软件调试横跨整个软件开发周期,在软件开发和维护的成本中所占比重超过一半,而软件错误定位是软件调试中最困难、最耗时的任务之一。错误定位技术以定位软件中的错误代码为目的,它通过在待测程序上运行合适的测试用例,分析并定位错误语句。显而易见,测试用例的质量和错误分析的方法直接决定着错误定位的精度。因此,为错误定位选择合适的测试用例,研究具有高定位精度的错误定位方法,辅助开发人员理解软件错误并对错误传播进行分析,对于实现软件的自动化调试与维护、提高软件调试的有效性和效率、增强软件的可靠性、提高软件质量、降低软件维护的成本,具有重要的科学理论意义和实际应用价值。本文重点对软件错误自动定位中的测试用例约简、错误定位、错误理解和错误传播分析三方面的关键技术进行了深入研究。为了解决为错误定位提供有效测试用例的问题,研究并提出了面向错误定位需求的测试用例约简方法。首先基于语句覆盖和错误定位需求向量,进行测试用例约简,即在分析语句覆盖信息的基础上,充分考虑失败测试用例对错误定位的影响,删除与错误定位需求无关或关系较小的测试用例。然后,基于执行路径信息,进行测试用例约简,即分析程序的具体执行路径,并通过循环标准化,均衡语句的执行次数。实验结果表明,该方法不仅可以减少测试用例的数量,而且可以有效提高错误定位的精度。针对如何定位与控制依赖相关的软件错误的问题,研究并提出了基于状态依赖概率建模的软件错误定位方法。首先,分析各语句执行时的具体执行状态,并提出状态依赖的概念更好地表示各状态下的语句间的执行依赖关系。在此基础上,通过建立状态依赖概率模型,来分析程序语句间的状态依赖信息。最后,通过分析状态依赖关系在失败测试用例和成功测试用例中的差异,来定位与控制依赖相关的软件错误。实验结果表明,该方法在使用较少量的测试用例时,对定位与控制依赖相关的软件错误,仍能达到满意的定位效果。针对如何定位与数据依赖相关的软件错误的问题,研究并提出了基于联合依赖概率建模的软件错误定位方法。首先,分析程序的结构特征,提出了一种新的概率图模型——联合依赖网络,以便更好地分析程序语句间的统计依赖概率信息。然后,在分析程序执行过程中各语句行为状态的基础上,利用联合依赖网络建立联合依赖概率模型,分析和统计程序执行过程中语句间的联合依赖关系。最后,通过分析联合依赖关系在运行失败测试用例和成功测试用例时的差异,来定位与数据依赖相关的软件错误。实验结果表明,该方法在使用较少量的测试用例时,仍能达到很高的错误定位精度。针对如何为开发人员提供有用信息、辅助开发人员理解软件错误、并分析通过数据依赖关系进行传播的软件错误的问题,研究并提出了基于上下文分析的错误理解及错误传播分析方法。首先,在错误定位的基础上,自动分析可疑点的执行上下文,查找与实际错误执行相近的联合依赖信息,提供可疑点出错时的具体执行状态以及导致程序出错的具体数据流信息,揭示软件失效的产生原因,辅助软件错误理解。然后,在分析程序执行时的语句联合依赖关系基础上,通过分析已定位错误的上下文信息分析通过数据依赖关系进行传播的软件错误。实验结果表明,本文提出的错误理解方法可以为程序开发人员提供有效的错误理解信息,将本文提出的错误传播分析方法引入到错误定位方法中,可以提高对通过数据依赖关系传播的软件错误的定位精度。综上所述,本文提出了结合测试用例约简和概率图建模的软件错误定位方法,为解决选取有效的面向错误定位需求的测试用例、准确定位软件错误、辅助开发人员理解软件错误、分析错误传播等关键技术问题提供了一种新思路和新方法。