1. 数据流测试

1.1 数据流测试的背景和动机

最早的电子计算机是用于战斗中的弹道计算，核心任务是数据处理。软件运行过程中，数据的流动与处理是核心，因此软件测试中产生了“数据流测试”的概念。传统的结构化测试只关注程序结构，如路径覆盖、条件覆盖等，而数据流测试专注于变量的定义与使用是否正确。

✅结论：数据流测试专注于变量的定义和使用是否正确

1.2 变量的两类操作

在前面的文章中，我们只强调了程序结构性的覆盖，我们并没有关心数据流图中“结点”上到底是什么东西，而数据流我们是关注关于这些“节点”中变量的操作是否正确。

对变量的操作可以分成定义和使用两种：

• 定义（Definition）：
  • 向变量赋值、初始化。
  • 表示把值“塞”进内存中。
  • 例：x = 42（将值42赋给变量x，是对x的定义）。
• 使用（Use）：
  • 读取变量的值或以其参与运算、判断、控制流等。
  • 包括赋值右值、条件语句、循环条件等。
  • 例：z = x * 2（x为使用，z为定义）；if (x > 0)（x被使用）。

我们来看这个结构：

在节点 1 有 x = 42 这是关于变量 X 的定义。在节点 5 Z = X * 2 这是关于变量 X 的使用，也是关于变量 Z 的定义，节点 6 也是一样。

从这张图我们可以了解，变量定义了，当然以后就要用它。用的地方可能一个也可能有多个。变量也可以在不同的地方定义，而它使用的地方也有可能会交叉，因此构建了定义和使用之间比较复杂的一些关系。

✅结论：变量可以在不同的地方被定义和使用，这会导致复杂的关系

1.3 DU 对（Definison-Use 对）

为了理清变量定义和使用之间的关系，我们首先引入以下几个定义：

• def(n)：在节点 n 上定义的所有变量集合（definition set）。
• use(n)：在节点 n 上使用的所有变量集合（use set）。
• def(e)：在边 e 上定义的变量。
• use(e)：在边 e 上使用的变量。

我们定义 (li, lj) 是变量 v 的 DU 对 ，表示变量 v 在节点 li 上被定义，在节点 lj 上被使用，要求它们之间的路径是定义清晰的路径（Definition-Clear Path） ，即从 li 到 lj 的路径上，变量 v 没有被重新定义。

注：若中间某个节点重新定义了变量 v，则前面 li 的定义就被“屏蔽”，无法传到 lj。

这一点大家很容易理解。假如我们定义被再重新定义以后，前面的定义就没有用了，所以数据流的可达是指有一条定义清晰的路径，可以从 li 到 lj 。

1.4 DU 路径（Definition-Use Path）

DU 路径是指定义清晰且简单的一条子路径，下面这张图阐释 DU 路径与路径集合的具体定义和符号表示：

• DU路径（DU path）：

  • 是一条简单路径（无重复节点）；
  • 是定义清晰路径；
  • 从ni定义点到nj使用点。

• DU路径集合记法：

  • du(ni, nj, v)：从 ni 定义 v 到 nj 使用 v 的所有DU路径集合；
  • du(ni, v)：从ni定义v到任意使用v的地方的所有路径集合。

2. 数据流覆盖准则

2.1 三种数据流覆盖的概念

• 定义覆盖（All-Defs Coverage）

  • 要求每一个变量的每一个定义点至少参与一次的DU对测试；
  • 即每一个定义过的变量，都要至少使用一次。

• 引用覆盖（All-Uses Coverage）

  • 要求每个变量的每个使用点至少通过一次清晰路径到达；
  • 强调所有使用点都被覆盖；
  • 因为有使用就必须有对应的定义，否则程序运行就会出错。

• 所有定义-引用路径覆盖（All DU-Paths Coverage）

  • 最强的准则；
  • 要求每一个定义-引用对之间的所有清晰路径都被覆盖；
  • 对变量v的每一个定义点，必须考虑其到所有使用点的所有清晰路径。

2.2 数据流覆盖的示例

我们接着第一节的例子，针对变量 x 进行数据流覆盖：

对于定义覆盖，我们只需要保证变量 x 的每一个定义点至少参与一次 DU 对测试。所以我们只需要一条测试用例，并保证测试用例通过定义点 1 即可。

对于引用覆盖，我们需要保证变量 x 的每个使用点至少通过一次清晰路径到达。所以我们只需要两条测试用例，并保证测试用例通过使用点 5 和 6 即可。

对于定义引用覆盖，我们需要保证变量 x 的每一个定义-引用对之间的所有清晰路径都被覆盖。所以我们只需要四条条测试用例，覆盖所有 1 → 5 和 1 → 6 的情况。