有限狀態(tài)機：如何增強軟件測試第一部分：什么是 FSM
確保應(yīng)用程序可靠性是一項永無止境的任務(wù)。有限狀態(tài)機(FSM) 通過將系統(tǒng)行為建模為狀態(tài)和轉(zhuǎn)換來提供解決方案，這是一種有用的工具，可以幫助軟件工程師了解軟件行為并設(shè)計有效的測試用例。
本文通過簡單示例探討 FSM 的優(yōu)缺點。我們還將對 FSM 和程序圖在軟件測試中的實用性和適用性進行簡要比較。
什么是 FSM?
FSM 是一種強大的工具，用于對表現(xiàn)出不同狀態(tài)和這些狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)進行建模。它們是系統(tǒng)行為的視覺路線圖。以下是其核心原則的細(xì)分：
· FSM 是一個有向圖，其中節(jié)點表示狀態(tài)，邊表示狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。
· 轉(zhuǎn)換由事件觸發(fā)，進入或離開某個狀態(tài)時可能會發(fā)生動作。
· 轉(zhuǎn)換上的標(biāo)簽指定觸發(fā)它們的事件以及轉(zhuǎn)換期間發(fā)生的操作。
· FSM 是一種簡單而直觀的方式，用于表示對各種事件做出不同反應(yīng)的系統(tǒng)。
讓我們探索簡單自動售貨機的Python代碼并演示 FSM 如何幫助設(shè)計有效的測試用例。
Python
class VendingMachine:
def __init__(self):
self.state = "idle"
self.inserted_amount = 0
self.product_selected = None
def insert_coin(self, amount):
if self.state == "idle":
self.inserted_amount += amount
print(f"Inserted ${amount}. Current amount: ${self.inserted_amount}")
else:
print("Machine busy, please wait.")
def select_product(self, product):
if self.state == "idle" and self.inserted_amount >= product.price:
self.state = "product_selected"
self.product_selected = product
print(f"Selected {product.name}.")
else:
if self.state != "idle":
print("Please dispense product or return coins first.")
else:
print(f"Insufficient funds for {product.name}.")
def dispense_product(self):
if self.state == "product_selected":
print(f"Dispensing {self.selected_product.name}.")
self.state = "idle"
self.inserted_amount = 0
self.product_selected = None
else:
print("No product selected.")
def return_coins(self):
if self.state == "idle" and self.inserted_amount > 0:
print(f"Returning ${self.inserted_amount}.")
self.inserted_amount = 0
else:
print("No coins to return.")
# Example products
class Product:
def __init__(self, name, price):
self.name = name
self.price = price
product1 = Product("Soda", 1.00)
product2 = Product("Chips", 0.75)
# Example usage
vending_machine = VendingMachine()
vending_machine.insert_coin(1.00)
vending_machine.select_product(product1)
vending_machine.dispense_product()
vending_machine.insert_coin(0.50)
vending_machine.select_product(product2)
vending_machine.dispense_product()
vending_machine.return_coins()
該代碼模擬了一臺基本的自動售貨機，具有投幣、選擇產(chǎn)品、分配和退幣等功能。讓我們看看 FSM 如何幫助我們創(chuàng)建強大的測試用例。
自動售貨機的 FSM 設(shè)計
自動售貨機的FSM可能有四種狀態(tài)：
1. 空閑：機器等待用戶輸入的初始狀態(tài)
2. 投幣：用戶投幣后狀態(tài)激活
3. 產(chǎn)品選擇：選擇產(chǎn)品并有足夠的資金后狀態(tài)有效
4. 分配：當(dāng)產(chǎn)品分配完畢并退還零錢(如果有)時，狀態(tài)為有效
過渡和事件
· 空閑 -> 投幣：insert_coin通過方法觸發(fā)
· 投幣 -> 空閑：如果用戶在非“空閑”狀態(tài)下嘗試插入硬幣則觸發(fā)(錯誤場景)
· 空閑 -> 產(chǎn)品選擇：select_product如果資金充足，則通過該方法觸發(fā)
· 產(chǎn)品選擇 -> 空閑：如果用戶選擇的產(chǎn)品沒有足夠的資金，或者在選擇產(chǎn)品時嘗試其他操作，則觸發(fā)
· 產(chǎn)品選擇 -> 分配：dispense_product通過方法觸發(fā)
· 分配 -> 空閑：分配產(chǎn)品并歸還零錢后達(dá)到最終狀態(tài)
使用 FSM 生成測試用例
通過分析FSM，我們可以設(shè)計全面的測試用例來徹底測試程序：
1. 投幣及選擇商品
· 插入各種面額的硬幣(有效金額和無效金額)。
· 選擇資金準(zhǔn)確、充足、不足的產(chǎn)品。
· 根據(jù)插入的數(shù)量和選擇驗證機器是否轉(zhuǎn)換到正確的狀態(tài)。
測試用例示例：
1. 從“空閑”狀態(tài)啟動。
2. 投入 1.00 美元(轉(zhuǎn)換至“投幣”)。
3. 選擇“蘇打水”(如果資金足夠則轉(zhuǎn)換到“產(chǎn)品選擇”，否則保持“空閑”狀態(tài))。
4. 驗證消息：“選定蘇打水?！?/p>
5. 投入0.25美元(轉(zhuǎn)換至“投幣”)。
6. 選擇“籌碼”(若總金額足夠則轉(zhuǎn)至“產(chǎn)品選擇”;否則，仍停留在“產(chǎn)品選擇”)。
7. 驗證消息：“正在分配芯片?！被颉靶酒Y金不足?！?取決于之前的硬幣插入情況)。
預(yù)期行為：如果總金額為 1.25 美元(足夠購買產(chǎn)品和找零)，機器應(yīng)發(fā)放“籌碼”，并退還剩余的 0.25 美元。如果總金額仍然不足，機器應(yīng)保持“產(chǎn)品選擇”狀態(tài)。
2. 邊緣案例測試
· 在“產(chǎn)品選擇”或“分配”狀態(tài)下插入硬幣(意外行為)。
· 在投入任何硬幣之前，嘗試選擇產(chǎn)品。
· 嘗試在未選擇產(chǎn)品的情況下分配產(chǎn)品。
· 當(dāng)沒有硬幣投入時退還硬幣。
· 驗證機器能否正常處理這些情況并提供適當(dāng)?shù)南⒒蚍乐篃o效操作。
測試用例示例：
1. 從“空閑”狀態(tài)啟動。
2. 投入 1.00 美元(轉(zhuǎn)換至“投幣”)。
3. 選擇“蘇打水”(轉(zhuǎn)換至“產(chǎn)品選擇”)。
4. 嘗試插入另一枚硬幣(在“產(chǎn)品選擇”中不應(yīng)允許)。
5. 驗證消息：“機器忙，請稍候?！?/p>
預(yù)期行為：選擇產(chǎn)品時，機器不應(yīng)接受額外的硬幣。
3.狀態(tài)轉(zhuǎn)換測試
· 驗證程序是否根據(jù)用戶操作(插入硬幣、選擇產(chǎn)品、分配、返還硬幣)正確地在狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。
· 使用 FSM 作為參考來跟蹤不同測試用例中的預(yù)期狀態(tài)轉(zhuǎn)換。
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