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線性程式碼順序及跳轉

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線性程式碼順序及跳轉(Linear code sequence and jump)簡稱LCSAJ,是軟體測試相關的術語。其廣義的定義是一種程式分析方式,可以識別出要測試程式碼中的結構單元。其主要用途是用在動態軟體分析英語Dynamic program analysis中,來確認「測試到什麼程度才算是足夠?」[1]。動態軟體分析用來衡量軟體測試資料的品質以及有效性,而其量化數據是由要測試程式碼中的結構單元數量來確認。動態分析若是用來量化測試資料中的結構單元數量,此分析也會稱為是結結構覆蓋率分析

線性程式碼順序及跳轉也有狹義的定義,是程式碼中明確定義的一段連續程式碼,此定義下的LCSAJ也稱為跳躍—跳躍路徑(JJ-path)。

歷史

LCSAJ分析法是由Michael Hennell英語Michael Hennell教授提出,目的是為了評估原子核物理學用到的數學函式庫的品質[2][3]。Hennell教授後來成立了LDRA公司英語Liverpool Data Research Associates,將為計劃開發的測試平台商品化販售,也就是後來的LDRA Testbed英語LDRA Testbed

LCSAJ是從1976年開始的[4],現在也稱為是跳躍—跳躍路徑(JJ-path)[5]

LCSAJ程式區塊的定義及特點

LCSAJ是程式路徑中的一部份,包括一段線性(連續)程式碼,後面有條件流程跳躍指令,並且包括以下三部份的程式碼 [6]

  • 線性程式碼的啟始
  • 線性程式碼的結束
  • 線性程式碼結束後,依控制流程會跳躍到的目的程式。

LCSAJ和(最大的)基礎區塊不同,LCSAJ可以彼此重疊,因為可能在LCSAJ程式碼中間會出現跳躍到其他程式的跳躍指令,而基礎區塊程式碼中間不允許有跳躍指令。而且,條件式跳躍就會產生互相重疊的LCSAJ,條件成立時會執行程式碼A,條件不成立時會執行程式碼B,這就產生二段重疊的LCSAJ。因此,每一個基礎區塊都是LCSAJ,但LCSAJ可能會包括一個到多個基礎區塊。根據1986年的一篇文章指出,LCSAJ的大小多半是基礎區塊的四倍[7]

以下是用到基礎區塊的正式LCSAJ定義[8]

一個到多個連續編號p, (p+1), ..., q基礎區塊程式單元的序列,之後有一個控制流程的跳躍,可能是跳出此程式碼單元,或是到編號為r的基礎區塊,r≠(q+1)。有關編號p,可能p=1,或者有其他的基礎區塊會跳到編號為p的基礎區塊(在LCSAJ的跳躍指令中,會說明要跳躍到的基礎區塊)

根據Jorgensen 2013年版的教科書,在英國以外,且不是ISTQB以外的文獻中,會將此敘述稱為是決策到決策路徑(DD-path)[9]

有效測試的比率

覆蓋率分析度量可以確認測試進行的程度如何。最基本的度量是有執行到敘述,相對於所有敘述的比例,有效測試比率1(TER1)[10]

也有較高階的覆蓋率分析度量,例如考慮執行到控制流跳躍的比例,或是執行到LCSAJ的比例[11]

上述的度量有階層的關係,若TER3 = 100%,表示TER2 = 100%,且TER1 = 100%。

TER1和TER2的度量約在1970年代初期出現,TER3則是在1970年代末期。在DO-178英語DO-178標準剛開始時,有要求TER1 = 100%,後來在1992年加上MC/DC(修改條件判斷覆蓋)的額外要求[12]。許多專案會強制要求更高階的 TER3 = 100%,例如航太、通訊以及銀行[來源請求]。在使用TER3時,有一個實務上的問題,是許多LCSAJ有包括互相矛盾的條件,因此無法執行到。

例子

考慮以下的C語言程式:

#include    <stdlib.h>
#include    <string.h>
#include    <math.h>

#define MAXCOLUMNS  26
#define MAXROW      20
#define MAXCOUNT    90
#define ITERATIONS  750

int main (void)
{
    int count = 0, totals[MAXCOLUMNS], val = 0;

    memset (totals, 0, MAXCOLUMNS * sizeof(int));

    count = 0;
    while ( count < ITERATIONS )
    {
        val = abs(rand()) % MAXCOLUMNS;
        totals[val] += 1;
        if ( totals[val] > MAXCOUNT )
        {
            totals[val] = MAXCOUNT;
        }
        count++;
    }
    
    return (0);

}

這段程式中對應的LCSAJ程式啟始、結束及跳轉目標列表如下:

LCSAJ編號 啟始行 結束行 跳轉目標行
1 10 17 28
2 10 21 25
3 10 26 17
4 17 17 28
5 17 21 25
6 17 26 17
7 25 26 17
8 28 28 −1

從這段程式可以看出LCSAJ識別到的程式碼可能會包括決策點,表示有經過決策判斷,判斷後的結果是繼續執行後面的程式。例如例子中的LCSAJ 2就包括了while指令,而當時的情形是(count < ITERATIONS)條件成立。

每一行程式都會劃分在一個或是多個LCSAJ範圍內,因此有每一行的LCSAJ密度,例如第17行出現在6個LCSAJ範圍內,因此其LCSAJ密度為6。在評估程式的可維護性時很有幫助,每一行的LCSAJ密度也反映了修改那一行會影響的LCSAJ數量。

若測試資料可以使所有的LCSAJ都至少執行一次,就滿足TER3 = 100%的覆蓋率等級。

參考資料

  1. ^ M.A.Hennell, D.Hedley and M.R.Woodward, "Quantifying the test effectiveness of Algol 68 programs", Proceedings of the Strathclyde ALGOL 68 conference 1977, pp. 36 – 41, ISSN 0362-1340
  2. ^ M. A. Hennell, An experimental testbed for numerical software. {I}. {Fortran}, The Computer Journal 21(4):333--336, @nov, 1978
  3. ^ M. A. Hennell and D. Hedley, An experimental testbed for numerical software. {II}. {ALGOL 68}, The Computer Journal 22(1):53--56, @feb, 1979
  4. ^ M.A. Hennell, M.R.Woodward and D.Hedley, "On program analysis", Information Processing Letters, 5(5), pp. 136 – 140, 1976
  5. ^ M. R. Woodward, M. A. Hennell, "On the relationship between two control-flow coverage criteria: all JJ-paths and MCDC", Information and Software Technology 48 (2006) pp. 433–440
  6. ^ M.A.Hennell, D.Hedley and I.J.Riddell, "Assessing a Class of Software Tools", Proceedings of the 7th International Conference on Software Engineering March 1984, pp. 266 – 277. ISSN 0270-5257
  7. ^ Martyn A. Ould and Charles Unwin (編). Testing in Software Development. Cambridge University Press. 1986: 102. ISBN 978-0-521-33786-1. 
  8. ^ Groenda, Henning. Certifying Software Component Performance Specifications. KIT Scientific Publishing. 2013: 198–200. ISBN 978-3-7315-0080-3.  quoting from Yates, D. F. Inclusion, subsumption, JJ-paths, and structured path testing: a Redress. Software Testing, Verification and Reliability. 2009, 19 (3): 199–213. doi:10.1002/stvr.400. 
  9. ^ Paul C. Jorgensen. Software Testing: A Craftsman’s Approach, Fourth Edition. CRC Press. 2013: 136. ISBN 978-1-4665-6068-0. 
  10. ^ J.R.Brown, "Practical Application of Automated Software Tools", TRW Report No. TRW-SS-72-05, presented at WESCON, 1972
  11. ^ M.R.Woodward, D.Hedley and M.A.Hennell, 「Experience with Path Analysis and Testing of Programs」, IEEE Transactions on Software Engineering, Vol. 6, No. 3, pp. 278 – 286, May 1980
  12. ^ Software Considerations in Airborne System and Equipment Certification-RTCA/DO-178B, RTCA Inc., Washington D.C., December 1992