插装信息更新已覆盖元素集合和未覆盖２５］，如此反复。直到全部类型判断语句及元素集合［·　９０·　　计算机测量与控制　第３０卷考虑到了函数内部的类型转换语句，在记录变量的类型信息时，会分别记录变量的声明类型和动态类型，以便对后续出现的函数调用语句进行解析。目前已有的面向对象自动化单元测试工具，如针／对ＣＣ＋＋语言的ＰａｒａｓｏｆｔＣ＋＋Ｔｅｓｔ和针对Ｊａｖａ语言的Ｒａｎｄｏｏｐ，其研发的重心并不在函数输入变量中类对象的具体类型。当出现类的指针或引用变量时，很多都只为基类对象生成取值。只为基类对象生成取值、为所有派生类对象生成取值，以及对变量类型进行约束后生成取值，这三种测试用例生成方式的结果对比见下文中第五节。其分支和类型转换语句均已被覆盖，若覆盖率已达到１００％，结束测试；否则考虑变量的实际类型为基类本身的情况，如果基类为非抽象类，直接对其实例化，不然就对距离基类最近的非抽象子类生成实例化对象。对类对象的类型信息进行提取，除了在测试用例生成中起到了很大作用之外，在函数摘要的提取中也能派上用场。通过路径分析得到函数调用点处对象的实际所属类，从而得知动态执行时可能会调用哪些子类的方法，进而提取相应函数的函数摘要。先通过引用所属类对应的符号表项获取到方法的相关信息，如果该方法不能被重写，说明调用的就是引用所属类中的方法；如果方法可以被重写，就需要根据对象的实际所属类来判断。从实际所属类开始，由下往上查找该方法，直到找到该方法最新被重写的地方，即为后面会被调用执行的位置。现如今，许多研究人员都在思考具有更高测试用例利用率的自动测试用例生成方法，如通过约束求解来提高测试用例命中率。在面向过程程序的单元自动化测试领域，北京邮电大学的唐荣对Ｃ语言中非数值类型变量的抽象内存模型和约束提取算法进行了研究和设计，实现了支持非数值型测试用例自动生成的面向路径的约束求解测试。在面向对象程序的自动化测试领域，类虽然是重点研究对象，然而大部分研究工作都局限于单个类内部一个或多个函数间的测试，没有考虑到由于类的继承和多态等特性所导致的多个类之间的相互影响，也没有对函数内部的类型转换语句进行处理。北京邮电大学的陈江南在研究面向路径的类测试方法时，提出了类成员方法扩展控制流图生成算法，根据被调用函数所属类所在的继承体系，将完整路径分为基本子路径和实例化子路径两部分，所有可能的函数调用情况都作为实例化子路径配合分支节点添加到原有的控制流图中，两部分路径分别生成后再进行组合。陈江南的研究默认基本子路径不会涉及对类对象实际类型的约束，相当于为所有派生类对象生成取值。在这一方面，中国科学技术大学的黄双玲在４　实例分析为了验证前两节中介绍的操作语义模拟算法和基于路径的随机测试算法的可行性，接下来以图２中的被测函数为例，演示路径分析中抽象内存的变化过程，展示如何通过类的抽象内存建模提高函数的覆盖率。图２　商店进货的代码片段函数ｓ）的输入参数包含Ｇｔｏｃｋ（ｏｏｄｓ类的指针，且函数体内存在对变量的类型转换语句Ｌ２，ｏｏｄｓｇ它也是一条判断语句。初始时，已覆盖元素集合为空，Ｌ２尚未被覆盖，生成一条经过该条件表达式真分支的路径Ｐａｔｈ：Ｌ１－＞Ｌ２－＞Ｌ３。在路径的起始节点处，为指针ｇｏｏｄｓ在指针抽象内存区分配抽象内存单元Ｍｐ０，指针来源为输入参数，此处指针取值还无法确定，所以指针状态为ＮＯＴ＿ＳＵＲＥ，处理完毕后抽象内存的状态如表９所示。表９　指针抽象内存区状态一ｖｉｒＡｄｄｒｎａｍｅｓｏｕｒｃｅｔｅｙｐＰＴｓｔａｔｅＮＯＴ＿ＳＵＲＥ犕狆０ｏｏｄｓＰＡＲＭＧｏｏｄｓｇ投稿网址：ｗｗｗ．ｓｃｌｋｚ．ｃｏｍｊｊｙ　Copyright©博看网 . All Rights Reserved.中新建一块抽象内存单元Ｍ分析Ｌ——将指针ｇ１语句的语义—ｏｏｄｓ所指对象ｐ１，指针来源为局部变的两个成员ｗｅｉｈｔ和ｒａｔｉｏ相乘，并将乘积与全局ｇ。由变量ｔｏｔａｌＷｅｉｈｔ相加的结果赋值给ｔｏｔａｌＷｅｉｈｔｇｇ指针的约束提取算法可知，应为指针添加非空约束，且需要为指针指向的类对象创建类的抽象内存模型。类Ｇｏｏｄｓ对应的类结构抽象内存模型尚未被创建，为其在类的抽象内存区中分配抽象内存单元Ｍｃ０。为类对象创建类实例抽象内存模型，分配内，变量来源为参数成存单元Ｍｃｏｏｄｓｇ１，变量名为员，其实际所属类为Ｇ。为类对象ｇｏｏｄｓｏｏｄｓ添加成员ｇ，它们的数ｏｏｄｓ－＞ｗｅｉｈｔ和ｇｏｏｄｓ－＞ｒａｔｉｏｇ据类型分别为整型和浮点型，在基本抽象内存区中新建抽象内存单元Ｍｎｎｅｉｈｔ为实例ｇ０和Ｍ１。由于ｗ变量，只与ｇｏｏｄｓ这个具体实例有关，将其添加到Ｍｃａｔｉｏ为静态变量，与类有１的成员域中；而ｒ关，且在类Ｇｏｏｄｓ中定义，因此抽象内存模型中存储的变量名为Ｇ：：ｒ，将其添加到Ｍｏｏｄｓａｔｉｏｃ０的成员域中。最后，为整型变量ｔｏｔａｌＷｅｉｈｔ新建抽象内ｇ存单元Ｍｎ２，变量来源为全局变量，并根据表达式信息更新其符号值。执行完这些操作后，抽象内存的状态如表１０～１２所示。表１０　指针抽象内存区状态二ｖｉｒＡｄｄｒｎａｍｅｓｏｕｒｃｅＭｐ０ｔｅｙｐＰＴＭｃ１ｓｔａｔｅＮＯＴ＿ＮＵＬＬｖｉｒＡｄｄｒ表１１　类的抽象内存区状态二ｖｉｒＡｄｄｒＭｃ０Ｍｃ１ｎａｍｅＧｏｏｄｓｏｏｄｓｇｓｏｕｒｃｅＤＥＣＬＭＥＭＭｃ０ｒｅａｌＣＴｅｍｅｍｂｅｒｓｙｐ｛Ｍｎ１｝｛Ｍｎ０｝Ｍｎ０Ｍｎ１Ｍｎ２表１５　基本抽象内存区状态三ｓｍｂｏｌｙ＿ｗｇＧ＿ｒ＿ｔｗ＋ｇｗＧ＿ｒｎａｍｅｓｏｕｒｃｅｔｅｙｐｖｉｒＡｄｄｒＭｃ０Ｍｃ１Ｍｃ２表１４　类的抽象内存区状态三ｎａｍｅＧｏｏｄｓｏｏｄｓｇＦｏｏｄｓｏｕｒｃｅＤＥＣＬＭＥＭＤＥＣＬＭｃ２ｒｅａｌＣＴｅｍｅｍｂｅｒｓｙｐ｛Ｍｎ１｝｛Ｍｎ０｝｛｝第２期杜婉莹，等：单元自动化测试中类的抽象内存模型研究·　９１·量。要使条件表达式结果为真，应使变量ｇｏｏｄｓ能够成功进行类型转换，对指针ｆｏｏｄ添加不为空的约束。类对象ｇｏｏｄｓ的引用所属类和实际所属类均为Ｇｏｏｄｓ类，类Ｆｏｏｄ是类Ｇｏｏｄｓ的子类，约束ｏｏｄｓ的实际所属类为位于更底层的Ｆｏｏｄ类。为ｇＦｏｏｄ类在类的抽象内存区中分配一块抽象内存单元Ｍｃｃｏｏｄｓ的类２，Ｍ１的实际所属类指向它。对指针ｇ型转换不会改变它的取值，即所指类对象的地址，因此指针ｆｏｏｄ应指向同一个类对象，Ｍｐｐ０和Ｍ１的指针域均为Ｍｃ１。执行完这些操作后，抽象内存的状态如表１３～１５所示。表１３　指针抽象内存区状态三ｖｉｒＡｄｄｒｎａｍｅｓｏｕｒｃｅＭｐ０Ｍｐ１ｔｅｙｐＰＴＭｃ１Ｍｃ１ｓｔａｔｅＮＯＴ＿ＮＵＬＬＮＯＴ＿ＮＵＬＬｏｏｄｓＰＡＲＭＧｏｏｄｓｇｆｏｏｄＬＯＣＡＬＦｏｏｄｏｏｄｓＰＡＲＭＧｏｏｄｓｇｏｏｄｓ－＞ｗｅｉｈｔＭＥＭＩＮＴｇｇ：：ＧｏｏｄｓｒａｔｉｏＭＥＭＦＬＯＡＴｔｏｔａｌＷｅｉｈｔｇＧＬＯＢＩＮＴ分析Ｌ——将指针ｆ３语句的语义—ｏｏｄ所指对象的表１２　基本抽象内存区状态二ｖｉｒＡｄｄｒＭｎ０Ｍｎ１ｓｍｂｏｌｙ＿ｗｇＧ＿ｒｎａｍｅｓｏｕｒｃｅｔｅｙｐ两个成员ｗｅｉｈｔ和ｒａｔｉｏ相乘，并将乘积与全局变量ｇｔｏｔａｌＦｏｏｄＷｅｉｈｔ相加的结果赋值给ｔｏｔａｌＦｏｏｄｇ。指针ｆ，检查它Ｗｅｉｈｔｏｏｄ指向的类对象为ｇｏｏｄｓｇ的两个成员ｗｅｉｈｔ和ｒａｔｉｏ是否已经被添加。其中，ｇｗｅｉｈｔ为实例变量，已经被添加进类实例抽象内存ｇ模型Ｍｃｒａｔｉｏ为静态变量，在类１的成员域中；：：ｒ，在基Ｇｏｏｄｓ中定义，完整变量名为Ｇｏｏｄｓａｔｉｏ本抽象内存区中已经创建了相应的抽象内存单元Ｍｎｏｏｄｓ的实际所属类Ｆｏｏｄ１，然而它并没有与ｇ对应的类结构抽象内存模型Ｍｃ２建立关联关系，将　ｏｏｄｓ－＞ｗｅｉｈｔＭＥＭＩＮＴｇｇ：：ＧｏｏｄｓｒａｔｉｏＭＥＭＦＬＯＡＴｔｏｔａｌＷｅｉｈｔｇＧＬＯＢＩＮＴ＿Ｍｎｔｗ＋ｇｗＧ＿ｒ２分析Ｌ——将Ｇ２语句的语义—ｏｏｄｓ类的指针变量ｏｏｄ类的指针并赋值给局部变量ｏｏｄｓ向下转型为Ｆｇ，判断ｆｆｏｏｄｏｏｄ是否为空指针，不为空指针的真分支继续执行Ｌ３。为指针变量ｆｏｏｄ在指针抽象内存区投稿网址：ｗｗｗ．ｓｃｌｋｚ．ｃｏｍｊｊｙCopyright©博看网 . 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