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知识路径： > 测试技术的分类 > 白盒测试技术 > 白盒测试基本技术 >
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考试要求：掌握
相关知识点：7个
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在软件动态测试中，程序插桩（Program Instrumentation）是一种基本的测试手段，有着广泛的应用。
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程序插桩方法，简单地说，是借助往被测程序中插入操作，来实现测试目的的方法。
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我们在调试程序时，常常要在程序中插入一些打印语句。其目的在于，希望执行程序时，打印出我们最为关心的信息。进一步通过这些信息了解执行过程中程序的一些动态特性。比如，程序的实际执行路径，或是特定变量在特定时刻的取值。从这一思想发展出的程序插桩技术能够按用户的要求，获取程序的各种信息，成为测试工作的有效手段。
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如果我们想要了解一个程序在某次运行中所有可执行语句被覆盖（或称被经历）的情况，或是每个语句的实际执行次数，最好的办法是利用插桩技术。这里仅以计算整数X和整数Y的最大公约数程序为例，说明插桩方法的要点。下图所示给出了这一程序的流程图。图中虚线框并不是源程序的内容，而是为了记录语句执行次数而插入的。
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程序从入口开始执行，到出口结束。凡经历的计数语句都能记录下该程序点的执行次数。如果我们在程序的入口处还插入了对计数器C（i）初始化的语句，在出口处插入了打印这些计数器的语句，就构成了完整的插桩程序，它便能记录并输出在各程序点上语句的实际执行次数。如下图所示表示了插桩后的程序，图中箭头所指均为插入的语句（源程序语句略）。
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通过插入的语句获取程序执行中的动态信息，这一做法如同在刚研制成的机器特定部位安装记录仪表一样。安装好以后开动机器试运行，我们除了可以从机器加工的成品检验得知机器的运行特性外，还可通过记录仪表了解其动态特性。这就相当于在运行程序以后，一方面可检验测试的结果数据，另一方面还可借助插入语句给出的信息了解程序的执行特性。正是这个原因，有时把插入的语句称为“探测器”，借以实现“探查”或“监控”的功能。
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在程序的特定部位插入记录动态特性的语句，最终是为了把程序执行过程中发生的一些重要历史事件记录下来。例如，记录在程序执行过程中某些变量值的变化情况，变化的范围等。又如本书前面章节中所讨论的程序逻辑覆盖情况，也只有通过程序的插桩才能取得覆盖信息。实践表明，程序插桩方法是应用很广的技术，特别是在完成程序的测试和调试时非常有效。
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其中前两个问题需要结合具体情况解决，并不能给出笼统的回答。至于第三个问题，需要考虑如何设置最少探测点的方案。例如，在如上图所示的程序入口处，若要记录语句Q＝X和R＝Y的执行次数，只需插入C（1）＝C（1）＋1这样一个计数语句就够了，没有必要在每个语句之后都插入一个计数语句。在一般的情况下，我们可以认为，在没有分支的程序段中只需一个计数语句。但程序中如果出现了多种控制结构，使得整个结构十分复杂，则为了在程序中设计最少的计数语句，需要针对程序的控制结构进行具体的分析。这里我们以Fortran程序为例，列举至少应在哪些部位设置计数语句：
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. do、do while、do until及do终端语句之后；
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. block-if、else if、else及endif语句之后；
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在程序中的特定部位插入某些用以判断变量特性的语句，使得程序执行中这些语句得以证实，从而使程序的运行特性得到证实。我们把插入的这些语句称为断言（assertions）。这一作法是程序正确性证明的基本步骤，尽管算不上严格的证明，但方法本身仍然是很实用的。下面以求两个非负数NUM和DEN之商的Wensley迭代算法为例，对断言语句的作用作一简要说明。
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假定两个非负数中，NUM小于M（即所得之商小于1），算法中只用到加、减及除2的运算。该迭代算法的程序如下图所示。
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从程序中可以看出，在每次迭代中由分母得到的变量B以及权增量W都要缩小一半，而且变量A随着迭代次数的增加将接近分子。这些粗略的观察和分析可以用以下4个断言语句表达，在每次迭代开始时4个断言必定为真：
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假定我们所用的编译系统能够处理表达式形式的断言语句，插入断言以后的程序如下图所示。其中带有标记@的语句是断言语句。新增加的变量K只是在计算第①断言时用到。
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③将W的值代入DEN * W/2，则得B的初值：B＝DEN/2。
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以上说明了这些断言在初始状态下为真。如果继续迭代，要证明断言为真，就必须证明无论if-then结构中执行什么路径这些断言都为真。我们先来考虑在初始测试中NUM-A-B≥0为假，即检验失败，然后给出程序向量的新值（A′，B′，W′，Q′和K′），我们有：
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③ B*=B/2=DEN * W/4=DEN* W*/2
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④把A和B代入（NUM-A-B<0），得到NUM-DEN * Q-DEN * W/2<0，对此关系式两端除以DEN，并加Q，得到，由于Q′＝Q, W′＝W/2，我们有NUM/DEN-W**，且Q≤NUM/DEN。
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如果if-then检验成立，再来看4个断言。使用A″，B″，W″，Q″和K″作为新的程序向量，我们有：
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②A"=DEN * Q+DEN * W/2=DEN *（Q+W/2）=DEN * Q"
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③ B″=B/2=DEN * W/4=DEN * W″/2
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④代入（NUM-A-B ≥ 0），并作同前的变换，得到NUM/DEN - W″/2
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总之，无论执行哪一路径，在每一迭代的开始，4个断言均为真。尽管并未考虑输出断言，但是我们知道，第④断言成立，由于W
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