深入理解gtest：C/C++单元测试经验谈

 

深入理解gtest：C/C++单元测试经验谈

 

发布于2012-2-13

 

GoogleC++TestingFramework（简称gtest，http：//code。google。com/p/googletest/）是Google公司发布的一个开源C/C++单元测试框架，已被应用于多个开源项目及Google内部项目中，知名的例子包括ChromeWeb浏览器、LLVM编译器架构、ProtocolBuffers数据交换格式及工具等。

优秀的C/C++单元测试框架并不算少，相比之下gtest仍具有明显优势。与CppUnit比，gtest需要使用的头文件和函数宏更集中，并支持测试用例的自动注册。与CxxUnit比，gtest不要求Python等外部工具的存在。与Boost。Test比，gtest更简洁容易上手，实用性也并不逊色。Wikipedia给出了各种编程语言的单元测试框架列表（http：//en。wikipedia。org/wiki/List_of_unit_testing_frameworks）。

一、基本用法

gtest当前的版本是1。5。0，如果使用VisualC++编译，要求编译器版本不低于7。1（VisualC++2003）。如下图所示，它的msvc文件夹包含VisualC++工程和项目文件，samples文件夹包含10个使用范例。

一般情况下，我们的单元测试代码只需要包含头文件gtest。h。gtest中常用的所有结构体、类、函数、常量等，都通过命名空间testing访问，不过gtest已经把最简单常用的单元测试功能包装成了一些带参数宏，因此在简单的测试中常常可以忽略命名空间的存在。

按照gtest的叫法，宏TEST为特定的测试用例（TestCase）定义了一个可执行的测试（Test）。它接受用户指定的测试用例名（一般取被测对象名）和测试名作为参数，并划出了一个作用域供填充测试宏语句和普通的C++代码。一系列TEST的集合就构成一个简单的测试程序。

常用的测试宏如下表所示。以ASSERT_开头和以EXPECT_开头的宏的区别是，前者在测试失败时会给出报告并立即终止测试程序，后者在报告后继续执行测试程序。

写个简单的测试试一下。假设我们实现了一个加法函数：

　对应的单元测试程序可以这样写：

代码中，测试用例Add包含两个测试，正数和负数（这里利用了VisualC++2005以上允许标识符包含Unicode字符的特性）。编译运行效果如下：

在控制台界面中，通过的测试用绿色表示，失败的测试用红色表示。双横线分隔了不同的测试用例，其中包含的每个测试的启动与结果用单横线和RUN。。。OK或RUN。。。FAILED标出。失败的测试会打印出代码行和原因，测试程序最后为所有用例和测试显示统计结果。建议读者试一下换成ASSERT_宏的不同之处。

每个测试宏还可以使用<<运算符在测试失败时输出自定义信息，如：

编译命令行中，gtest_mt。lib和gtest_main_mt。lib就是前面使用VC项目文件生成的静态库。有意思的是，测试代码不需要注册测试用例，也不需要定义main函数，这是gtest通过后一个静态库自动完成的，它的实现代码如下：

其中，函数InitGoogleTest负责注册需要运行的所有测试用例，宏RUN_ALL_TEST负责执行所有测试，如果全部成功则返回0，否则返回1。当然，我们也可以仅链接gtest_mt。lib，自己提供main函数。

二、测试固件

很多时候，我们想在不同的测试执行前创建相同的配置环境，在测试执行结束后执行相应的清理工作，测试固件（TestFixture）为这种需求提供了方便。“Fixture”是一个汉语中不易直接对应的词，《美国传统词典》对它的解释是“（作为附属物的）固定装置；被固定的状态”。在单元测试中，Fixture的作用是为测试创建辅助性的上下文环境，实现测试的初始化和终结与测试过程本身的分离，便于不同测试使用相同代码来搭建固定的配置环境。用体操比赛的说法，测试过程体现了特定测试的自选动作，测试固件则体现了对一系列测试（在开始和结束时）的规定动作。有些讲单元测试的书籍直接把测试固件称为Scaffolding（脚手架）。

使用测试固件比单纯调用TEST宏稍微麻烦一些：

1、从gtest的testing：：Test类派生一个类，用public或protected定义以下所有成员。

2、（可选）建立环境：使用默认构造函数，或定义一个虚成员函数virtualvoidSetUp（）。

3、（可选）销毁环境：使用析构函数，或定义一个虚成员函数virtualvoidTearDown（）。

4、用TEST_F定义测试，写法与TEST相同，但测试用例名必须为上面定义的类名。

每个带固件的测试的执行顺序是：

1、调用默认构造函数创建一个新的带固件对象。

2、立即调用SetUp函数。

3、运行TEST_F体。

4、立即调用TearDown函数。

5、调用析构函数销毁类对象。

从gtest的实现代码可以看到，TEST_F又从用户定义的类自动派生了一个类，因此要求public或protected的访问权限；大括号里的内容被扩展成一个名为TestBody的虚成员函数的函数体，因此可以在其中直接访问成员变量和成员函数。其实TEST也采用了相同的实现机制，只是它直接从gtest的testing：：Test自动派生类，所以可以指定任意用例名。testing：：Test类的SetUp和TearDown都是空函数，所以它只执行测试步骤，没有环境的创建和销毁。

借用上面Add函数写个固件测试的例子：

编译运行效果如下：

必须强调，每个TEST_F开始都创建了一个新的带固件对象，因此每个测试都使用独立的完全相同的初始环境，各测试可以按任意顺序执行（参见--gtest_shuffle命令行选项）。但在某些情况下，我们可能需要在各个测试间共享一个相同的环境来保存和传递状态，或者环境的状态是只读的，可以只初始化一次，再或者创建环境的过程开销很高，要求只初始化一次。共享某个固件环境的所有测试合称为一个“测试套件”（TestSuite），gtest中利用静态成员变量和静态成员函数实现这个概念：

1、（可选）在testing：：Test的派生类中，定义若干静态成员变量来维护套件的状态。

2、（可选）建立共享环境：定义一个静态成员函数staticvoidSetUpTestCase（）。

3、（可选）销毁共享环境：定义一个静态成员函数staticvoidTearDownCase（）。

另外，还可以使用gtest的Environment类来建立和销毁所有测试共用的全局环境（对应于上图显示的“Globaltestenvironmentset-up”和“Globaltestenvironmenttear-down”）：

gtest文档建议测试程序自己定义main函数并在其中创建和注册全局环境对象：

三、异常测试

C程序中要返回出错信息，可以利用特定的函数返回值、函数的输出（outbound）参数、或者设置全局变量（如C标准库定义的errno，Windows API中的“上次错误”（last error）代码，Winsock中与每个socket相关联的错误代码）。C++程序常用异常（exception）来返回出错信息，gtest为异常测试提供了专用的测试宏：

需要注意，这些测试宏都接受C/C++语句作为参数，所以既可以像前面那样传递表达式，也可以传递用大括号包起来的代码块。

借助下面的被测函数：

测试程序如下：

编译运行效果如下：

容易想到，gtest的这些异常测试宏是用C++的try。。。catch语句来实现的：

如果把上图中Visual C++的编译选项/EHsc换成/EHa，try 。。。 catch就可以同时支持C++风格的异常和Windows系统的结构化异常（SEH）。这样，即使删掉divide函数里的if判断，测试代码的EXPECT_ANY_THROW宏也会成功捕获异常。

遗憾的是，目前仅使用这些测试宏无法得到获得被抛出异常的详细信息（如divide函数中的报错文本），这和gtest自身不愿意使用C++异常有关。

四、值参数化测试

有些时候，我们需要对代码实现的功能使用不同的参数进行测试，比如使用大量随机值来检验算法实现的正确性，或者比较同一个接口的不同实现之间的差别。gtest把“集中输入测试参数”的需求抽象出来提供支持，称为值参数化测试（Value Parameterized Test）。

值参数化测试包括4个步骤：

1、从gtest的TestWithParam模板类派生一个类（记为C），模板参数为需要输入的测试参数的类型。由于TestWithParam本身是从Test派生的，所以C就成了一个测试固件类。

2、在C中，可以实现诸如SetUp、TearDown等方法。特别地，测试参数由TestWithParam实现的GetParam（）方法依次返回。

3、使用TEST_P（而不是TEST_F）定义测试。

4、使用INSTANTIATE_TEST_CASE_P宏集中输入测试参数，它接受3个参数：任意的文本前缀，测试类名（这里即为C），以及测试参数值序列。gtest框架依次使用这些参数值生成测试固件类实例，并执行用户定义的测试。

gtest提供了专门的模板函数来生成参数值序列，如下表所示：

写个小程序试一下。假设我们实现了一种快速累加算法，希望使用另一种直观算法进行正确性校验。算法实现和测试代码如下：

测试程序如下：

注意TestWithParam的模板参数设置为unsigned类型，而在代码倒数第2行，两个常量值都加了u后缀来指定为unsigned类型。熟悉C++的读者应该知道，模板函数在进行类型推断（deduction）时匹配相当严格，不像普通函数那样允许类型提升（promotion）。如果上面省略u后缀，就会造成编译错误。当然还可以显式指定模板参数：testing：：Range（1， 1000）。