作者：老納

一、單元測(cè)試概述

　　工廠在組裝一臺(tái)電視機(jī)之前，會(huì)對(duì)每個(gè)元件都進(jìn)行測(cè)試，這，就是單元測(cè)試。
　　其實(shí)我們每天都在做單元測(cè)試。你寫了一個(gè)函數(shù)，除了極簡(jiǎn)單的外，總是要執(zhí)行一下，看看功能是否正常，有時(shí)還要想辦法輸出些數(shù)據(jù)，如彈出信息窗口什么的，這，也是單元測(cè)試，老納把這種單元測(cè)試稱為臨時(shí)單元測(cè)試。只進(jìn)行了臨時(shí)單元測(cè)試的軟件，針對(duì)代碼的測(cè)試很不完整，代碼覆蓋率要超過70%都很困難，未覆蓋的代碼可能遺留大量的細(xì)小的錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤還會(huì)互相影響，當(dāng)BUG暴露出來的時(shí)候難于調(diào)試，大幅度提高后期測(cè)試和維護(hù)成本，也降低了開發(fā)商的競(jìng)爭(zhēng)力。可以說，進(jìn)行充分的單元測(cè)試，是提高軟件質(zhì)量，降低開發(fā)成本的必由之路。
　　對(duì)于程序員來說，如果養(yǎng)成了對(duì)自己寫的代碼進(jìn)行單元測(cè)試的習(xí)慣，不但可以寫出高質(zhì)量的代碼，而且還能提高編程水平。
　　多數(shù)講述單元測(cè)試的文章都是以Java為例，本文以C++為例，后半部分所介紹的單元測(cè)試工具也只介紹C++單元測(cè)試工具。
　　要進(jìn)行充分的單元測(cè)試，應(yīng)專門編寫測(cè)試代碼，并與產(chǎn)品代碼隔離。老納認(rèn)為，比較簡(jiǎn)單的辦法是為產(chǎn)品工程建立對(duì)應(yīng)的測(cè)試工程，為每個(gè)類建立對(duì)應(yīng)的測(cè)試類，為每個(gè)函數(shù)（很簡(jiǎn)單的除外）建立測(cè)試函數(shù)。首先就幾個(gè)概念談?wù)劺霞{的看法。
　　一般認(rèn)為，在結(jié)構(gòu)化程序時(shí)代，單元測(cè)試所說的單元是指函數(shù)，在當(dāng)今的面向?qū)ο髸r(shí)代，單元測(cè)試的所說的單元是指類。老納認(rèn)為，以類作為測(cè)試單位，復(fù)雜度高，可操作性較差，因此仍然應(yīng)以函數(shù)作為單元測(cè)試的測(cè)試單位，但可以用一個(gè)測(cè)試類來組織某個(gè)類的所有測(cè)試函數(shù)。單元測(cè)試不應(yīng)過分強(qiáng)調(diào)面向?qū)ο螅�因�(yàn)榫植看�碼依然是結(jié)構(gòu)化的。單元測(cè)試的工作量較大，簡(jiǎn)單實(shí)用高效才是硬道理。
　　有一種看法是，只測(cè)試類的接口(公有函數(shù))，不測(cè)試其他函數(shù)，從面向?qū)ο蠼嵌葋砜�，似乎有些道理。老納認(rèn)為，測(cè)試的目的是找錯(cuò)并最終排錯(cuò)，因此，只要是包含錯(cuò)誤的可能性較大的函數(shù)都要測(cè)試，跟函數(shù)是否私有沒有關(guān)系。對(duì)于C++來說，可以用一種簡(jiǎn)單的方法區(qū)隔需測(cè)試的函數(shù)：簡(jiǎn)單的函數(shù)如數(shù)據(jù)讀寫函數(shù)的實(shí)現(xiàn)在頭文件中編寫(inline函數(shù))，所有在源文件編寫實(shí)現(xiàn)的函數(shù)都要進(jìn)行測(cè)試(構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)除外)。
　　什么時(shí)候測(cè)試？XP開發(fā)理論講究TDD，即測(cè)試驅(qū)動(dòng)開發(fā)，先編寫測(cè)試代碼，再進(jìn)行開發(fā)。老納認(rèn)為，不必過分強(qiáng)調(diào)先什么后什么，重要的是高效和感覺舒適。從老納的經(jīng)驗(yàn)來看，先編寫產(chǎn)品函數(shù)的框架，然后編寫測(cè)試函數(shù)，針對(duì)產(chǎn)品函數(shù)的功能編寫測(cè)試用例，然后編寫產(chǎn)品函數(shù)的代碼，每寫一個(gè)功能點(diǎn)都運(yùn)行測(cè)試，隨時(shí)補(bǔ)充測(cè)試用例。所謂先編寫產(chǎn)品函數(shù)的框架，是指先編寫函數(shù)空的實(shí)現(xiàn)，有返回值的隨便返回一個(gè)值，編譯通后再編寫測(cè)試代碼，這時(shí)，函數(shù)名、參數(shù)表、返回類型都應(yīng)該確定下來了，所編寫的測(cè)試代碼以后需修改的可能性比較小。
　　由誰(shuí)測(cè)試？單元測(cè)試與其他測(cè)試不同，單元測(cè)試可看作是編碼工作的一部分，應(yīng)該由程序員完成，也就是說，經(jīng)過了單元測(cè)試的代碼才是已完成的代碼，提交產(chǎn)品代碼時(shí)也要同時(shí)提交測(cè)試代碼。測(cè)試部門可以作一定程度的審核。
　　關(guān)于樁代碼，老納認(rèn)為，單元測(cè)試應(yīng)避免編寫樁代碼。樁代碼就是用來代替某些代碼的代碼，例如，產(chǎn)品函數(shù)或測(cè)試函數(shù)調(diào)用了一個(gè)未編寫的函數(shù)，可以編寫樁函數(shù)來代替該被調(diào)用的函數(shù)，樁代碼也用于實(shí)現(xiàn)測(cè)試隔離。采用由底向上的開發(fā)方式進(jìn)行開發(fā)，先開發(fā)的代碼先測(cè)試，可以避免編寫樁代碼，這樣做的好處有：減少了工作量；測(cè)試上層函數(shù)時(shí)，也是對(duì)下層函數(shù)的間接測(cè)試；當(dāng)下層函數(shù)修改時(shí)，通過回歸測(cè)試可以確認(rèn)修改是否導(dǎo)致上層函數(shù)產(chǎn)生錯(cuò)誤。

二、測(cè)試代碼編寫

　　下面該說說如何編寫測(cè)試代碼了，以一個(gè)例子來說明，開發(fā)環(huán)境是VC6.0。產(chǎn)品類：

class CMyClass
{
public:
    int Add(int i, int j);
    CMyClass();
    virtual ~CMyClass();

private:
    int mAge; //年齡
    CString mPhase; //年齡階段，如"少年"，"青年"
};
建立對(duì)應(yīng)的測(cè)試類CMyClassTester，為了節(jié)約編幅，只列出源文件的代碼：

void CMyClassTester::CaseBegin()
{
    //pObj是CMyClassTester類的成員變量，是被測(cè)試類的對(duì)象的指針，
    //為求簡(jiǎn)單，所有的測(cè)試類都可以用pObj命名被測(cè)試對(duì)象的指針。
    pObj = new CMyClass();
}

void CMyClassTester::CaseEnd()
{
    delete pObj;
}

　　測(cè)試類的函數(shù)CaseBegin()和CaseEnd()建立和銷毀被測(cè)試對(duì)象，每個(gè)測(cè)試用例的開頭都要調(diào)用
CaseBegin()，結(jié)尾都要調(diào)用CaseEnd()。

接下來，我們建立示例的產(chǎn)品函數(shù)：

int CMyClass::Add(int i, int j)
{
    return i+j;
}
和對(duì)應(yīng)的測(cè)試函數(shù)：

void CMyClassTester::Add_int_int()
{
}
　　把參數(shù)表作為函數(shù)名的一部分，這樣當(dāng)出現(xiàn)重載的被測(cè)試函數(shù)時(shí)，測(cè)試函數(shù)不會(huì)產(chǎn)生命名沖突。下面添加測(cè)試用例：

void CMyClassTester::Add_int_int()
{
    //第一個(gè)測(cè)試用例
    CaseBegin();{ //1
        int i = 0; //2
        int j = 0; //3
        int ret = pObj->Add(i, j); //4
        ASSERT(ret == 0); //5
    }CaseEnd(); //6
}
　　第1和第6行建立和銷毀被測(cè)試對(duì)象，所加的{}是為了讓每個(gè)測(cè)試用例的代碼有一個(gè)獨(dú)立的域，以便多個(gè)測(cè)試用例使用相同的變量名。
　　第2和第3行是定義輸入數(shù)據(jù)，第4行是調(diào)用被測(cè)試函數(shù)，這些容易理解，不作進(jìn)一步解釋。第5行是預(yù)期輸出，它的特點(diǎn)是當(dāng)實(shí)際輸出與預(yù)期輸出不同時(shí)自動(dòng)報(bào)錯(cuò)，ASSERT是VC的斷言宏，也可以使用其他類似功能的宏，使用測(cè)試工具進(jìn)行單元測(cè)試時(shí)，可以使用該工具定義的斷言宏。

　　示例中的格式顯得很不簡(jiǎn)潔，2、３、4、5行可以合寫為一行：ASSERT(pObj->Add(0, 0) == 0);但這種不簡(jiǎn)潔的格式卻是老納極力推薦的，因?yàn)樗�一目了然，易于建立多個(gè)測(cè)試用例，并且具有很好的適應(yīng)性，同時(shí)，也是極佳的代碼文檔，總之，老納建議：輸入數(shù)據(jù)和預(yù)期輸出要自成一塊。
　　建立了第一個(gè)測(cè)試用例后，應(yīng)編譯并運(yùn)行測(cè)試，以排除語(yǔ)法錯(cuò)誤，然后，使用拷貝已有的測(cè)試用例并進(jìn)行修改的辦法建立其他測(cè)試用例。由于各個(gè)測(cè)試用例之間的差別往往很小，通常只需修改一兩個(gè)數(shù)據(jù)，拷貝修改是最快的建立多個(gè)測(cè)試用例的辦法。

三、測(cè)試用例

　　下面說說測(cè)試用例、輸入數(shù)據(jù)及預(yù)期輸出。輸入數(shù)據(jù)是測(cè)試用例的核心，老納對(duì)輸入數(shù)據(jù)的定義是：被測(cè)試函數(shù)所讀取的外部數(shù)據(jù)及這些數(shù)據(jù)的初始值。外部數(shù)據(jù)是對(duì)于被測(cè)試函數(shù)來說的，實(shí)際上就是除了局部變量以外的其他數(shù)據(jù)，老納把這些數(shù)據(jù)分為幾類：參數(shù)、成員變量、全局變量、IO媒體。IO媒體是指文件、數(shù)據(jù)庫(kù)或其他儲(chǔ)存或傳輸數(shù)據(jù)的媒體，例如，被測(cè)試函數(shù)要從文件讀取數(shù)據(jù)，那么，文件中的原始數(shù)據(jù)也屬于輸入數(shù)據(jù)。一個(gè)函數(shù)無論多復(fù)雜，都無非是對(duì)這幾類數(shù)據(jù)的讀取、計(jì)算和寫入。預(yù)期輸出是指：返回值及被測(cè)試函數(shù)所寫入的外部數(shù)據(jù)的結(jié)果值。返回值就不用說了，被測(cè)試函數(shù)進(jìn)行了寫操作的參數(shù)(輸出參數(shù))、成員變量、全局變量、IO媒體，它們的預(yù)期的結(jié)果值都是預(yù)期輸出。一個(gè)測(cè)試用例，就是設(shè)定輸入數(shù)據(jù)，運(yùn)行被測(cè)試函數(shù)，然后判斷實(shí)際輸出是否符合預(yù)期。下面舉一個(gè)與成員變量有關(guān)的例子：
產(chǎn)品函數(shù)：

void CMyClass::Grow(int years)
{
    mAge += years;

    if(mAge < 10)
        mPhase = "兒童";
    else if(mAge <20)
        mPhase = "少年";
    else if(mAge <45)
        mPhase = "青年";
    else if(mAge <60)
        mPhase = "中年";
    else
        mPhase = "老年";
}
測(cè)試函數(shù)中的一個(gè)測(cè)試用例：

CaseBegin();{
    int years = 1;
    pObj->mAge = 8;
    pObj->Grow(years);
    ASSERT( pObj->mAge == 9 );
    ASSERT( pObj->mPhase == "兒童" );
}CaseEnd();

　　在輸入數(shù)據(jù)中對(duì)被測(cè)試類的成員變量mAge進(jìn)行賦值，在預(yù)期輸出中斷言成員變量的值�，F(xiàn)在可以看到老納所推薦的格式的好處了吧，這種格式可以適應(yīng)很復(fù)雜的測(cè)試。在輸入數(shù)據(jù)部分還可以調(diào)用其他成員函數(shù)，例如：執(zhí)行被測(cè)試函數(shù)前可能需要讀取文件中的數(shù)據(jù)保存到成員變量，或需要連接數(shù)據(jù)庫(kù)，老納把這些操作稱為初始化操作。例如，上例中 ASSERT( ...)之前可以加pObj->OpenFile();。為了訪問私有的成員變量或成員函數(shù)，可以將測(cè)試類定義為產(chǎn)品類的友元類。例如，定義一個(gè)宏：

#define UNIT_TEST(cls) friend class cls##Tester;
然后在產(chǎn)品類聲明中加一行代碼：UNIT_TEST(ClassName)。
　　下面談?wù)劀y(cè)試用例設(shè)計(jì)。前面已經(jīng)說了，測(cè)試用例的核心是輸入數(shù)據(jù)。預(yù)期輸出是依據(jù)輸入數(shù)據(jù)和程序功能來確定的，也就是說，對(duì)于某一程序，輸入數(shù)據(jù)確定了，預(yù)期輸出也就可以確定了，至于生成/銷毀被測(cè)試對(duì)象和運(yùn)行測(cè)試的語(yǔ)句，是所有測(cè)試用例都大同小異的，因此，我們討論測(cè)試用例時(shí)，只討論輸入數(shù)據(jù)。
　　前面說過，輸入數(shù)據(jù)包括四類：參數(shù)、成員變量、全局變量、IO媒體，這四類數(shù)據(jù)中，只要所測(cè)試的程序需要執(zhí)行讀操作的，就要設(shè)定其初始值，其中，前兩類比較常用，后兩類較少用。顯然，把輸入數(shù)據(jù)的所有可能取值都進(jìn)行測(cè)試，是不可能也是無意義的，我們應(yīng)該用一定的規(guī)則選擇有代表性的數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)，主要有三種：正常輸入，邊界輸入，非法輸入，每種輸入還可以分類，也就是平常說的等價(jià)類法，每類取一個(gè)數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)，如果測(cè)試通過，可以肯定同類的其他輸入也是可以通過的。下面舉例說明：
　　正常輸入
　　例如字符串的Trim函數(shù)，功能是將字符串前后的空格去除，那么正常的輸入可以有四類：前面有空格；后面有空格；前后均有空格；前后均無空格。
　　邊界輸入
　　上例中空字符串可以看作是邊界輸入。
　　再如一個(gè)表示年齡的參數(shù)，它的有效范圍是0-100，那么邊界輸入有兩個(gè)：0和100。
　　非法輸入
　　非法輸入是正常取值范圍以外的數(shù)據(jù)，或使代碼不能完成正常功能的輸入，如上例中表示年齡的參數(shù)，小于0或大于100都是非法輸入，再如一個(gè)進(jìn)行文件操作的函數(shù)，非法輸入有這么幾類：文件不存在；目錄不存在；文件正在被其他程序打開；權(quán)限錯(cuò)誤。
　　如果函數(shù)使用了外部數(shù)據(jù)，則正常輸入是肯定會(huì)有的，而邊界輸入和非法輸入不是所有函數(shù)都有。一般情況下，即使沒有設(shè)計(jì)文檔，考慮以上三種輸入也可以找出函數(shù)的基本功能點(diǎn)。實(shí)際上，單元測(cè)試與代碼編寫是“一體兩面”的關(guān)系，編碼時(shí)對(duì)上述三種輸入都是必須考慮的，否則代碼的鍵壯性就會(huì)成問題。

四、白盒覆蓋

　　上面所說的測(cè)試數(shù)據(jù)都是針對(duì)程序的功能來設(shè)計(jì)的，就是所謂的黑盒測(cè)試，另外，單元測(cè)試還需要從另一個(gè)角度來設(shè)計(jì)測(cè)試數(shù)據(jù)，即針對(duì)程序的邏輯結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)測(cè)試用例，就是所謂的白盒測(cè)試。在老納看來，如果黑盒測(cè)試是足夠充分的，那么白盒測(cè)試就沒有必要，可惜“足夠充分”只是一種理想狀態(tài)，例如：真的是所有功能點(diǎn)都測(cè)試了嗎？程序的功能點(diǎn)是人為的定義，常常是不全面的；各個(gè)輸入數(shù)據(jù)之間，有些組合可能會(huì)產(chǎn)生問題，怎樣保證這些組合都經(jīng)過了測(cè)試？難于衡量測(cè)試的完整性是黑盒測(cè)試的主要缺陷，而白盒測(cè)試恰恰具有易于衡量測(cè)試完整性的優(yōu)點(diǎn)，兩者之間具有極好的互補(bǔ)性，例如：完成功能測(cè)試后統(tǒng)計(jì)語(yǔ)句覆蓋率，如果語(yǔ)句覆蓋未完成，很可能是未覆蓋的語(yǔ)句所對(duì)應(yīng)的功能點(diǎn)未測(cè)試。
　　白盒測(cè)試針對(duì)程序的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)測(cè)試用例，用邏輯覆蓋率來衡量測(cè)試的完整性。邏輯單位主要有：語(yǔ)句、分支、條件、條件值、條件值組合，路徑。語(yǔ)句覆蓋就是覆蓋所有的語(yǔ)句，其他類推。另外還有一種判定條件覆蓋，其實(shí)是分支覆蓋與條件覆蓋的組合，在此不作討論。跟條件有關(guān)的覆蓋就有三種，解釋一下：條件覆蓋是指覆蓋所有的條件表達(dá)式，即所有的條件表達(dá)式都計(jì)算了，不考慮計(jì)算結(jié)果；條件值覆蓋是指覆蓋條件的所有可能取值，即每個(gè)條件的取真值和取假值都要計(jì)算一次；條件值組合覆蓋是指覆蓋所有條件取值的所有可能組合。老納做過一些粗淺的研究，發(fā)現(xiàn)與條件直接有關(guān)的錯(cuò)誤主要是邏輯操作符錯(cuò)誤，例如： 寫成&&，漏了寫!什么的，采用分支覆蓋與條件覆蓋的組合，基本上可以發(fā)現(xiàn)這些錯(cuò)誤，另一方面，條件值覆蓋與條件值組合覆蓋往往需要大量的測(cè)試用例，因此，在老納看來，條件值覆蓋和條件值組合覆蓋的效費(fèi)比偏低。老納認(rèn)為效費(fèi)比較高且完整性也足夠的測(cè)試要求是這樣的：完成功能測(cè)試，完成語(yǔ)句覆蓋、條件覆蓋、分支覆蓋、路徑覆蓋。做過單元測(cè)試的朋友恐怕會(huì)對(duì)老納提出的測(cè)試要求給予一個(gè)字的評(píng)價(jià)：暈！或者兩個(gè)字的評(píng)價(jià)：狂暈！因?yàn)檫@似乎是不可能的要求，要達(dá)到這種測(cè)試完整性，其測(cè)試成本是不可想象的，不過，出家人不打逛語(yǔ)，老納之所以提出這種測(cè)試要求，是因?yàn)槔�用一些工具，可以在較低的成本下達(dá)到這種測(cè)試要求，后面將會(huì)作進(jìn)一步介紹。
　　關(guān)于白盒測(cè)試用例的設(shè)計(jì)，程序測(cè)試領(lǐng)域的書籍一般都有講述，普通方法是畫出程序的邏輯結(jié)構(gòu)圖如程序流程圖或控制流圖，根據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)測(cè)試用例，這些是純粹的白盒測(cè)試，不是老納想推薦的方式。老納所推薦的方法是：先完成黑盒測(cè)試，然后統(tǒng)計(jì)白盒覆蓋率，針對(duì)未覆蓋的邏輯單位設(shè)計(jì)測(cè)試用例覆蓋它，例如，先檢查是否有語(yǔ)句未覆蓋，有的話設(shè)計(jì)測(cè)試用例覆蓋它，然后用同樣方法完成條件覆蓋、分支覆蓋和路徑覆蓋，這樣的話，既檢驗(yàn)了黑盒測(cè)試的完整性，又避免了重復(fù)的工作，達(dá)到非常高的測(cè)試完整性。不過，這些工作可不是手工能完成的，必須借助于工具，后面會(huì)介紹可以完成這些工作的測(cè)試工具。

五、單元測(cè)試工具

　　現(xiàn)在開始介紹單元測(cè)試工具，老納只介紹三種，都是用于C++語(yǔ)言的。
　　首先是CppUnit，這是C++單元測(cè)試工具的鼻祖，免費(fèi)的開源的單元測(cè)試框架。由于已有一眾高人寫了不少關(guān)于CppUnit的很好的文章，老納就不現(xiàn)丑了，想了解CppUnit的朋友，建議讀一下Cpluser 所作的《CppUnit測(cè)試框架入門》，網(wǎng)址是：

http://blog.csdn.net/cpluser/archive/2004/09/21/111522.aspx
該文也提供了CppUnit的下載地址。
　　然后介紹C++Test，這是Parasoft公司的產(chǎn)品。［C++Test是一個(gè)功能強(qiáng)大的自動(dòng)化C/C++單元級(jí)測(cè)試工具，可以自動(dòng)測(cè)試任何C/C++函數(shù)、類，自動(dòng)生成測(cè)試用例、測(cè)試驅(qū)動(dòng)函數(shù)或樁函數(shù)，在自動(dòng)化的環(huán)境下極其容易快速的將單元級(jí)的測(cè)試覆蓋率達(dá)到100%］。［］內(nèi)的文字引自http://www.superst.com.cn/softwares_testing_c_cpptest.htm，這是華唐公司的網(wǎng)頁(yè)。老納想寫些介紹C++Test的文字，但發(fā)現(xiàn)無法超越華唐公司的網(wǎng)頁(yè)上的介紹，所以也就省點(diǎn)事了，想了解C++Test的朋友，建議訪問該公司的網(wǎng)站。華唐公司代理C++Test，想要購(gòu)買或索取報(bào)價(jià)、試用版都可以找他們。老納幫華唐公司做廣告，不知道會(huì)不會(huì)得點(diǎn)什么好處？
　　最后介紹Visual Unit，簡(jiǎn)稱VU，這是國(guó)產(chǎn)的單元測(cè)試工具，據(jù)說申請(qǐng)了多項(xiàng)專利，擁有一批創(chuàng)新的技術(shù)，不過老納只關(guān)心是不是有用和好用。［自動(dòng)生成測(cè)試代碼 快速建立功能測(cè)試用例 程序行為一目了然 極高的測(cè)試完整性 高效完成白盒覆蓋 快速排錯(cuò) 高效調(diào)試 詳盡的測(cè)試報(bào)告］。［］內(nèi)的文字是VU開發(fā)商的網(wǎng)頁(yè)上摘錄的，網(wǎng)址是：http://www.unitware.cn。前面所述測(cè)試要求：完成功能測(cè)試，完成語(yǔ)句覆蓋、條件覆蓋、分支覆蓋、路徑覆蓋，用VU可以輕松實(shí)現(xiàn)，還有一點(diǎn)值得一提：使用VU還能提高編碼的效率，總體來說，在完成單元測(cè)試的同時(shí)，編碼調(diào)試的時(shí)間可能還會(huì)縮短。算了，不想再講了，老納顯擺理論、介紹經(jīng)驗(yàn)還是有興趣的，因?yàn)榭梢詽M足老納好為人師的虛榮心，但介紹工具就覺得索然無味了，畢竟工具好不好用，合不合用，要試過才知道，還是自己去開發(fā)商的網(wǎng)站看吧，可以下載演示版，還有演示課件，老納念經(jīng)去也，阿彌陀佛。