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

1 运行方式

将项目克隆到本地
配置pom，从Maven仓库安装所需依赖
进入generator 包中的MCDCAnalyzer 类
配置待测试代码的路径和代码语言（共支持Java,python,C语言）
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
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
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

graph TD
    A[主要功能模块] --> B[文件读写]
    B --> B1[读取文件]
    B --> B2[写入文件]
    A --> C[代码解析]
    C --> C1[java解析]
    C --> C2[python解析]
    C --> C3[C语言解析]
    A --> D[决策树生成]
    D --> D1[嵌套if类型]
    D --> D2[条件表达式类型]
    A --> E[代码插桩]
    A --> F[测试用例生成]
    A --> G[测试用例参数化]
    A --> H[代码执行]
    A --> I[MCDC覆盖率计算]

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：

CodeReader 读取指定文件路径的文件内容，并返回文件内容的字符串形式。需要提供参数filePath 文件的路径，可以是相对路径或绝对路径；return 将会返回文件的全部内容,以字符串的形式呈现。

CodeWriter 将指定的内容写入到指定路径的文件中。此方法会创建新文件或覆盖已存在的文件。如果目标文件所在的目录不存在，将抛出 IOException。需要提供参数filePath 文件的路径，路径可以是相对路径或绝对路径，如果路径是相对路径，则相对于当前工作目录。还需要提供参数content 要写入文件的内容，该内容将被转换为字节序列并写入文件。

2.2 代码解析模块

graph TD
    A[代码解析模块] --> B[Java解析模块]
    A --> C[python解析模块]
    A --> D[C语言解析模块]

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

解析代码：使用 StaticJavaParser 解析给定的 Java 代码字符串，生成 CompilationUnit 对象。
添加 import 语句：在 CompilationUnit 对象中添加 com.example.CodeInstrumentor 的 import 语句。
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。
添加打印语句：在 main 方法的最后添加 System.out.println(com.example.CodeInstrumentor.getCoverageDataString()); 语句。
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。
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。
修改类名：将所有类的名称后缀加上 _deal。
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

调用外部Python脚本：通过 ProcessBuilder 调用外部Python脚本 parse_python.py。
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。
等待Python脚本执行完成：使用 process.waitFor() 等待Python脚本执行完成。
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。
解析JSON输出：将读取到的JSON字符串解析为 JSONObject。
生成决策树：调用 buildDecisionTree 方法将 JSONObject 构建为决策树。
进行代码插桩：调用 insertPythonInstrumentationCode 方法插入代码插桩。
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：

graph TD
    A[初始化] --> B[创建根节点并将其压入栈中]
    B --> C[解析代码]
    C --> D{遇到 if 语句?}
    D -->|是| E[获取当前栈顶节点作为当前父节点]
    E --> F[创建新的决策节点表示 if 条件表达式]
    F --> G[将新节点添加为当前父节点的子节点]
    G --> H[将新节点入栈并更新当前上下文]
    H --> I[处理 if 语句内部]
    I --> J{遇到嵌套的 if 语句?}
    J -->|是| E
    J -->|否| K[处理完当前 if 语句后]
    K --> L[从栈中弹出节点并恢复到之前的上下文]
    L --> M{遇到新的条件表达式?}
    M -->|是| N{复合条件表达式?}
    N -->|是| O[递归处理左右子表达式]
    O --> P[创建表达式节点并构建其子节点]
    N -->|否| Q[创建节点并添加到当前父节点]
    M -->|否| R[继续解析后续代码]
    R --> D

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。

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。
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。

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。
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。

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。
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：

graph TD
    A[解析并生成 AST] --> B[查找并处理 main 方法]
    B --> C[在 main 方法中插入打印覆盖数据的语句]
    C --> D[遍历并处理 if 语句]
    D --> E[使用 VoidVisitorAdapter 遍历 AST]
    E --> F[插入日志记录代码]
    F --> G[处理复合条件表达式]
    G --> H[递归处理左右子表达式]
    H --> I[修改类名]
    I --> J[将结果写入新的文件]

主要步骤：

解析并生成 AST：使用 JavaParser 解析 Java 代码，并生成抽象语法树。
查找并处理 main 方法：在 main 方法中插入打印覆盖数据的语句。
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。
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。
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：

graph TD
    A[初始化决策树] --> B[生成测试用例]
    B --> C[遍历决策树根节点的所有子节点]
    C --> D[为每个子节点生成条件为真和条件为假的测试用例]
    D --> E[递归生成测试用例]
    E --> F[判断节点是否为空]
    F -->|是| G[返回]
    F -->|否| H[修改当前节点条件]
    H --> I[更新路径条件集合]
    I --> J[判断是否为叶节点]
    J -->|是| K[生成完整测试用例字符串]
    K --> L[添加测试用例到集合中]
    J -->|否| M[递归处理子节点]
    M --> N[生成条件为真和条件为假的测试用例]
    N --> E

此模块在代码中的位置：

逻辑：

判断节点是否为空：如果当前节点为空，则返回。
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。
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。
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。
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：

graph TD
    A[解析测试用例字符串] --> B[定义正则表达式模式]
    B --> C[动态提取所有变量]
    C --> D[遍历每个测试用例字符串]
    D --> E[匹配条件表达式]
    E --> F[检查是否有否定符号]
    F --> G[提取变量名和操作符和值]
    G --> H[根据操作符和否定符号计算测试值]
    H --> I[添加变量名到集合]
    I --> J[生成测试输入参数]
    J --> K[为每个测试用例添加未定义变量的默认值]
    K --> L[返回生成的测试输入参数集合]

此模块在代码中所处的位置为：

主要逻辑：

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。
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

graph TD
    A[开始] --> B[初始化输出容器]
    B --> C[打印测试输入]
    C --> D[构建编译命令]
    D --> E[执行编译命令]
    E --> F{编译成功吗?}
    F -->|是| G[打印编译输出]
    F -->|否| H[打印编译错误]
    G --> I[构建运行命令]
    I --> J[执行运行命令]
    J --> K[读取运行输出]
    K --> L[打印运行输出]
    L --> M{运行成功吗?}
    M -->|是| N[返回输出结果]
    M -->|否| O[打印运行错误]
    O --> N
    H --> N
    N --> P[结束]

2.7.1 Java代码执行逻辑

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。
打印测试输入：
- 打印传递给 Java 程序的命令行参数。
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>。
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。
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。
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。
异常处理：
- 捕获并处理 IOException 和 InterruptedException 异常，打印异常信息。
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

flowchart TD
    A[初始化覆盖状态] --> B[遍历测试输入]
    B --> C[将测试输入转换为字符串数组]
    C --> D{根据编程语言执行代码}
    D -->|Java| E[调用 executeJavaCode]
    D -->|Python| F[调用 executePythonCode]
    D -->|C| G[调用 executeCCode]
    E --> H[捕获输出并打印]
    F --> H[捕获输出并打印]
    G --> H[捕获输出并打印]
    H --> I[遍历测试条件]
    I --> J{检查条件是否在输出中}
    J -->|是| K[将条件的覆盖状态设为 true]
    J -->|否| L[保持条件的覆盖状态为 false]
    K --> M[统计已覆盖的条件数]
    L --> M
    M --> N[计算覆盖率]
    N --> O[打印覆盖率结果]

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。

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MCDC覆盖及测试系统

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

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2.3.2 2. 处理嵌套的 if 语句

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