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引用

R. M. L. M. Moreira and A. C. R. Paiva, ‘PBGT tool: an integrated modeling and testing environment for pattern-based GUI testing’, in Proceedings of the 29th ACM/IEEE international conference on Automated software engineering - ASE ’14, Vasteras, Sweden, 2014, pp. 863–866, doi: 10.1145.

摘要

基于模型的 GUI 测试（PBGT）是一种旨在使 GUI 测试过程系统化和自动化的新方法。PBGT Tool 提供了集成的建模和测试环境。该环境支持基于 UI 测试模式设计的测试模型。该工具以 Eclipse 插件的形式免费提供使用。目前，PBGT Tool 已成功用于多个项目中，并且最近已在工业级别中进行使用。

1 介绍

如今，大多数软件应用程序都具有图形用户界面（GUI）。用户可以在 GUI 中执行非常多的事件序列。因此，测试 GUI 的正确性是非常有必要的。GUI 通常使用 UI 模式进行实现。根据期望的目的，可以实现不同的 UI 模式。例如，身份验证功能是登录 UI 模式的表示。此 UI 模式的典型实现包括两个输入字段（用户名和密码）以及一个提交按钮。此外，“提交”按钮还可以带有其他按钮，例如“清除”或“保持登录状态”之类的按钮。提交此数据可能会触发多个结果。验证失败后，系统可能会在表单的特定区域中显示错误消息，或显示带有错误消息的弹出窗口。对于成功登录，我们仍然有不同的实现方式。最终用户可以重定向到其他位置，或者仍然停留在同一位置，但使用不同的 UI 从而启用更高的特权。

PBGT 是一种新的基于模式的 GUI 测试方法，它提供了通用的测试策略（UI 测试模式），并使用不同的配置来测试 UI 模式的不同实现。

本文介绍了 PBGT Tool（可以在 apaiva/tool 中找到演示视频），该工具是完全集成的测试环境。它提供了建模及配置功能、自动生成测试用例、自动执行测试用例并分析测试覆盖率。我们已经对该工具进行了多个案例研究，并且在案例中，测试人员仅仅需要几个小时就能发现软件中的故障。目前，该工具可以用于 web 应用和基于 Android 的移动应用。

本文的其余部分的结构如下：第 2 部分概述了 PARADIGM 语言、PBGT 组件以及 PBGT 的使用流程。第 3 节介绍了相关背景以及相关工作。第 4 节讨论了 PBGT Tool 对社区的潜在影响。第五部分做了结论并指出未来的研究方向。

2 综述

PBGT 是一种新兴的基于模式的 GUI 测试方法，旨在使 GUI 测试过程系统化和自动化。UI 测试模式是

PARADIGM 中的一部分。PARADIGM 可以构建更高抽象水平的模式，这些模式描述了 GUI 的测试目标。

PBGT 能够根据这些模式自动生成测试用例，并执行它们。

2.1 组件

PBGT Tool 由五个主要组件组成：

PARADIGM：一种基于 UI 测试模式构建 GUI 测试模型的领域特定语言；
PARADIGM-RE：逆向工程组件，其目的是从网页中提取 PARADIGM 模型，而无需访问源代码；
PARADIGM-TG：一个自动化生成测试用例的组件，该组件从 PARADIGM 模型中构建测试用例；
PARADIGM-TE：测试用例执行组件，用于分析测试用例的覆盖情况并返回详细的执行报告；
PARADIGM-ME：支持测试模型的构建和配置的建模环境。

2.2 PARADIGM

图 1: PARADIGM 的初始模型

PBGT 需要使用 PARADIGM 编写的 GUI 模型。PARADIGM 的目的是收集 UI 测试模式，并提供一种在不同抽象级别上构造模型的方式。

使用 PARADIGM 的目的是使得 UI 测试模式可以适应不同的 UI 模式实现。此外，该语言还通过重用或扩展现有元素来提高其可重用性。

2.2.1 元素

PARADIGM 的元模型如图 1 所示。用 PARADIGM 编写的模型以 Init 元素开始，以 End 结尾。PARADIGM 模型可以被构建为不同的抽象级别。为此专门提出了结构化的 Form 元素。Form 元素是具有 Init 和 End 元素的模型。Groups 元素也是结构化的元素，它们用于收集可以执行的元素。Behavioral 元素为 UI 模式的测试指定相应的通用测试策略。

2.2.2 连接器

PARADIGM 语言定义了三种连接器：（1）一般连接器：它指示了目标元素无法在完成源元素的测试之前开始；（2）数据传递连接器：具有与一般连接器相同的行为，此外，它指示目标元素从源元素中接收数据；（3）移动数据连接器：与数据传递连接器具有相似的含义，但是，源元素将数据传输给目标元素后就会丢失已传输的数据。依赖是另一种类型的连接器，指示了目标元素取决于源元素中的哪些属性。

2.2.3 UI 测试模式

UI 测试模式提供了通用的测试策略来测试 UI 模式的不同实现。UI 测试模式对应于 PARADIGM 元模型中的

Behavioral 元素（图 1）。

UI 测试模式描述了一种通用的测试策略，该策略由一组测试目标定义，表示为

Goal 是测试的 ID；V 是将测试输入与测试中涉及的变量进行关联的一组映射；A 是在测试用例执行期间执行的动作序列；C 是在测试用例执行期间执行的一组可能的检查；P 是一个布尔表达式，定义了一些条件，当特定的变量达到这些条件时，才开始执行测试。

PARADIGM 语言具有 7 个基本的 UI 测试模式：

输入：此模式应用于测试输入字段中哪些输入有效、哪些输入无效；
登录：此模式应用于验证用户身份验证。目的是检查是否可以使用有效的用户名/密码进行身份验证；
母版：此模式应用于测试两个相关的对象，以验证是否更改了母版的值或是否正确更新了内容；
查找：此模式的目的是检查搜索结果是否是正确的集合；
排序：此模式用于检查排序操作的结果是否正确；
调用：此模式应用于检查相应的调用的行为，例如，检查当点击某链接时是否打开了正确的页面；
选项集：此模式应用于检查当选择了多个选项后的预期行为。

2.2.4 约束

除了语法之外，PARADIGM 模型还必须支持根据不能在 UML 模型中直接表达的一组约束来构建。为了找到并调整这些约束，我们将 PARADIGM 元模型（图 1）转换为 Alloy 模型。通过转换，我们可以分析生成的实例。当从 Alloy 模型中获得的实例与 PARADIGM 模型相对应时，迭代过程结束。

2.3 使用流程

PBGT 使用流程主要包括六个主要步骤：（1）建模；（2）配置；（3）生成测试用例；（4）执行测试用例；（5）结果分析和（6）模型更新。测试用例的生成和执行都是完全自动化进行的。建模阶段可以手动执行，也可以自动执行，通过逆向工程过程从现有的软件中获取模型。自动建模是由 PARADIGM-RE 组件完成的。该组件将探索被测试的应用程序，并推断出一组现有的 UI 模式，然后建立一个适合于测试它们的 PARADIGM 模型。

在前向开发过程中，测试人员可以在需求确定阶段开始构建应用程序测试模型，并在开发过程中逐步更新

这个模型。之后，测试人员使用所需的数据配置每个 UI 测试模式。然后，使用 PARADIGM-TG 组件生成测试用例。首先计算模型中 Init 元素和 End 元素之间的所有路径。从这些路径中，考虑到测试人员先前提供的配置，生成测试案例。在执行测试前，必须事先在 UI 测试模式和被测 Web 应用程序的 UI 模式之间建立映射。

在建立映射的过程中，Selenium Web 驱动程序将保存 Web 元素的信息。除某些属性外，PBGT Tool 还通过 Sikuli 保存元素的图像及其区域坐标。

建立映射后，PARADIGM-TE 将在被测应用程序上执行生成的测试用例，并生成包含测试结果的报告。

3 对社区的影响

PBGT Tool 最近已公开发布。PBGT 的目标之一是促进行业中更多的人接受基于模型的测试过程。在我们看来，根据收到的反馈，以下方面可以视为推动的力量：

可重用性问题：UI 测试模型可在 GUI 建模和测试过程中重用；
减少工作量：与其他 GUI 建模方法相比，PBGT 可以在短时间内制作和配置模型；
目标：典型的基于模式的 GUI 测试工具将重心放在对应用程序的行为进行建模。PBGT 的重点是对测试目标进行建模；
与平台无关：PBGT Tool 可用于 Web 应用程序以及移动应用程序；
不需要源代码：PBGT Tool 不需要访问被测系统的源代码，即可从中生成 GUI 模型；
维护成本低且易于发展：只需很少的步骤，就可以扩展 UI 测试模式的初始集合，并可以调整当前的测试策略以支持新的 UI 趋势；
使用简单：几乎不需要测试活动相关的知识，用户可以在短时间内开始建模和测试软件。

4 相关工作

目前，已经有一些基于模式的用于 GUI 测试的工具。但是，大多数人从一开始就没有考虑可重用性。此外，有些工具不提供扩展机制，并且只有在以特定语言实现 GUI 的情况下才能生成模型。

GUITAR 是 MBGT 的一种流行工具。使用此工具可直接从可执行文件中生成模型。它使用事件流图来创建 GUI 模型、捕获事件流，并在 UI 中包含所有可能的事件交互。

可以使用 Spec ＃进行 GUI 的建模，Spec ＃是微软研究院开发的一种规范语言。Spec ＃模型是 Spec

Explorer（一种高级的基于模型的测试工具）的输入。它可以自动生成和执行测试用例。GUI mapping tool 是 Spec Explorer 工具的扩展。该工具用于基于模式的 GUI 测试，旨在使用模拟用户操作的方法自动生成.Net 程序集。

其他方法使用例如有限状态机、GUI 测试自动化模型自动创建状态模型。

5 结论及未来工作

本文介绍了 PBGT Tool，这是一个基于模式的新 GUI 测试工具，它提供了一个集成的建模和测试环境。该工具已在多个项目以及行业级别使用。

本文中描述的 7 个 UI 测试模式，且已被证明足以为各种 Web 应用程序和移动应用程序建模。但是，考虑到后者，我们通过增加 UI 测试模式集来测试特定的移动应用事件。此外，目前，PBGT Tool 还无法测试桌面应用程序和 iOS 应用程序。我们的目标是在不久的将来为这些应用程序开发和集成驱动程序。

我们还打算通过广告和现场演示来推广该工具，以便它可以促进行业的进一步使用。

致谢

本文由南京大学软件学院 2020 级硕士张松涛转述感谢国家重点研发计划（2018YFB1003900）和国家自然科学基金（61832009，61932012）支持！

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