MCDC覆盖及测试系统

本项目为编写一套 代码MCDC覆盖测试及分析系统，支持Java,Python以及C语言，会对待测代码依次进行 解析代码→生成决策树→代码插桩→生成测试用例→测试用例参数化→执行测试用例→输出MCDC覆盖率结果的操作。

项目源代码：https://github.com/wenzuowei333/MCDC_coverage_analysis_system

目录

• 1 运行方式
• 2 MCDC处理各模块详细讲解
  • 2.1 文件读写模块
  • 2.2 代码解析模块
    • 2.2.1 Java代码解析模块
    • 2.2.2 python代码解析模块
    • 2.2.3 C语言代码解析模块
  • 2.3 决策树生成模块
    • 2.3.1 1. 栈的使用
    • 2.3.2 2. 处理嵌套的 if 语句
    • 2.3.3 3. 条件表达式的处理
  • 2.4 代码插桩模块
  • 2.5 测试用例生成模块
  • 2.6 参数化测试用例模块
  • 2.7 代码执行模块
    • 2.7.1 Java代码执行逻辑
  • 2.8 MCDC覆盖率计算模块

1 运行方式

1. 将项目克隆到本地

2. 配置pom，从Maven仓库安装所需依赖

   

3. 进入generator 包中的MCDCAnalyzer 类

   

4. 配置待测试代码的路径和代码语言（共支持Java,python,C语言）

   

5. example包中已经配置好了部分测试用例，可以直接使用，本项目对于java代码的MCDC覆盖率计算支持比较好

   

6. 运行MCDCAnalyzer 类，会依次进行：解析代码→生成决策树→代码插桩→生成测试用例→测试用例参数化→执行测试用例→输出MCDC覆盖率结果

   

   

   

   

7. 插桩后的代码会在原文件名后加_deal 保存在example包下，编译后的可执行文件也在这个

   

2 MCDC处理各模块详细讲解

决策树生产，代码插桩，测试用例生成与参数化，代码执行，MCDC覆盖率计算为模块核心功能，均支持Java，python和C语言代码的处理。

2.1 文件读写模块

• InputOutPut
  • CodeReader
  • CodeWriter

文件解析模块如下：

其中：

2.2 代码解析模块

本项目支持Java,python和C语言的代码解析。

2.2.1 Java代码解析模块

1. 解析代码：使用 StaticJavaParser 解析给定的 Java 代码字符串，生成 CompilationUnit 对象。
2. 添加 import 语句：在 CompilationUnit 对象中添加 com.example.CodeInstrumentor 的 import 语句。
3. 查找 main 方法：在所有类中查找包含 main 方法的类，并找到 main 方法。
4. 添加打印语句：在 main 方法的最后添加 System.out.println(com.example.CodeInstrumentor.getCoverageDataString()); 语句。
5. 访问 If 语句：使用 VoidVisitorAdapter 访问所有的 IfStmt，并为每个条件表达式插入日志代码。
6. 处理 BinaryExpr：对于逻辑运算符 AND 和 OR 的表达式，递归处理其子表达式，并将每个表达式添加到决策树中。
7. 修改类名：将所有类的名称后缀加上 _deal。
8. 写入文件：将修改后的代码写入新的文件。

2.2.2 python代码解析模块

1. 调用外部Python脚本：通过 ProcessBuilder 调用外部Python脚本 parse_python.py。
2. 传递代码给Python脚本：通过进程的输入流将Python代码传递给Python脚本。
3. 等待Python脚本执行完成：使用 process.waitFor() 等待Python脚本执行完成。
4. 读取Python脚本输出：通过进程的输出流读取Python脚本的输出，该输出是一个JSON字符串，表示决策树。
5. 解析JSON输出：将读取到的JSON字符串解析为 JSONObject。
6. 生成决策树：调用 buildDecisionTree 方法将 JSONObject 构建为决策树。
7. 进行代码插桩：调用 insertPythonInstrumentationCode 方法插入代码插桩。
8. 写入文件：将插桩后的代码写入新的文件。

2.2.3 C语言代码解析模块

• 解析代码：使用 ANTLR 解析给定的 C 代码字符串，生成 ParseTree 对象。
• 生成决策树：定义并使用 CLanguageBaseListener 遍历 ParseTree，在遇到 if 语句时，生成相应的决策节点并添加到决策树中。
• 代码插桩：调用 insertCInstrumentationCode 方法进行代码插桩。
• 写入文件：将插桩后的代码写入新的文件。

2.3 决策树生成模块

本项目的决策树生成模块支持生成简单的if语句，复杂嵌套的if语句以及条件表达式，处理逻辑如下：

2.3.1 1. 栈的使用

栈（Stack）在处理嵌套结构时非常有用。对于嵌套的 if 语句，栈可以帮助我们跟踪当前的上下文节点，以便在离开嵌套时能正确地返回到之前的节点。

1. 压入栈：当进入一个新的 if 语句时，创建一个新的节点并将其压入栈中。
2. 弹出栈：当处理完当前的 if 语句时，从栈中弹出节点，恢复到之前的上下文。

2.3.2 2. 处理嵌套的 if 语句

在解析代码时，遇到 if 语句时，需要将其条件表达式添加到当前节点的子节点中，并递归处理其子节点。通过使用栈，可以方便地管理当前的上下文节点，确保在处理嵌套结构时能够正确地维护树形结构。

1. 进入 if 语句：
   • 当解析器遇到 if 语句时，会创建一个新的决策节点。
   • 将新节点添加为当前节点的子节点。
   • 将新节点压入栈中，更新当前上下文。
2. 离开 if 语句：
   • 在处理完当前的 if 语句后，从栈中弹出节点。
   • 恢复到之前的上下文节点，继续处理后续的代码。

2.3.3 3. 条件表达式的处理

条件表达式可以是简单的单一条件，也可以是复合条件（例如 && 和 ||）。处理条件表达式时，需要将每个条件表达式解析为相应的决策节点，并构建其树形结构。

1. 简单条件表达式：
   • 对于简单的条件表达式，直接创建一个决策节点，并将其添加到当前节点的子节点中。
2. 复合条件表达式：
   • 对于复合条件表达式（例如 && 和 ||），需要递归处理每个子表达式。
   • 创建一个新的表达式节点，将其添加到当前节点的子节点中。
   • 递归处理左、右子表达式，将每个子表达式解析为决策节点，并添加到表达式节点中。

2.4 代码插桩模块

代码插桩模块流程图如下：

主要步骤：

1. 解析并生成 AST：使用 JavaParser 解析 Java 代码，并生成抽象语法树。
2. 查找并处理 main 方法：在 main 方法中插入打印覆盖数据的语句。
3. 遍历并处理 if 语句：使用 VoidVisitorAdapter 遍历 AST 中的所有 if 语句，并插入日志记录代码。
4. 处理复合条件表达式：递归处理复合条件表达式，确保所有条件表达式都记录日志。
5. 修改类名并写入文件：修改类名以区分原始代码和插桩后的代码，并将结果写入新的文件。

2.5 测试用例生成模块

测试用例生成模块的执行流程图如下：

此模块在代码中的位置：

逻辑：

1. 判断节点是否为空：如果当前节点为空，则返回。
2. 修改当前节点条件：根据真值 (truthValue) 修改当前节点的条件，形成新的条件表达式。
3. 更新路径条件集合：将修改后的条件添加到新的路径条件集合中。
4. 叶节点处理：如果当前节点是叶节点，生成完整的测试用例字符串，并添加到测试用例集合中。
5. 递归处理子节点：如果当前节点有子节点，递归调用 generateMCDCases 方法，分别生成条件为真和条件为假的测试用例。

2.6 参数化测试用例模块

参数化测试用例模块的流程图如下：

此模块在代码中所处的位置为：

主要逻辑：

1. 解析测试用例字符串：
   • 使用正则表达式解析包含逻辑条件的字符串，提取变量、操作符和值。
   • 根据操作符和是否存在否定符号，计算相应的测试输入值。
2. 生成测试输入参数：
   • 为每个测试用例生成变量和值的映射。
   • 为未定义变量添加默认值。

2.7 代码执行模块

2.7.1 Java代码执行逻辑

1. 初始化输出容器：
   • 创建一个 StringBuilder 对象用于累积程序执行的输出。
2. 打印测试输入：
   • 打印传递给 Java 程序的命令行参数。
3. 构建编译命令：
   • 使用 javac 命令编译指定路径的 Java 源代码文件。
   • 命令格式为 javac <filePath>。
4. 执行编译命令：
   • 使用 Runtime.getRuntime().exec 方法执行编译命令。
   • 等待编译过程完成并检查其输出和错误信息。
5. 构建运行命令：
   • 构建运行 Java 类的命令，命令格式为 java -cp <classPath> <className>。
   • 包含类路径（即源代码所在目录）和类名（从文件路径中提取）。
   • 如果有传递命令行参数，则将其添加到运行命令中。
6. 执行运行命令：
   • 使用 Runtime.getRuntime().exec 方法执行运行命令。
   • 读取运行过程的输出，将其追加到 StringBuilder 对象中。
   • 等待运行过程完成并检查其输出和错误信息。
7. 异常处理：
   • 捕获并处理 IOException 和 InterruptedException 异常，打印异常信息。
8. 返回结果：
   • 返回累积的程序执行输出。

2.8 MCDC覆盖率计算模块

• 覆盖状态初始化：coverage Map 初始化所有条件为 false。
• 执行代码并捕获输出：根据编程语言执行相应的代码，并捕获输出。
• 检查覆盖状态：遍历 testCases，如果 output 中包含 condition，则将该条件的覆盖状态设为 true。
• 计算覆盖率：统计覆盖的条件数，并计算覆盖率百分比。
• 打印覆盖率：输出最终的覆盖率结果。