5.4　循环结构覆盖

5.4.1　循环结构

循环结构（Loop Structure）是为了在一定条件下，反复执行某项功能而设计的一种程序结构。一个循环结构由循环变量、循环体及循环终止条件构成。不同编程语言具有不同的循环类型。C语言包括for、while、do while共3种类型的循环结构。

for循环是当型循环（when type loop），在循环体执行前进行条件判断，当条件满足时，进入循环，否则结束循环。其格式为

for（表达式1；表达式2；表达式3）语句：/*循环体*/

图5-18展示了for-next循环的结构及执行过程。

while循环同样也是当型循环。通常，在不知道循环次数的情况下，使用while循环。在while循环结构中，维持循环的是一个条件表达式，语句是循环体，当表达式为真时，执行循环体内语句，否则终止循环，执行循环体外语句。

do…while循环是直到型循环（until type loop），在循环次数未知的情况下，使用do…while循环，它和while循环的区别在于do…while循环结构是当执行完一遍循环体之后，再进行条件判断。

5.4.2　循环结构测试

循环结构测试是一种特殊的路径测试，旨在验证循环结构的有效性。而对于不同的循环结构，循环次数通常不确定且可能很大，所包含的执行路径数可能非常庞大，难以或无法对循环结构进行路径穷举。

循环结构分为简单、串接、嵌套和不规则共4种循环结构。不规则循环结构由简单、串接、嵌套循环结构组合而成，通常需要将其转化成简单、串接、嵌套结构之后方可测试。图5-19给出了简单、串接、嵌套3种基本循环结构。

5.4.2.1　简单循环

对于简单循环结构，测试内容包括循环变量的初值、最大值、增量是否正确以及何时退出循环等4个方面。假设简单循环结构的最大循环次数为 n ，可以采用如下策略进行测试设计：

（1）跳过整个循环。

（2）只循环一次。

（3）只循环两次。

（4）循环 m 次， m < n 。

（5）分别循环 n −1 、 n 和 n +1 次。

这里，我们考察如下简单循环结构。

上述程序定义了两个整型变量i和sum，输入i，当i<=10时，执行循环。sum的值每次加1，i自身加1，最后输出sum的值。对此，即可使用表5-18给出的测试项，进行测试设计。

5.4.2.2　串接循环

串接循环将不同循环结构串接在一起，如果各循环体彼此独立，可以使用简单循环结构的测试方法实现串接循环结构测试，但如果循环体彼此不独立，则可以分别使用简单循环的测试方法对每个循环结构进行测试。如果两个循环串接，且第一个循环的循环计数器值是第二个循环的初始值，则表明这两个循环相互关联。当串接循环不独立时，通常使用嵌套循环测试方法实现串接循环结构测试。

5.4.2.3　嵌套循环

将简单循环结构的测试方法用于嵌套循环，可能的测试次数会随着嵌套层数增加而呈几何级数增加。通常，采用如下方法来减少测试次数：

（1）从最内层循环开始，所有外层循环次数设置为最小值。

（2）对最内层循环按照简单循环的测试方法完成测试。

（3）由内向外进行下一个循环测试，本层循环的所有外层循环仍取最小值，而由本层循环嵌套的循环取某些典型值。

（4）重复上一步的过程，直到所有循环测试完毕。

工程上，对于嵌套循环结构，应重点测试如下几个方面：

（1）当外层循环变量为最小值，内层循环变量也为最小值时的运算结果。

（2）当外层循环变量为最小值，内层循环变量为最大值时的运算结果。

（3）当外层循环变量为最大值，内层循环变量为最小值时的运算结果。

（4）当外层循环变量为最大值，内层循环变量也为最大值时的运算结果。

（5）循环变量的增量是否正确。

（6）何时退出内层循环，何时退出外层循环。

这里，考察如下嵌套循环结构。

该程序定义了一个二维整型数组a[5][5]及两个循环变量i和j，通过一个嵌套循环对数组的每个元素赋值，即将元素所在的行和列相加并输出。对此，使用如表5-19所示嵌套循环结构测试项，进行测试设计。

5.4.3　Z路径覆盖下的循环测试

Z路径覆盖是路径覆盖的一个变体。对于较简单程序，路径覆盖非常简单。当程序中出现多个判断或多个/多种循环时，路径数可能非常庞大，全数路径覆盖非常困难，也不现实。为了解决这一问题，必须舍弃一些次要因素，对循环机制进行简化，最大限度地减少路径数量，使得覆盖有限路径成为可能。称简化循环意义下的路径覆盖为Z路径覆盖。无论循环形式还是循环体实际执行的次数，简化后的循环测试只考虑执行循环体1次和0次，即考虑执行时进入循环体1次和跳过循环体这两种情况。图5-20给出了循环简化的基本方法。

路径可以用路径树来表示。当得到某一路径的路径树之后，从根节点开始，一次遍历，再回到根节点时，将所经历的叶节点排列起来，得到一条路径。如果遍历了所有叶节点，即得到所有路径；当得到所有路径之后，生成每条路径的测试用例，就可以实现Z路径覆盖。

5.4.4　最少测试用例数估算

对于循环结构覆盖，可能需要大量测试用例。而对于某个特定实现，至少需要多少测试用例呢？这需要对最少测试用例数进行估算。结构化程序由顺序型（串行操作）、选择型（分支操作）和重复型（循环操作）3种基本控制结构组成。为简化问题，避免出现测试用例数量巨大而导致组合爆炸，将构成循环操作的重复型结构用选择结构代替。这样，任一循环便可以改造为进入循环体或不进入循环体的分支操作。

N-S（Nassi Shneiderman）图是结构化编程中的一种可视化建模，是流程图的同构，它将流程图中的流程线去掉，将算法置入一个矩形阵内，表示程序的3种基本控制结构。任何N-S图都可以转化为流程图，同时大部分流程图也可以转化为N-S图。4种控制结构的N-S图如图5-21所示。

图中，A、B、C、D、S表示要执行的操作，P是可取真值、假值的谓词，Y表示真值，N代表假值。简化循环假设之后，对于一般控制流，只考虑选择型结构。图5-22表示两个顺序执行分支结构的N-S图。当两个分支谓词P1和P2取不同值时，将分别执行a或b及c或d操作。

显然，至少需要设计4组测试用例才能覆盖该程序逻辑，使得ac、ad、bc、bd操作均得到测试验证。由图5-22可见，第一个分支谓词引出两个操作，第二个分支谓词同样引出两个操作。因此，得到2×2=4 组操作组合，需要设计4组测试用例。这里的2是由两个并列的操作即1+1=2 得到。

对于更加复杂的问题，最少测试用例估算原则同样如此。如果N-S图中存在上下并列的层次A1、A2，那么A1和A2的最少测试用例个数分别是 a 1 和 a 2 ，则由A1、A2两层所组合的N-S图对应的最少测试用例数为 a 1× a 2 ；如果N-S图中不存在并排层次，则对应的最少测试用例数由并排的操作数决定，即N-S图中除谓词之外的操作框的个数。

那么，图5-23所示的两个N-S图，至少需要多少个测试用例来实现逻辑覆盖呢？

对于图5-23（a）所示N-S图，由于图中并不存在并列的层次，最少测试用例数由并排的操作数决定，即为1+1+1=3 。对于图5-23（b）所示N-S图，由于图中没有包含并列的层次，最少测试用例数仍由并排的操作数决定，即为1+1+1+1+1=5 。 l/d+Mo5HkVYvzbs5k6EMrECm0LwVslfaJIyoNADRC6+7w7GSWVlbdSAesmFgB4xP