軟件測試：邊界值分析法詳解
邊界值分析是一種常用的
根據大量的測試統計數據，很多錯誤是發生在輸入或輸出范圍的邊界上，而不是發生在輸入/輸出范圍的中間區域。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。所以，邊界值分析法是一種很實用的黑盒測試用例方法，它具有很強的發現故障缺陷能力。
2、邊界值分析法原理和思想
2.1邊界值分析法的基本原理
錯誤更可能出現在輸入變量的極值附近。失效極少由兩個（或多個）缺陷的同時發生引起的。
2.2邊界值分析法的基本思想
選取正好等于，剛剛大于或剛剛小于邊界的值作為測試數據，而不是選取等價類中的典型值或任意值作為測試數據。
表示方法：最小值min，略高于最小值min+，正常值nom，略低于最大值max-，最大值max
3、單缺陷假設和多缺陷假設
單缺陷假設是邊界值分析的關鍵假設。單缺陷假設指“失效極少是由兩個或兩個以上的缺陷同時發生引起的”。在邊界值分析中，單缺陷假設即選取測試用例時僅僅使得一個變量取極值，其他變量均取正常值。
多缺陷假設則是指“失效是由兩個或兩個以上缺陷同時作用引起的”，要求在選取測試用例時同時讓多個變量取極值。
4、邊界值測試數據類型
類型包括：數值、速度、字符、地址、位置、尺寸、數量、空間……
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項 |
邊界值 |
測試用例的設計思路 |
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字符 |
起始-1個字符/結束+1個字符 |
假設一個文本輸入區域允許輸入1個到255個 字符，輸入1個和255個字符作為有效等價類；輸入0個和256個字符作為無效等價類，這幾個數值都屬于邊界條件值。 |
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數值 |
最小值-1/最大值+1 |
假設某軟件的數據輸入域要求輸入5位的數據值，可以使用10000作為最小值、99999作為最大值；然后使用剛好小于5位和大于5位的 數值來作為邊界條件。 |
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空間 |
小于空余空間一點/大于滿空間一點 |
例如在用U盤存儲數據時，使用比剩余磁盤空間大一點（幾KB）的文件作為邊界條件。 |
以上類型的邊界值應該在：最大/最小、首位/末位、上/下、最快/最慢、最高/最低、 最短/最長、 空/滿等情況下用邊界值作為測試數據
5、內部邊界值分析
在多數情況下，邊界值條件是基于應用程序的功能設計而需要考慮的因素，可以從軟件的規格說明或常識中得到，也是最終用戶可以很容易發現問題的。然而，在測試用例設計過程中，某些邊界值條件是不需要呈現給用戶的，或者說用戶是很難注意到的，但同時確實屬于檢驗范疇內的邊界條件，稱為內部邊界值條件或子邊界值條件。
內部邊界值條件主要有下面幾種：
51、數值的邊界值檢驗：計算機是基于二進制進行工作的，因此，軟件的任何數值運算都有一定的范圍限制。
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項 |
范圍或值 |
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位（bit） |
0 或 1 |
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字節（byte） |
0 ~ 255 |
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字（word） |
0~65535（單字）或 0~4294967295（雙字） |
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千（K） |
1024 |
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兆（M） |
1048576 |
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吉（G） |
1073741824 |
5.2字符的邊界值檢驗：在計算機軟件中，字符也是很重要的表示元素，其中ASCII和Unicode是常見的編碼方式。如下列出了一些常用字符對應的ASCII碼值。
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字符 |
ASCII碼值 |
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空 (null) |
0 |
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空格 (space) |
32 |
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可輸入的字符 |
33~126 |
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0~9 |
48~57 |
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A~Z |
65~90 |
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a~z |
97~122 |
5.3其它邊界值檢驗：在不同的行業應用領域，依據硬件和軟件的標準不同而具有各自特定的邊界值。如下列出部分手機相關的邊界值
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硬件設備 |
范圍或值 |
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手機鋰電池電壓 |
工作電壓：3.6~4.2V； 保護電壓：2.5~3V不等 |
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手機正常使用溫度 |
-25°C~+60°C |
6、邊界值測試介紹
6.1基本邊界值測試
有n個輸入變量，設計測試用例使得一個變量在數據有效區內取最大值、略小于最大值、正常值、略大于最小值和最小值。如下圖所示,兩個變量X1,X2。它們的有效取值區間分別為[c,d],[a,b]。
對于有n個輸入變量的程序，基本邊界值分析的測試用例個數為4n+1。
邊界值測試分析采用了可靠性理論的單缺陷假設。
優點：簡便易行；生成測試數據的成本很低
局限性：測試用例不充分；不能發現測試變量之間的依賴關系；不考慮含義和性質；
結論：只能作為初步測試用例使用
6.2健壯性測試
健壯性是指在異常情況下，軟件還能正常運行的能力。健壯性考慮的主要部分是預期輸出，而不是輸入。健壯性測試是邊界值分析的一種簡單擴展。除了變量的5 個邊界分析取值還要考慮略超過最大值（max）和略小于最小值（min）時的情況。健壯性測試的最大價值在于觀察處理異常情況，它是檢測軟件系統容錯性的重要手段。如下圖所示。
PS：軟件容錯性的度量：從非法輸入中恢復；健壯性有兩層含義：容錯能力和恢復能力
對于有n個輸入變量的程序，健壯性測試的測試用例個數為6n+1。
6.3最壞情況測試
最壞情況測試拒絕單缺陷假設，它關心的是當多個變量取極值時出現的情況。最壞情況測試中，對每一個輸入變量首先進行包含最小值、略高于最小值、正常值、略低于最大值、最大值等5個元素集合的測試，然后對這些集合進行笛卡爾積計算，以生成測試用例。最壞情況測試將意味著更大工作量。如下圖所示。
對于有n個輸入變量的程序，最壞情況測試的測試用例個數為5^n。
最壞情況與基本邊界值分析的比較
- 基本邊界值分析測試用例是最壞情況測試用例的真子集
- 最壞情況測試顯然更徹底
- 最壞情況測試工作量大得多，變量函數的最壞情況測試會產生5的n次方個測試用例，邊界值分析只產生4n+1個測試用例
6.4健壯性最壞情況測試
健壯最壞情況假設對每一個變量首先進行最小值、略小于最小值的值、略高于最小值的值、正常值、最大值、略高于最大值的值、略低于最大值的值等7個元素的集合。然后對這些集合進行笛卡爾積運算，以生成測試用例。如下圖所示。
對于有n個輸入變量的程序，健壯最壞情況測試的測試用例個數為7^n。
6.5特殊值測試
- 邊界值分析假定n個變量是互相獨立的，沒有考慮這些變量之間的互相依賴關系；
- 特殊值測試使用領域知識、使用類似程序的經驗開發用例的特殊值。
- 特點：最直觀、最不一致、具有高度主觀性
- 特殊值測試特別依賴測試人員的能力
- 雖然特殊值測試是高度主觀性，但是能更有效地發現問題
例如：2月28日、2月29日
6.6隨機測試
- 隨機測試的基本思想
不是永遠選取有界變量的最小值、略高于最小值、正常值、略低于最大值和最大值，而是使用隨機數生成器選出測試用例。
- 隨機測試的一種實現方法
有界變量a≤X≤b值的一個VisualBasic應用程序生成的X，滿足下式：
X=Int（b-a+1）*Rnd+a
函數Int返回浮點數的整數部分
函數Rnd生成區間[0,1]內的隨機數
7、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據。
例如，如果程序的規格說明中規定：
"重量在10公斤至50公斤范圍內的郵件，其郵費計算公式為……"。作為測試用例，我們應取10及50，還應取10.01,49.99,9.99及50.01等。
2）如果輸入條件規定了值的個數,則用最大個數,最小個數,比最小個數少一,比最大個數多一的數作為測試數據。
例如，一個輸入文件應包括1~255個記錄，則測試用例可取1和255，還應取0及256等。
3）將規則1）和2）應用于輸出條件，即設計測試用例使輸出值達到邊界值及其左右的值。
例如，某程序的規格說明要求計算出"每月保險金扣除額為0至1165.25元"，其測試用例可取0.00及1165.24、還可取一0.01及1165．26等。
再如一程序屬于情報檢索系統，要求每次“最少顯示1條、最多顯示4條情報摘要”，這時我們應考慮的測試用例包括1和4，還應包括0和5等。
4）如果程序的規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。
5）如果程序中使用了一個內部數據結構,則應當選擇這個內部數據結構的邊界上的值作為測試用例。
6）分析規格說明,找出其它可能的邊界條件。
8、邊界值分析法實例分析
現有一個學生標準化考試批閱試卷,產生成績報告的程序。其規格說明如下:程序的輸入文件由一些有80個字符的記錄組成,如右圖所示，所有記錄分為3組：
標題：這一組只有一個記錄，其內容為輸出成績報告的名字。
試卷各題標準答案記錄：每個記錄均在第80個字符處標以數字"2"。該組的第一個記錄的第1至第3個字符為題目編號（取值為1一999）。第10至第59個字符給出第1至第50題的答案（每個合法字符表示一個答案）。該組的第2，第3……個記錄相應為第51至第100，第101至第150，…題的答案。
每個學生的答卷描述：該組中每個記錄的第80個字符均為數字"3"。每個學生的答卷在若干個記錄中給出。如甲的首記錄第1至第9字符給出學生姓名及學號，第10至第59字符列出的是甲所做的第1至第50題的答案。若試題數超過50，則第2，第3……紀錄分別給出他的第51至第100，第101至第150……題的解答。然后是學生乙的答卷記錄。
學生人數不超過200，試題數不超過999。
程序的輸出有4個報告：
a)按學號排列的成績單，列出每個學生的成績、名次。
b)按學生成績排序的成績單。
c)平均分數及標準偏差的報告。
d)試題分析報告。按試題號排序，列出各題學生答對的百分比。
分別考慮輸入條件和輸出條件，以及邊界條件。給出右表所示的輸入條件及相應的測試用例。
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