微软UI自动化测试的技术演变Word文件下载.docx
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自动测试是指用一个程序自动地控制另外一个程序，模拟用户的操作进行测试。
通常自动化测试涉及到下面三个步骤：
测试源侦测
测试源侦测是定位测试目标元素的过程。
比如要测试Windows附件中的计算器，首先要把计算器窗口和其他程序比如写字板区分开。
进一步测试计算器窗口菜单的时候，需要首先定位菜单条的位置，获取第二层子菜单等等。
简单地说，自动化测试首先要能够获取从桌面开始的整个UI树结构，定位到特定测试目标。
用户行为模拟
用户行为模拟指模拟用户的输入，比如鼠标、键盘和触摸笔的操作，中间可能会涉及IME输入法、组合键、特定用户习惯，比如输入速度的模拟等。
测试目标检查
指获取测试元素的属性，比如读取窗口标题，Listbox的子元素，Checkbox的状态等等，以便进行测试检查。
Win32SDK和WindowsMessage
在.NET问世以前，Windows平台上的UI程序无外乎两种技术：
Win32WindowsSDK或者DirectX。
由于DirectX多用于专业领域如游戏和CAD，本文并不讨论。
无论是MFC，VCL还是VB6，Win32SDK都是其根本，最终打交道的其实都是HWND和WindowsMessage。
实现上述自动化的三个步骤无外乎三件法宝，Win32API，WindowsMessage和WindowsHook。
测试程序首先通过FindWindowEx和EnumWindow遍历窗口和子窗口，找到测试元素比如某个按钮，然后可以通过WindowsMessage或者API检查测试目标。
比如通过WM_GETTEXT或者GetWindowText读取窗口标题，通过GetWindowRect读取按钮坐标位置等等。
对于用户行为模拟，可以直接通过SendKeyAPI来完成，当然也可以发送WM_CHAR或者WM_KEYDOWN通知等等。
除此以外，WindowsHook更加丰富了技术的选取。
通过WindowsHook，测试人员还可以直接监控、截取、模拟目标程序的Windows消息，实现更灵活的模拟，检查甚至录制的功能。
WindowsSpy++（图一）虽然不是测试工具，也算是使用这套技术的典型例子。
通过WindowsSpy++可以定位任意窗口，读取窗口属性，监视窗口消息等等。
图一：
MicrosoftSpy++
采用Win32SDK和WindowsMessage的优点是直接，灵活。
由于直接使用Win32API，没有额外的学习曲线，遇上问题可以直接参考Win32SDK解决。
使用MessageHook使得测试程序可以灵活实现，直接对WindowMessage的操作不仅可以把很多情况化繁为简，还方便testhook的实现。
（所谓testhook，是指产品中为了方便测试而专门设计的隐藏功能，该功能对普通用户不可见，只是为了方便测试。
）
缺点包括以下三个方面：
使用复杂，实现成本高。
Win32AP的使用上有很多需要特别注意的细节，比如有的Win32API不能跨进程工作，有的WindowsMessage只能发给当前线程所创建的窗口，稍有不慎，就导致测试程序不稳定。
过于底层，不便使用。
为了方便测试用例调用，需要对API进行封装，增加了实现成本。
同时Win32API的也使得很多VB程序员不便调用。
再者，不同的开发工具，比如MFC，VCL，以及后来的.NETFramework，在内部实现上对Win32API有很多细节的处理，要实现出针对各种情况都通用的测试框架，并非易事。
比如，.NET中的WinFormControl对Win32HWND的维护是动态的，同一个WinFormControl的HWND在程序的生命周期内是可能发生改变的，这一点对于依赖HWND作为唯一标识的Win32API就是一个致命伤。
无法操作自绘窗口。
比如打开Excel的工作表，会发现表格中的每一个Cell并没有对应到HWND上。
Excel的cell都是通过代码绘制，而不是依赖于现成的Win32Control。
这就使得Win32API对于自绘窗口没有用武之地。
MSAA
MSAA的全称是MicrosoftActiveAccessibility。
这是类似DCOM技术。
技术模型是这样的，UI程序可以暴露出一个Interface，方便另一个程序对其进行控制。
MSAA技术的初衷是为了方便残疾人使用Windows程序。
比如盲人看不到窗口，但是盲人可以通过一个USB读屏器连接到电脑上，读屏器通过UI程序暴露出来的这个Interface，就可以获取程序信息，通过盲文或者其它形式传递给盲人。
MSAA提供了如此方便的功能，UI自动化测试自然可以借用这项技术。
MSAA暴露出来的Interface叫做IAccessible。
测试程序和目标UI程序互操作流程如下：
1.测试程序调用WindowsAPI：
AccessibleObjectFromWindow，传入目标UI程序HWND。
2.AccessibleObjectFromWindow函数向UI程序发送WM_GETOBJECT消息。
3.UI程序创建实现了IAccessible的内部类，然后通过LresultFromObjectAPI把IAccessible接口返回给测试程序。
4.测试程序拿到IAccessible接口，开始调用IAccessible接口函数操作测试目标。
IAccessible接口里面的几个关键函数是：
*IAccessible:
:
get_accChild/IAccessible:
get_accParent通过这两个函数，调用者可以浏览目标程序的窗口关系树，定位到UI元素。
accLocation/IAccessible:
accHitTest读取和分辨目标元素的屏幕位置。
accName/IAccessible:
accSelect读取元素的名字，对UI元素进行指定的操作，比如选取Listbox里面的某一项等等。
accValue开发人员可以自定义value属性的实现。
比如针对折线图控件，开发人员可以在accValue中返回折线的坐标数列。
MSAA的理念类似于testhook。
通过主动让UI程序暴露一个接口来让调用者控制。
在具体使用中，测试人员往往是结合MSAA和Win32API操作，取长补短。
一方面对于UI元素丰富的属性，比如style，钩选状态，是否最大化和模拟用户输入等，继续采用Win32API。
另一方面用MSAA的优势来弥补Win32API的一些不足，比如：
由于MSAA有自己的get_accChild方法，使其控件树关系并不一定要和Win32HWNDd关系对应一致。
对于自绘窗口，虽然说只有一个HWND，但是开发人员可以通过实现IAccessible接口来实现逻辑上的层次关系。
比如Excel中就可以通过IAccessible把多个cell的子IAccessible接口暴露给调用者。
IAccessible的实现是由开发者提供，开发者可以灵活地根据实际情况决定方法的实现。
比如前面提到了折线图控件可以返回坐标数列。
对于.NETWinForm，微软在Framework中就提供了IAccessible的默认实现，这样在具体实现中，就可以处理.NET动态维护HWND的细节等等
针对MSAA的工具也有很多，比如AccExplorer（图二）可以像Spy++一样对指定程序进行控件的树形浏览，检查MSAA属性等。
图二：
AccExplorer
如果您是开发人员，对于unmanagedUI程序的MSAA实现，参考MSDN中关于WM_GETOBJECT的说明返回IAccessibleinterface就可以了。
对于managed程序，实现方法更简单，现成的例子可以参考：
*
Control..:
.ControlAccessibleObjectClass
HowtocreateaccessiblecontrolsbyusingVisualBasic.NETorVisualBasic2005
对于测试程序如何直接获取并使用IAccessible接口，并非本系列重点，所以并不提供更多介绍。
在后面的文章中，会介绍如何隐含使用IAccessible和MSAA。
MSAA也有自身的缺点：
1.虽然说MSAA基于COM技术，但IAccessible并不是一个COM标准接口。
比如使用者不需要调用CoInitialize即可使用，也无法通过QueryInterface进一步获取更多的自定义接口。
这局限了MSAA所能提供的功能。
2.IAccessible接口的定义有缺陷。
里面不少方法是可有可无的，但是又缺少一些支持UI自动化的关键方法。
比如它提供了accSelect支持控件的选取，但是却没有类似accExpand这样的方法支持树状控件的展开等。
关于MSAA和UI自动化的更多渊源，MSAA设计理念，现状和缺陷，可以参考微软早期的一篇名为WhatisUIAutomation的文章。
UIAutomation和WPF
UIAutomation是微软从WindowsVista开始推出的一套全新UI自动化测试技术，简称UIA。
在最新的WindowsSDK中，UIA和MSAA等其它支持UI自动化技术的组件放在一起发布，叫做WindowsAutomationAPI。
和前面的介绍相比，我倾向于认为UIA是一项自动化测试“技术”，而MSAA和Win32API只是实现自动化测试的两种“方法”。
这里区分“技术”和“方法”的原因是，一项“技术”往往有独立的模型，体贴的开发接口，用来专门解决某一类的问题，同时允许不同的实现细节。
UIA可以被看作“技术”，是因为：
UIA定义了全新的、针对UI自动化的接口和模式。
分别是支持对UI元素进行遍历和条件化查询的TreeWalker/FindAll。
定义了读写UI元素属性的UIAProperty，包括Name、ID、Type、ClassName、Location、Visibility等等。
定义了UI元素行为的UIAPattern，比如Select、Expand、Resize、Check、Value等等。
还引入了UIAEvent接口，可以让测试程序在某些事件发生后得到通知，比如新窗口打开事件等。
以往的Win32和MSAA设计出发点并不是为解决UI自动化。
Win32旨在提供的通用开发接口，MSAA旨在提供程序的多种访问方式。
相反，UIA的设计目的，以及新引入的模式和接口都完全是针对UI自动化测试的。
在后面的文章中我们会详细分析UIA的内部实现。
可以看到，UIA这一套接口和模式，可以在不同平台，不同开发工具中实现和使用。
其内部实现方式也因地制宜，前后的兼容性都照顾得很好。
同时，UIA提供了托管的和非托管两种API，这些都是Win32和MSAA无法比拟的。
下面一段简单的C#代码演示了如何使用UIA测试Windows自带计算器完成计算3+5-2的操作（下述代码可能需要修改以适应不同Windows版本的calc.exe程序。
本代码使用VisualStudio2008针对Windows2008ServerR2English编写）。
UIA的优势
UIA的优势非常明显,主要包括以下几点:
1.适应不同类型的UI程序，包括Win32、WinForm、WPF和Silverlight。
由于WPF和Silverlight中的子窗口和控件并不是传统的HWND，所以Win32API和MSAA无能为力。
而UIA可以直接支持这两种程序。
2.兼容传统的Win32和MSAA模式。
前面提到过，UIA技术的内部实现可以多样化。
这一点在下一篇文章中会详细讨论。
UIA通过一项叫做UIA<
->
MSAA的桥技术，针对传统程序，可以在内部实现中借用MSAA的接口和直接调用Win32API。
这样不需要对控件或者程序的既有实现做任何改动，就可以直接适用于UIA的新模式。
3.新引入的TreeWalker、UIAEvent、Pattern、Property模式易于使用，贴合自动化测试。
这些模式高度抽象了各种UI自动化测试的需求，同时又不和传统模式相冲突。
比如执行点击按钮操作，传统方法要么模拟鼠标键盘操作，要么发送WindowsMessage，而Message还分为WM_COMMAND或者WM_BUTTONDOWN。
而通过UIAPattern，统一归类于Invoke接口，这个接口对于测试者来说就统一了。
无论是Win32、WPF还是Silverlight按钮，都可以通过统一接口执行，从而把具体实现隔离开。
同时，调用者若希望继续沿用键盘鼠标模拟，仍旧可以通过SendKey加上UIA获取坐标的方法实现。
而UIAEvent和对UI元素支持条件化区域化搜索，更是极大简化了测试人员的工作。
4.提供托管的和非托管接口，方便各种工具的开发人员。
同时提供了简洁方便的方式支持UI程序和控件开发人员扩展，自定义UIA的实现。
比如通过AutomationPeer来扩展基于WPF的控件，通过实现简单的IRawElementProviderSimple来扩展基于WinForm的控件等。
具体细节在下一篇文章中会详细介绍。
5.针对WPF程序，除了支持基本的端对端（EndtoEnd）UI自动化以外，还支持基于AutomationPeer的单元测试。
具体例子可以参考UIAutomationinSilverlight-SimulatingUserInteractions
6.提供了完善的工具、文档、开发包、例子程序等。
比如通过UISpy（图三）获取任意窗口或者元素的UIA信息。
图三：
UISpy
自动化技术和自动化框架
前面提到了UIA作为全新UI自动化测试技术的优势，但这并不能解决所有的UI自动化问题。
自动化框架正是为了自动化技术没有完全解决的问题。
比如：
1.自动化中的同步和等待。
对于稍复杂的UI程序，测试程序往往需要根据测试目标的状态决定下一步的操作。
比如测试文件另存为功能的时候，若保存路径是网络路径，可能会因为网络延迟导致整个UI停顿比较长的时间。
这个时候测试，程序如果不顾当前状态而简单地执行下一步操作，比如新建文件，很可能会因为UI延迟而失败。
正确的做法是，测试程序应该等待文件保存成功返回后，再进行下一步操作。
这就是自动化中同步和等待的一个例子。
实现同步和等待有多种方法，最简单粗暴的做法是硬编码一个长时间的Sleep在测试代码中。
稍微好一点的做法可以采取小时间片的轮询状态检查，或者反复重试。
借助UIA的EventPattern，可以尝试捕获另存为窗口的关闭WindowClosedEvent。
如果要做得完善一点，可以把多种方法结合，另外再额外检查目标程序的CPU使用情况，消息循环是否有回应，设定超时时间等等。
2.冗繁的编码过程。
对于一个UI窗口，里面可能有几十个子控件或者子窗口。
在编写测试代码的时候，如果对这些子元素的获取，操作不能简化，势必导致代码冗繁，难以维护。
借助自动代码生成和ORM（ObjectRoleModeling）等技术，可以解决这个问题。
比如可以用工具把窗口及其子元素的关系和搜索条件都序列化到XML文件中，然后采用ORM技术即可在代码中轻松获取子元素。
3.多语言和本地化测试。
多语言和本地化的测试对UI来说显得尤为重要。
UI程序往往通过资源文件来定义所显示的内容，这就要求自动化测试要可以方便读取和定位程序的资源文件，来支持多语言和本地化测试。
4.支持工具和辅助函数的匮乏。
对于大的项目研发，通过好的工具来减小开发成本是非常必要的。
就UI自动化来说，如果自动化测试用例可以通过一次录制，多次播放来做的话，成本会减少很多。
在VS2010中就提供了这样的录制-播放功能。
详细视频可以参考HowtocreaterecordandplaybackTestCasesinVisualStudioBeta2。
5.区分功能性测试和用户真实行为模拟。
前面提到，就点击按钮功能来说，可以通过SendKey来模拟鼠标操作，或者通过WindowsMessage来直接触发点击事件。
这两种不同方法各有优劣。
比如当按钮被其它元素遮挡，通过SendKey进行模拟就会导致失败，而直接发送WindowsMessage还是会成功。
孰优孰劣取决于要达到的目的。
如果单纯为了测试按钮点击后导致的结果，通过WindowsMessage来模拟就省去了很多麻烦。
相反，如果是界面测试，通过SendKey来模拟就可以让按钮被遮挡的bug暴露出来，而WindowsMessage则不能发现这样的问题。
所以，单纯的某个自动化技术或者方法也无法满足需求。
为了解决上述问题，各种自动化测试框架逐渐涌现和发展。
微软内部有多个不同的自动化框架，设计理念和侧重点各有不同。
VisualStudio2010将加入对自动化测试的支持。
在CodePlex上面，也可以找到多种框架，比如White和UIAutomationVerify。
小结
本篇主要介绍和比较了Windows平台UI自动化技术的演变。
UIA技术势必成为UI自动化的主流。
下个月，我们会着重介绍UIA技术的内部机制、原理、实现以及如何在程序和控件中扩展UIA的功能。
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