程序切片技术在软件测试中的应用

xiaowo

大家有研究程序切片技术的吗，请介绍一下这项技术在软件测试中是怎么用的，提供一些资料，谢谢！

sunreds

古乐编的《软件测试技术概论》里面有介绍的，你去找找看

liangshi

程序切片是一种“影响分析”：给定某条语句的某个变量，找出影响这个变量的语句和其他变量。例如：

int foo(int a, int b) {
   int c = a + 1;
   int d = b + 1;
   return c*d;
}
,
利用切片分析，可以知道c的取值受到参数a的影响，d的取值受到参数b的影响，返回值受到参数a和b的影响。

对于这样简单的程序，影响分析是一目了然的。但是，对于大规模程序（有非常多的函数），需要用实现了切片分析的工具来提高分析效率。此类工具往往可以标记处某条语句的变量是受哪些输入参数的影响，是通过哪条路径（语句序列）影响的。

对于软件质量保证，程序切片有如下应用：
1. 辅助程序理解。通过标记程序变量受哪些参数和语句的影响，来帮助程序员理解程序。
2. 程序重构。既然知道特定变量受哪些参数和语句影响，那么可以把这些语句和参数抽取出来，组成新的函数，即实现extract method重构方法。
3. 静态代码分析，以发现程序缺陷。

以上几条都要工具的辅助，而目前成熟的商业工具较少（这些工具还包含了许多其他的静态分析技术），应用得更少。

对于测试人员而言，程序切片的作用在于它的思想：给定某条语句的变量，要“反向”找出影响它的语句和输入参数。例如，你发现某条语句会写一个字符串到数据库，而数据库中对应的字段只能容纳16个字符，那么你就要反向读代码，一直追踪到输入框。然后，检查在这条路径上有没有对输入长度进行限制，限制得是否合理。如果没有施加有效的，那么设计一条测试用例来暴露：当用户或黑客如此输入时，程序会试图写入超过16个字符的字符串，这会导致程序异常。

xiaowo

谢谢楼上的解答！程序切片技术主要用于简化测试用例和回归测试方面，大家有研究在这方面的应用的吗？麻烦推荐一些资料。程序切片技术包括很多种切片技术，要研究以上两方面的应用应该从哪种切片技术入手呢？

liangshi

据我所知，目前尚无成熟工具用切片技术处理回归测试。大部分研究都处于学术研究的范畴，较成熟的应用出现在软件缺陷静态分析领域。如果您想将程序切片应用于实际工作，我建议您参考我提到的对切片“思想”的应用。如果您想做一些学术研究，可以用搜索引擎去搜索一下，有许多中文的学术文献。

程序切片是一个80年代提出的概念，有大量的学者进行了研究，但一直没有得到广泛的应用。原因如下：

1. 程序切片技术的基础是控制流分析和数据流分析。在研究过程中，学者们得到了许多数据流分析的研究成果，这对于编译优化、程序分析、缺陷检测都是很有效的。也就是说，切片本身没有得到广泛应用，但是其副产品有很多应用。

2. 程序切片对于一个简单的函数是很有效的，但是对于复杂函数（调用其他函数，传递指针参数，传递引用参数），程序切片的算法复杂度高，精确性低。而现实中的程序恰恰就是由许多复杂函数组成的。

3. 程序切片面临的最大困难时“别名”分析，就是指针（C语言中的指针、Java中的引用）到底指向何处。在现实程序中，存在大量的指针和容器，这给程序切片带来了很大困难。

4. 程序切片是静态分析技术，静态分析的根本困难是无法准确分析得到运行时的情况。所以，许多学者和工具开发者利用多种技术（如符号执行、模拟执行等），来获得全面的信息。一本很好的书介绍了相关内容：《安全编程代码静态分析》http://www.china-pub.com/39332

现实世界的程序是复杂的，单一技术不可能有效地处理。所以，有限的高级工具都综合运用多种技术，程序切片只是工具箱中的一员。

xiaowo

谢谢您的耐心解答！很荣幸能遇到像您这样了解这方面的专业人士。我在写这方面的硕士论文，想先做一些理论研究，再在此基础上做一些应用，查阅了一些资料之后发现这方面的应用并不多就比较苦恼，不知道在这方面的研究还有没有价值？您之前举得写一个字符串到数据库中的例子，想检查是否对字符串长度进行了限制，直接设计一个超过16字符的字符串的用例检查是否会导致程序异常不就可以了吗？之前进行的反向查找有必要吗？

liangshi

> 不知道在这方面的研究还有没有价值？
程序切片的理论与应用研究都是有学术价值的。

> 之前进行的反向查找有必要吗？
方法是这样的：
1. 先发现一个可能出错点。这一步是比较容易的，因为问题代码有一些“模式”可以匹配。
2. 反向查找，以确定有一条执行路径真的可以用错误的数据触发错误的代码。
这样的方法很适合静态分析工具来找出缺陷。

> 直接设计一个超过16字符的字符串的用例检查是否会导致程序异常不就可以了吗？
确实如此。找到错误有许多种方式。切片是静态方法，您提到的测试是动态方法，是相互补充的。静态方法的优势是：扫描一次，发现所有类似的缺陷，且不需要人的参与。

目前国内做切片研究的学者不多。但是，过去十几年间还是有一些积累。建议你在学术数据库中搜索与切片有关的博士学位论文。看看他们都是怎么做“切片应用”的，也许会有所启发。

xiaowo

谢谢！

xiaowo

有正在研究程序切片的，咱一起研究一下哈！