微软UI自动化测试的技术演变(上)

胖虎

自动测试是指用一个程序自动地控制另外一个程序，模拟用户的操作进行测试。通常自动化测试涉及到下
面三个步骤：


测试源侦测

    测试源侦测是定位测试目标元素的过程。比如要测试Windows附件中的计算器，首先要把计算器窗口和
其他程序比如写字板区分开。进一步测试计算器窗口菜单的时候，需要首先定位菜单条的位置，获取第二
层子菜单等等。简单地说，自动化测试首先要能够获取从桌面开始的整个UI树结构，定位到特定测试目标。


用户行为模拟

    用户行为模拟指模拟用户的输入，比如鼠标、键盘和触摸笔的操作，中间可能会涉及IME输入法、组合键
、特定用户习惯，比如输入速度的模拟等。


测试目标检查

    指获取测试元素的属性，比如读取窗口标题， Listbox的子元素， Checkbox的状态等等，以便进行测试
检查。


Win32 SDK和Windows Message

    在.NET问世以前，Windows平台上的UI程序无外乎两种技术：Win32 Windows SDK 或者DirectX。由于
DirectX多用于专业领域如游戏和CAD，本文并不讨论。

    无论是MFC，VCL还是VB6，Win32 SDK都是其根本，最终打交道的其实都是HWND和Windows Messag
e。实现上述自动化的三个步骤 无外乎三件法宝，Win32 API，Windows Message和Windows Hook。

    测试程序首先通过 FindWindowEx和EnumWindow遍历窗口和子窗口， 找到测试元素比如某个按钮，然
后可以通过Windows Message或者API检查测试目标。比如通过WM_GETTEXT或者GetWindowText读取窗
口标题，通过GetWindowRect读取按钮坐标位置等等。对于用户行为模拟，可以直接通过SendKey API来
完成，当然也可以发送WM_CHAR或者WM_KEYDOWN通知等等。

    除此以外，Windows Hook更加丰富了技术的选取。通过Windows Hook，测试人员还可以直接监控、
截取、模拟目标程序的Windows消息，实现更灵活的模拟，检查甚至录制的功能。

    Windows Spy++（图一）虽然不是测试工具，也算是使用这套技术的典型例子。通过Windows Spy++
可以定位任意窗口， 读取窗口属性，监视窗口消息等等。



图一： Microsoft Spy++

    采用Win32 SDK和Windows Message的优点是直接，灵活。由于直接使用Win32 API，没有额外的学习
曲线，遇上问题可以直接参考Win32 SDK解决。使用Message Hook使得测试程序可以灵活实现，直接对
Window Message的操作不仅可以把很多情况化繁为简，还方便test hook的实现。（所谓test hook，是
指产品中为了方便测试而专门设计的隐藏功能，该功能对普通用户不可见，只是为了方便测试。）

    缺点包括以下三个方面：

    使用复杂，实现成本高。Win32 AP的使用上有很多需要特别注意的细节， 比如有的Win32 API不能跨
进程工作，有的Windows Message只能发给当前线程所创建的窗口，稍有不慎，就导致测试程序不稳定。

    过于底层，不便使用。为了方便测试用例调用，需要对API进行封装，增加了实现成本。同时 Win32 A
PI的也使得很多VB程序员不便调用。再者， 不同的开发工具，比如MFC， VCL，以及后来的.NET Frame
work，在内部实现上对Win32 API有很多细节的处理， 要实现出针对各种情况都通用的测试框架，并非
易事。比如， .NET 中的WinForm Control对Win32 HWND的维护是动态的，同一个WinForm Control的H
WND在程序的生命周期内是可能发生改变的，这一点对于依赖HWND作为唯一标识的Win32 API就是一个
致命伤。

    无法操作自绘窗口。比如打开Excel的工作表，会发现表格中的每一个Cell并没有对应到HWND上。Exce
l的cell都是通过代码绘制，而不是依赖于现成的Win32 Control。这就使得Win32 API对于自绘窗口没有用武之地。


MSAA

    MSAA的全称是Microsoft Active Accessibility。这是类似DCOM技术。技术模型是这样的，UI程序可以暴
露出一个Interface，方便另一个程序对其进行控制。MSAA技术的初衷是为了方便残疾人使用Windows 程
序。比如盲人看不到窗口，但是盲人可以通过一个USB读屏器连接到电脑上， 读屏器通过UI程序暴露出来
的这个Interface，就可以获取程序信息，通过盲文或者其它形式传递给盲人。

    MSAA提供了如此方便的功能， UI自动化测试自然可以借用这项技术。MSAA暴露出来的Interface叫做
IAccessible。测试程序和目标UI程序互操作流程如下：

    1. 测试程序调用Windows API： AccessibleObjectFromWindow，传入目标UI程序HWND。

    2. AccessibleObjectFromWindow函数向UI程序发送WM_GETOBJECT消息。

    3. UI程序创建实现了IAccessible的内部类，然后通过LresultFromObject API把IAccessible 接口返回给测
试程序。

    4. 测试程序拿到IAccessible接口，开始调用IAccessible接口函数操作测试目标。

    IAccessible接口里面的几个关键函数是：

IAccessible::get_accChild/ IAccessible::get_accParent通过这两个函数，调用者可以浏览目标程序的窗口
关系树，定位到UI元素。
IAccessible::accLocation/I Accessible::accHitTest读取和分辨目标元素的屏幕位置。
IAccessible::accName/ I Accessible:: accSelect读取元素的名字，对UI元素进行指定的操作，比如选取List
box里面的某一项等等。
IAccessible::accValue 开发人员可以自定义value属性的实现。比如针对折线图控件，开发人员可以在acc
Value中返回折线的坐标数列。
    MSAA的理念类似于test hook。 通过主动让UI程序暴露一个接口来让调用者控制。在具体使用中，测
试人员往往是结合MSAA和Win32 API操作，取长补短。一方面对于UI元素丰富的属性，比如style，钩选
状态，是否最大化和模拟用户输入等，继续采用Win32 API。另一方面用MSAA的优势来弥补Win32 API
的一些不足，比如：

    由于MSAA有自己的get_accChild方法，使其控件树关系并不一定要和Win32 HWNDd关系对应一致。
对于自绘窗口，虽然说只有一个HWND，但是开发人员可以通过实现IAccessible接口来实现逻辑上的层
次关系。比如Excel中就可以通过IAccessible把多个cell的子IAccessible接口暴露给调用者。

    IAccessible的实现是由开发者提供，开发者可以灵活地根据实际情况决定方法的实现。比如前面提到
了折线图控件可以返回坐标数列。对于.NET WinForm， 微软在Framework中就提供了IAccessible的默
认实现，这样在具体实现中，就可以处理.NET动态维护HWND的细节等等。

    针对MSAA的工具也有很多，比如AccExplorer（图二）可以像Spy++一样对指定程序进行控件的树形
浏览，检查MSAA属性等。



图二： AccExplorer

    如果您是开发人员， 对于unmanaged UI程序的MSAA实现，参考MSDN中关于WM_GETOBJECT的说
明返回IAccessible interface就可以了。对于managed程序， 实现方法更简单， 现成的例子可以参考：

Control..::.ControlAccessibleObject Class
How to create accessible controls by using Visual Basic .NET or Visual Basic 2005
    对于测试程序如何直接获取并使用IAccessible接口，并非本系列重点，所以并不提供更多介绍。在后
面的文章中， 会介绍如何隐含使用IAccessible和MSAA。

    MSAA也有自身的缺点：

    1. 虽然说MSAA基于COM技术， 但IAccessible并不是一个COM标准接口。 比如使用者不需要调用CoI
nitialize即可使用，也无法通过QueryInterface进一步获取更多的自定义接口。这局限了MSAA所能提供
的功能。

    2. IAccessible接口的定义有缺陷。里面不少方法是可有可无的，但是又缺少一些支持UI自动化的关
键方法。 比如它提供了accSelect支持控件的选取，但是却没有类似accExpand这样的方法支持树状控
件的展开等。