[发明专利]一种程序不可达路径的自动检测方法

说明书

技术领域

本发明属于软件测试领域，具体地，本发明涉及一种程序不可达路径的自动检测方法。

背景技术

术语解释：

控制流图:控制流图(ControlFlowGraph)是程序语句逻辑执行顺序的图形化表达方式，简称为CFG。CFG包括节点和有向边两类元素：节点表示程序中的语句，并且有唯一的入口节点与出口节点；边表示节点之间的顺序关系。

程序路径:是指由CFG中的节点构成的一个序列，若该序列的首节点为入口节点，末节点为出口节点，则该路径称为完整路径。

不可达路径:是指在任何情况下都不会出现的程序路径。

软件测试是软件质量保障的重要手段，需要耗费大量的人力与物力。统计数据表明，软件测试的开销占到了软件开发总成本的60％以上。软件测试的自动化是提高软件测试质量、降低成本、提高效率的一个重要途径，因此被学术界与工业界广泛地关注与研究。大体上，软件测试可以分为功能测试与结构测试，后者是指对程序的内部逻辑结构进行测试，以判定程序的各条路径是否能够满足需求。然而充分覆盖程序的测试是难以达成的，因为即使是并不复杂的程序段，也会由于分支、循环结构的存在，导致产生规模巨大的路径空间。因此，结构测试的一个重要研究领域，就是解决面向程序路径的测试数据生成问题。而不可达路径的检测，则是其中的一个重要研究热点。所谓的程序不可达路径，是指在任何输入下，都不会被执行的程序路径。程序不可达路径的存在，会导致在生成测试数据时，产生大量的无效测试数据，从而在测试执行时浪费大量的人力与物力，从而大大影响到测试的效率。因此，不可达路径的检测不仅能够降低测试成本，还能够有效提高测试效率，一直以来都是软件测试领域的一个研究热点。

程序中所存在的不可达路径是代码冗余的一种表现形式，Liverpool大学的Yates与Malevris两位学者，通过实验证明了在大型软件系统中通常都会包含有10-25％的冗余代码。不可达路径的检测问题已经被证明是一个不可判定问题，因此所有的检测方法都是非完备的，即不存在能够检测出所有不可达路径的算法。目前，检测程序不可达路径的方法，可以分为静态检测与动态检测两类。

1.静态检测技术

静态检测技术可依据原理，分为两类：

●基于路径条件可满足性的方法：是指针对所有的程序路径，通过对满足路径条件的谓词组合进行求解，依据解的存在性来判定路径的可达性。这类方法具有较高的复杂度。

●基于分支相关性的方法：是指通过对分支语句进行相关性分析的手段，来检测不可达路径。

在第一类技术中，典型的方法，是抽取程序的每条路径的分支谓词，并规约为一个方程组，通过求解方程组是否有解来判定路径是否可达。然而这类方法具有较高的复杂性，并且缺乏表达数组、结构体等复合数据类型的能力。此外，还有一些类似的方法：使用区间算术规约程序路径，但这类方法在处理条件谓词中的非线性表达式时，效率较为低下；使用代码模式检测程序分支，并通过符号执行技术进行路径的可达性检测，但这类方法的通用性受到代码模式的约束；使用变量的抽象取值范围规约程序的状态条件，通过判断路径的变量取值范围来判定路径是否可达，但这类方法不能很好地处理复合的分支条件。

程序分支之间的相关性是产生不可达路径的主要原因，在具有一定复杂度的程序中，9-40％的分支语句会存在相关系。但基于相关性分析的检测方法由于无法分析结构复杂的分支条件，因此难以获得令人满意的节点覆盖率。该类方法的代表性工作包括：在传统的数据流分析中加入了分支相关性分析，从而提高传统数据流分析的精度；通过判断赋值语句、分支语句之间的冲突性来识别不可达路径，然而该方法却缺乏处理循环结构的能力；通过对控制流与数据流的静态分析，来确定相关性语句，并进而判定不可达路径，其特点是能够处理函数调用关系。

2.动态检测技术

动态检测技术是指在进行路径测试的过程中，依据测试用例生成的复杂度来判定待测试的路径是否可达。然而动态检测技术的检查代价通常较大，并且无法保证检测结果的绝对准确，具有较强的不确定性。

常见的方法包括：使用基于启发式策略的方法检测不可达路径，其依据是可达路径的部分属相同这一原理，从而通过检测试数据的生成轨迹来实现路径可达性的检测；使用语义更新技术，从程序语义上来排除程序中的不可达路径；利用遗传算法来检测不可达路径，为了更好地引导搜索，该类方法会通过融合控制流图的信息，进行适应度函数的设计。

现有的技术方案，存在以下的问题：

(1)复杂度较高，检测效率较低。