猿创征文｜聊聊“高大上“的变异测试（Mutation Testing）

一、变异测试简介

变异测试是一种基于故障注入的测试技术，将错误代码插入到被测代码中，以验证当前测试用例是否可以发现注入的错误。我认为该测试手段理论上属于白盒测试范畴。

变异测试的主要目的是为了验证测试用例的有效性，在注入变异后，测试用例能发现该错误，则表明用例有效的；反之，表明测试用例是无效的，需要补充该变异的测试用例。

变异测试有助于评估测试用例的质量，以帮助测试人员编写更有效的测试用例。测试人员设计的测试用例发现的变异体越多，表明其设计的测试用例质量就越高。

在深入理解变异测试之前，让我们先搞懂和它相关的几个核心概念。

1) 变异

可以理解为对源代码的任何更改，也可以理解为引入的故障。

2) 变异体

可以理解为被测代码的变异版本，即已经在被测代码中注入变异的代码。当测试用例在变异体版本的代码运行时，理论上该测试用例执行的结果应该与原被测代码执行的结果不同。

• 存活的（survived）变异体： 变异注入的错误并不能被测试用例感知，这种情况称为变异体能够“存活”，说明测试用例的有效性存在问题，需要对测试用例进行补充和修正。
• 杀死的（killed）变异体： 在变异体代码上执行测试不通过，说明变异注入的错误能够被测试用例T感知到，测试用例能够“杀死”此变异，说明此测试用例是有效的。
• 等价的变异体：这个其实也很好理解，通过下面例子介绍下。

源代码：
for(int i=0;i<10; i++){ // 源程序   //To-do ... }
变体1：
for(int i=0;i!=10; i++){ //变体1   //To-do ... }
变体2：
for(int i=0;i<10; i--){ //变体2   //To-do ... }

其中变体1与源代码是等价的：都是i从0开始，经历1,2,3,4,5,6,7,8,9到10，在源代码中由于10<10返回False，退出循环；在变体1中由于10!=10返回False，退出循环。

3) 变异分

变异分也称为变异充分性，这是基于测试用例发现变异体数量计算出来的分数，计算公式如下：

注意，在计算变异分时不会考虑等价的变异体。

二、如何进行变异测试

下面通过JavaScript代码做演示，使用Jasmine测试框架写单测用例。

1.编写原被测代码

const user_info = () => {
  mother_age = parseInt(prompt("Enter mother's age"))
  daughter_age = parseInt(prompt("Enter daughter's age"))

  if (mother_age > daughter_age) {
    alert(`Daughter's age is ${daughter_age}. Mother's age is
    ${mother_age}. Welcome to the Mother-Daughter program`)

  } else {   
    alert(`Daughter's age: ${daughter_age}, is more than mother's age: ${mother_age}.
    Please enter correct ages`)      
  }
}
user_info();

2.编写 Jasmine 单元测试用例

describe("User", function() {
  it("should compare the two numbers from user input", function(){
    expect(20).toBeGreaterThan(5);
  })
});

 

3.在原始代码运行测试，以确保测试用例都是通过的

Daughter's age is 5. Mother's age is 20. Welcome to the Mother-Daughter program

4.注入变异

我们将">"运算符 (mother_age >daughter_age) 更改为"<"运算符 (mother_age <daughter_age)

 

5.在变异版本上运行测试

Daughter's age: 5, is more than mother's age: 20. Please enter correct ages

6.比较源代码和变异版本代码运行测试的结果

通过运行结果发现，虽然二者使用相同的测试用例，但是运行结果是不一样的，因此，我们的测试用例“杀死”了变异，也说明我们的测试用例是有效的。

三、变异测试类型

1) 值变异

通过改变参数值来实现代码变异，例如在原值基础上+/- 1。

原始代码

上面的代码逻辑是将i<4的偶数相乘，那么通过值变异可以将初始化值由let i=0更改为let i=1。

变异代码

2) 语句变异

通过删除、重复或颠倒代码块中的语句实现代码变异。

例如，在 if-else 语句块中，重复console.log代码。

原始代码

变异代码

3) 运算符变异

通过修改代码中的运算符来实现代码变异，例如常见的值比较逻辑。我们可以将> 更改为 <。

	原运算符	运算符变异
1	<=	>=
2	>=	==
3	===	==
4	and	or
5	||	&&

四、变异测试优缺点分析

优点：

• 可以覆盖大部分代码逻辑。
• 可以测试特定部分代码，而不仅仅是通过路径、分支或语句方式实现。
• 可以帮助我们评估测试用例的质量并进行优化。

缺点：

• 变异测试需要在单元测试已经做得比较完备的基础上才有其价值。

五、变异测试工具推荐

Stryker、Jumble、PIT 和 Insure++。