软件白盒测试是一个与黑盒测试相对的概念，是指测试者针对可见代码进行的一种测试。白盒测试通常再划分为单元测试、集成测试两大类，但依据不同的流程，对白盒测试细分的标准也不尽一致，比如在IBM的IPD流程之下，白盒测试可能划分为如下几类：模块单元测试、模块集成测试、模块系统测试、渐增Build集成测试、系统集成测试等。而在XP实践中，单元测试与集成测试之间的界限并不明显，统称为渐增迭代测试。

 一、从一个比喻开始

为什么要做白盒测试？这个问题比较复杂，我们先从一个比喻开始讲起。

假设有一台的面包机，从上面倒入面粉与水，开动机器后从下面出来的就是烤好了的面包，这个机器的功能比较单一，接口很清晰，输入是面粉与水，输出是面包。现在假定这个面包机多年未用，内部都生锈了，现在要清洗它，类似于我们开发的软件，软件有Bug，那得通过测试来清理。

那如何更快速的清洗这台面包机呢？有两种洗法，一是拿水从上往下灌，这是系统测试的方法。另一种是拆开来洗，拆开机器后，拿抺布沾点清洁剂，把各零件的坑坑槽槽擦洗一遍，然后组装回来，再用水从上往下冲一遍，拆开来洗是白盒方法，组装回来用水冲是黑盒方式，相当于白盒测试之后再追加一次系统测试。

无疑，上面第二种方法是正确的，我们的前提是：清洗多年未用的面包机，铁锈够多，如果洗不干净，造出的面包都是致癌物质。当然，清洗面包机还只能算简单劳动，清理软件中的Bug要复杂得多，一个if语句有两条分支，一个while循环判断也是两条分支，还有break、continue、return等，想想看，一个1万行规模的软件能有多少个分支！一个分支就是一条坑坑槽槽，而且软件Bug还具备动态特性，不是静止的明摆在哪儿。

所以，软件的白盒测试不可或缺，因为遗留Bug的影响很大，就像面包机没洗净留铁锈会致癌，还因为软件系统远比面包机复杂，不拆开来怎么能洗干净！

二、白盒测试是高效测试

尽管白盒测试如此重要，为什么还有许多企业不愿做白盒测试，有一个很重要的原因是：认为白盒测试太低效，不值得去做。

实际上这种观点有许多误解成分，首先，决策者评估各阶段测试的有效性，仅以发现问题的数量为依据，这好比锈蚀斑斑的面包机，第一次冲水下去，看到大量浊水流出就很有成就感，其实这只是表象，思维方式有不足：把发现问题与解决问题割裂开来了。

我们测试的目标是按既定质量标准稳定推进产品研发进度，只做系统测试的结果是：第一次冲水，很有成效，第二次冲水，还能冲出点铁锈，第三次就没什么效果了。采用该手段并不能有效的达成既定质量目标。其次，研发质量改善，不只发现问题，还要定位问题、解决问题。白盒测试是拆开来洗，发现、定位与解决问题不仅是彻底的，也是直接的，效率非常高，所以，单以发现问题数评估一个测试过程是否有效不尽准确，我们应该综合评估一个问题从被发现，到定位、解决，以及针对它完成回归测试的总效率。

下图来源于Capers Jones与McGraw-Hill的“Applied Software Measurement”文章，从该统计数据可看出，针对一个功能点的测试，若将问题发现、定位与解决都计算进去，单元测试效率最高，是集成测试的2倍，是系统测试的3倍。

认为白盒测试低效的另一个误解是，决策者并未认清一个bug若遗留到下一阶段须多付出多少代价。经验数据表明，编码阶段的一个问题遗留到验收测试去解决，所须费用将增加5倍，如下图，一个问题越遗留到后面阶段解决，付出代价就越高，而且是成倍递增关系。

所以，越早测试就越能节约成本，白盒测试作为早期测试，跳过不做是得不偿失的。

依据上述原因，我们评估白盒测试效率时，通常将发现问题总数乘上一个系数K，以此为据再与其它测试方段的发现问题效率做对比，来权衡白盒测试值不值得去做。系数K取值与产品形态相关，按照实际经验，系数K取值区间为1.5~2.5，产品越复杂，出现问题越不容易解决的，K值要往大调。

三、白盒测试能彻底解决编码阶段引入的问题

前面我们分析了白盒测试是高效的测试，值得一做，下面我们要接着说明白盒测试必须要做，不可或缺。

先看一个案例，在某交换机产品的系统测试中，发现ISDN话机拨打某新业务号码时，在特定线路上，若一位一位的拨至18位，不会有问题，但如果先拨完号码再成组发送，会导致系统死机。这是一个导致死机的致命问题，最后定位出问题所在：呼叫处理的某段代码判断有误，本应小于18的判断，错写成小于等于18。

这个问题本该在单元测试去发现，由于单元测试没做，问题就遗留到系统测试，庆幸的是没把它遗留到网上，否则问题就大了。我们从另一个角度去反思，这个问题是特定线路下的特定终端，按特定方式拔打特定业务才暴露，在系统测试好不容易把它揪出来，但类似的其它问题呢？如何保证在系统测试阶段都能测得出来？

不同阶段的测试发现问题的特点各不相同，比如：单元测试阶段，容易发现逻辑问题、边界条件（如上例“小于18”的错误）、变量未初始化、内存越界等问题，而集成测试容易发现接口错误、任务配合问题等，系统测试容易发现业务流程问题、界面操作问题等。如果某阶段的测试没做，把问题遗留后面阶段，又如何能保证查错的彻底性。比如使用非法内存，出问题是否表现出来是随机的，如果操作非法内存当前被系统还认为是有效的，系统并不死机，但某些情况下，操作非法内存会死机，而另一些情况，非法内存操作将不期望变化的变量改写了，会导致其它莫名其妙的问题。类似这样的问题，在白盒测试阶段很容易发现，也容易定位解决，但遗留系统测试阶段，就很难去发现、去定位。

在V模型中，软件开发过程与测试行为具有不同层次的对应关系，如下图：

单元测试针对编码阶段引入的问题，集成测试与功能测试针对软件设计中引入的问题，验收测试针对需求与规格。单元测试不要或缺的重要原因是：编码阶段引入的问题占很高比例，不进行单元测试就难以保证系统最终的稳定性。

我们再来看一个实际案例：有两个产品形态接近的项目，A项目正式实施单元测试与集成测试，另一个项目B项目没正式做白盒测试（简单的拿调试当测试）。最后项目结束时对研发全过程的全部问题进行缺陷分析，如下图：

A项目的缺陷类型分析

B项目的缺陷类型分析

A项目的所有问题中，应该发现问题的阶段是白盒测试（单元测试与集成测试）的占50%，而B项目所有问题中，应在白盒测试阶段发现的仅占33%，另外，A项目发现逻辑错误占13%，而B项目只占8%。由这个统计数据表明，不做白盒测试必然导致大量问题漏测。

四、白盒测试要做到什么程度才算合适

既然白盒测试不可或缺，那么，白盒测试应做到什么程度才算合适呢？具体来说，白盒测试与黑盒测试应维持什么样的比例才算合适？

一般而言，白盒测试做多做少与产品形态有关，如果产品更多的具备软件平台特性，白盒测试应占总测试的80%以上，甚至接近100%，而如果产品具备复杂的业务操作，有大量GUI界面，黑盒测试的份量应该更重些。根据经验，对于大多数嵌入式产品，白盒方式展开测试（包括代码走读）应占总测试投入的一半以上，白盒测试发现的问题数也应超过总问题数的一半。

由于产品的形态不一样，很难定一个标准说某产品必须做百分之多少白盒测试，但依据历史经验，我们还可以进行定量分析的。比如，收集某产品的某历史版本在开发与维护中发生的所有问题，对这些问题进行正交缺陷分析（Orthogonal Defect Classification，ODC），把“问题根源对象”属于概要设计、详细设计与编码的问题整理出来，这些都是属于白盒测试应发现的问题，统计这些问题占总问题数的比例，大致就是白盒测试应投入的比例。

通过正交缺陷分析，还能推论历史版本各阶段测试的遗留缺陷率，根据“发现问题的活动”，能统计出与“问题根源对象”不相匹配的问题数，这些各阶段不匹配问题的比例就是该阶段的漏测率。

参考文献：

1.         IPL, “Why Bother to Unit Test? “

2.         Wayne Chan, 《第4代白盒测试方法介绍》

3.         Yang Gu, from IBM, “Adopting ODC to improve software quality: A case study”