软件测试中的圈复杂度及其示例

McCabe 的圈复杂度是什么？

软件测试中的循环复杂度 是用于测量软件程序复杂度的测试指标。它是软件程序源代码中独立路径的定量度量。循环复杂度可以通过使用控制流图或针对软件程序中的函数、模块、方法或类来计算。

独立路径定义为至少有一条边在任何其他路径中都未遍历过的路径。

该度量标准由 Thomas J. McCabe 于 1976 年开发，它基于程序的控制流表示。控制流将程序描述为由节点和边组成的图。

在图中，节点表示处理任务，而边表示节点之间的控制流。

程序流程图表示法

程序的流程图表示法定义了通过边连接的多个节点。以下是 if-else、While、until 等语句的流程图以及流程的正常顺序。

如何计算圈复杂度

数学表示：

从数学角度来看，它是图论中所有独立路径的集合。 Code 程序的复杂度可以用以下公式定义——

V(G) = E - N + 2

哪里，

E – 边数

N – 节点数

V (G) = P + 1

其中 P = 谓词节点的数量（包含条件的节点）

示例–

i = 0;
n=4; //N-Number of nodes present in the graph

while (i<n-1) do
j = i + 1;

while (j<n) do

if A[i]<A[j] then
swap(A[i], A[j]);

end do;
j=j+1;

end do;

该程序的流程图如下

通过数学计算，

• V(G) = 9 – 7 + 2 = 4
• V(G) = 3 + 1 = 4 （条件节点为1,2、3和XNUMX节点）

基组四个独立的执行路径：

• 1，7
• 1，2，6，1，7
• 1，2，3，4，5，2，6，1，7
• 1，2，3，5，2，6，1，7

环路复杂性的性质

以下是圈复杂度的属性：

1. V(G) 是图中独立路径的最大数量
2. 电压（G）>=1
3. 如果 V (G) = 1，则 G 有一条路径
4. 常用的指导原则是，单个模块的 V(G) 应保持在 10 或以下。

该指标对软件测试有何用处

基础路径测试是白盒测试技术之一，它保证在测试过程中至少执行一条语句。它检查程序中每一条线性无关的路径，这意味着…… 所需的测试用例数量等于程序的圈复杂度。.

这个度量之所以有用，是因为循环复杂度（M）的特性——

1. M 可以是实现分支覆盖的测试用例数量（上限）
2. M 可以是图中路径的数量。（下限）

考虑这个例子——

If (Condition 1)
Statement 1

Else
Statement 2

If (Condition 2)
Statement 3

Else
Statement 4

该程序的圈复杂度为8-7+2=3。

由于复杂度已计算为 3，因此对于上述示例，完成路径覆盖需要三个测试用例。

应遵循的步骤

计算圈复杂度和测试用例设计应遵循以下步骤。

第四步 – 使用代码中的节点和边构建图

第四步 – 识别独立路径

第四步 – 循环复杂度计算

第四步 – 测试用例设计

一旦基本集合形成， 测试用例 应写入以执行所有路径。

更多关于 V (G)

如果程序较小，可以手动计算循环复杂度。如果程序非常复杂，则需要使用自动化工具，因为这涉及更多流程图。根据复杂度数字，团队可以得出需要采取的措施。

下表概述了复杂度数 v (G) 及其对应含义：

计算圈复杂度的工具

有许多工具可用于确定应用程序的复杂性。一些复杂性计算工具用于特定技术。复杂性可以通过程序中的决策点数量来确定。决策点是源代码中的 if、for、for-each、while、do、catch、case 语句。

工具示例包括

• 欧克林特 – C 和相关语言的静态代码分析器
• SonarQube – 报告了超过 25 种语言的循环复杂性和认知复杂性
• Visual Studio Code 指标 – .NET 程序集的内置圈复杂度分析
• Radon 和 Lizard – 用于命令行复杂度分析的分析器 Python 以及分别针对多语言项目
• 指标 – 查找指标 Java 相关申请

环路复杂性的应用

圈复杂度可以证明在以下方面非常有用

• 帮助开发人员和测试人员确定独立的路径执行
• 开发人员可以保证所有路径都至少测试过一次。
• 帮助我们更加专注于未被发现的路径
• 提高代码覆盖率 软件工程
• 评估与应用程序或程序相关的风险
• 在周期早期使用这些指标可以降低项目的风险

如何降低圈复杂度

高复杂度值只是一个信号，而非最终结论。四次重构就能实现实践中大部分的复杂度降低。

• Extract 方法。 将分支移到单独的函数中，可以将复杂性分散到两个模块中。系统整体的复杂性不变，但每个单元都可以独立测试。
• 用查找表替换条件链。 冗长的 if-else-if 语句链测试同一个变量，最终会变成一个映射或开关，将多个决策点合并为一个。
• 使用保护性条款。 尽早返回无效输入可以消除单个大型 if-else 块创建的嵌套，而不会改变行为。
• 用多态性取代条件语句。 当条件判断基于类型时，将每个分支移到它自己的类中，就可以完全消除这种判断。

之前，V(G) = 4：

if (user != null) {
    if (user.isActive()) {
        if (user.hasRole("admin")) {
            return grantAccess();
        }
    }
}
return denyAccess();

之后，行为保持不变，但嵌套结构被移除：

if (user == null) return denyAccess();
if (!user.isActive()) return denyAccess();
if (!user.hasRole("admin")) return denyAccess();
return grantAccess();

关于该指标的注意事项。 圈复杂度统计的是决策次数，而不是难度。一个包含 20 个简单 case 的 switch 语句得分为 21，但易于阅读；而一个深度嵌套的块得分为 8，可能更难理解。应该利用这个数值来寻找需要审查的代码，而不是将其作为作弊的目标。

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