C++ Tool: gtest

Google开源框架：gtest

gtest，它主要用于写单元测试，检查真自己的程序是否符合预期行为。这不是QA（测试工程师）才学的，也是每个优秀后端开发codoer的必备技能。

构建依赖环境

先介绍下怎么基于CMakeLists.txt构建依赖环境。

由于Google没有为googletest/samples中的samples写CMakeLists.txt，因此，gtest从github克隆下来后，也无法直接运行这些samples。

在loOK后端公众号，回复「gtest」即可获取gtest压缩包。

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$ tree -L 2
demo
├── CMakeLists.txt  
├── build        # 空的文件夹
├── include
│   ├── CMakeLists.txt
│   ├── gflags
│   └── googletest
├── main.cc
└── my_gtest_demo_1.cc

然后，在demo/build路径下，执行命令：

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cmake .. && make -j 4

这些samples生成的可执行文件都在demo/build/bin路径下。

assertion

在gtest中，是通过断言（assertion）来判断代码实现的功能是否符合预期。断言的结果分为success、non-fatal failture和fatal failture。

根据断言失败的种类，gtest提供了两种断言函数：

success：即断言成功，程序的行为符合预期，程序继续向下允许。
non-fatal failure：即断言失败，但是程序没有直接crash，而是继续向下运行。

gtest提供了宏函数EXPECT_XXX(expected, actual)：如果condition(expected, actual)返回false，则EXPECT_XXX产生的就是non-fatal failure错误，并显示相关错误。

fatal failure：断言失败，程序直接crash，后续的测试案例不会被运行。

gtest提供了宏函数ASSERT_XXX(expected, actual)。

在写单元测试时，更加倾向于使用EXPECT_XXX，因为ASSERT_XXX是直接crash退出的，可能会导致一些内存、文件资源没有释放，因此可能会引入一些bug。

具体的EXPECT_XXX、ASSERT_XXX函数及其判断条件，如下两个表:

一元比较：

ASSERT	EXPECT	Verifies
ASSERT_TRUE(condition)	EXPECT_TRUE(condition);	condition is true
ASSERT_FALSE(condition);	EXPECT_FALSE(condition);	condition is false

二元比较：

ASSERT	EXPECT	Condition
ASSERT_EQ(val1, val2);	EXPECT_EQ(val1, val2);	val1 == val2
ASSERT_NE(val1, val2);	EXPECT_NE(val1, val2);	val1 != val2
ASSERT_LT(val1, val2);	EXPECT_LT(val1, val2);	val1 < val2
ASSERT_LE(val1, val2);	EXPECT_LE(val1, val2);	val1 <= val2
ASSERT_GT(val1, val2);	EXPECT_GT(val1, val2);	val1 > val2
ASSERT_GE(val1, val2);	EXPECT_GE(val1, val2);	val1 >= val2

Quick Start

下面以EXPECT_XXX为例子，快速开始使用gtest吧。

对于EXPECT_XXX，无论条件是否满足，都会继续向下运行，但是如果条件不满足，在报错的地方会显示：

没有通过的那个EXPECT_XXX函数位置； EXPECT_XXX第一个参数的值，即期待值 EXPECT_XXX第二个参数的值，即实际值 demo:

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// in gtest_demo_1.cc
#include <gtest/gtest.h>

int add(int lhs, int rhs) { return lhs + rhs; }

int main(int argc, char const *argv[]) {

    EXPECT_EQ(add(1,1), 2); // PASS
    EXPECT_EQ(add(1,1), 1) << "FAILED: EXPECT: 2, but given 1";; // FAILDED
    
    return 0;
}

编译执行后输出如下：

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$ ./gtest_demo_1
/Users/self_study/Cpp/OpenSource/demo/gtest_demo_1.cc:9: Failure
Expected equality of these values:
  add(1,1)
    Which is: 2                # 期待的值
  1                            # 给定的值
FAILED: EXPECT: 2, but given 1 # 自己添加的提示信息 

gtest允许添加自定义的描述信息，当这个语句测试未通过时就会显示，比如上面的"FAILED: EXPECT: 2, but given 1"。

这个<<和std::ostream接受的类型一致，即可以接受std::ostream可以接受的类型。

TEST

以googletest/samples中的sample1_unittest.cc中的demo为例，介绍如何更好地组织测试案例。

一个简单计算阶乘函数Factorial实现如下：

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int Factorial(int n) {
  int result = 1;
  for (int i = 1; i <= n; i++) {
    result *= i;
  }

  return result;
}

怎么使用gtest来测试这个函数的行为？

从上面给出的表来看，我们需要使用EXPECT_EQ宏来判断：

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EXPECT_EQ(1, Factorial(-5)); // 测试计算负数的阶乘
EXPECT_EQ(1, Factorial(0));   // 测试计算0的阶乘
EXPECT_EQ(6, Factorial(3));   // 测试计算正数的阶乘 

但是当测试案例规模变大，不好组织。

因此，为了更好的组织test cases，比如针对Factorial函数，输入是负数的cases为一组，输入是0的case为一组，正数cases为一组。gtest提供了一个宏TEST(TestSuiteName, TestName)，用于组织不同场景的cases，这个功能在gtest中称为test suite。

用法如下：

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// 下面三个 TEST 都是属于同一个 test suite，即 FactorialTest
// 正数为一组
TEST(FactorialTest, Negative) {
  EXPECT_EQ(1, Factorial(-5));
  EXPECT_EQ(1, Factorial(-1));
  EXPECT_GT(Factorial(-10), 0);
}
// 0
TEST(FactorialTest, Zero) {
  EXPECT_EQ(1, Factorial(0));
}
// 负数为一组
TEST(FactorialTest, Positive) {
  EXPECT_EQ(1, Factorial(1));
  EXPECT_EQ(2, Factorial(2));
  EXPECT_EQ(6, Factorial(3));
  EXPECT_EQ(40320, Factorial(8));
}

那么需要如何运行这些Test呢？在sample1_unittest.cc的main函数中，添加RUN_ALL_TESTS函数即可。

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int main(int argc, char **argv) {
  printf("Running main() from %s\n", __FILE__);
  testing::InitGoogleTest(&argc, argv);
  return RUN_ALL_TESTS(); 
}

在build/bin路径下，执行对应的可执行文件，输出如下：

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$./sample1_unittest 
Running main() from /Users/self_study/Cpp/OpenSource/demo/include/googletest/googletest/samples/sample1_unittest.cc
[==========] Running 6 tests from 2 test suites. # 在 sample1_unittest.cc 中有两个 test suites
[----------] Global test environment set-up.    

# 第一个 test suite，即上面的 FactorialTest
[----------] 3 tests from FactorialTest     # 3 组
[ RUN      ] FactorialTest.Negative         # Negative 组输出
[       OK ] FactorialTest.Negative (0 ms)  # OK 表示 Negative 组全部测试通过
[ RUN      ] FactorialTest.Zero             # Zero组输出 
[       OK ] FactorialTest.Zero (0 ms)    
[ RUN      ] FactorialTest.Positive         # Positive组输出
[       OK ] FactorialTest.Positive (0 ms)   
[----------] 3 tests from FactorialTest (0 ms total)

# sample1_unitest 另一个测试案例的输出 ...

[----------] Global test environment tear-down  
[==========] 6 tests from 2 test suites ran. (0 ms total) 
[  PASSED  ] 6 tests.              # 全部测试结果：PASS表示全部通过 

在sample2_unittest.cc中，测试一个自定义类MyString的复制构造函数是否表现正常：

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const char kHelloString[] = "Hello, world!";

// 在 TEST内部，定义变量
TEST(MyString, CopyConstructor) {
  const MyString s1(kHelloString);
  const MyString s2 = s1;
  EXPECT_EQ(0, strcmp(s2.c_string(), kHelloString));
}

TEST_F

gtest中更为高级的功能：test fixture，对应的宏函数是TEST_F(TestFixtureName, TestName)。

fixture，其语义是固定的设施，而test fixture在gtest中的作用就是为每个TEST都执行一些同样的操作。

比如，要测试一个队列Queue的各个接口功能是否正常，因此就需要向队列中添加元素。如果使用一个TEST函数测试Queue的一个接口，那么每次执行TEST时，都需要在TEST宏函数中定义一个Queue对象，并向该对象中添加元素，就很冗余、繁琐。

怎么避免这部分冗余的过程？

TEST_F就是完成这样的事情，它的第一个参数TestFixtureName是个类，需要继承testing::Test，同时根据需要实现以下两个虚函数：

virtual void SetUp()：在TEST_F中测试案例之前运行；
virtual void TearDown()：在TEST_F之后运行。

可以类比对象的构造函数和析构函数。这样，同一个TestFixtureName下的每个TEST_F都会先执行SetUp，最后执行TearDown。

此外，testing::Test还提供了两个static函数：

static void SetUpTestSuite()：在第一个TEST之前运行
static void TearDownTestSuite()：在最后一个TEST之后运行

以sample3-inl中实现的class Queue为例：

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class QueueTestSmpl3 : public testing::Test { // 继承了 testing::Test
protected:  
  
  static void SetUpTestSuite() {
    std::cout<<"run before first case..."<<std::endl;
  } 

  static void TearDownTestSuite() {
    std::cout<<"run after last case..."<<std::endl;
  }
  
  virtual void SetUp() override {
    std::cout<<"enter into SetUp()" <<std::endl;
    q1_.Enqueue(1);
    q2_.Enqueue(2);
    q2_.Enqueue(3);
  }

  virtual void TearDown() override {
    std::cout<<"exit from TearDown" <<std::endl;
  }
  
  static int Double(int n) {
    return 2*n;
  }
  
  void MapTester(const Queue<int> * q) {
    const Queue<int> * const new_q = q->Map(Double);

    ASSERT_EQ(q->Size(), new_q->Size());

    for (const QueueNode<int>*n1 = q->Head(), *n2 = new_q->Head();
         n1 != nullptr; n1 = n1->next(), n2 = n2->next()) {
      EXPECT_EQ(2 * n1->element(), n2->element());
    }

    delete new_q;
  }

  Queue<int> q0_;
  Queue<int> q1_;
  Queue<int> q2_;
};

下面是sample3_unittest.cc中的TEST_F：

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// in sample3_unittest.cc

// Tests the default c'tor.
TEST_F(QueueTestSmpl3, DefaultConstructor) {
  // !!! 在 TEST_F 中可以使用 QueueTestSmpl3 的成员变量、成员函数 
  EXPECT_EQ(0u, q0_.Size());
}

// Tests Dequeue().
TEST_F(QueueTestSmpl3, Dequeue) {
  int * n = q0_.Dequeue();
  EXPECT_TRUE(n == nullptr);

  n = q1_.Dequeue();
  ASSERT_TRUE(n != nullptr);
  EXPECT_EQ(1, *n);
  EXPECT_EQ(0u, q1_.Size());
  delete n;

  n = q2_.Dequeue();
  ASSERT_TRUE(n != nullptr);
  EXPECT_EQ(2, *n);
  EXPECT_EQ(1u, q2_.Size());
  delete n;
}

// Tests the Queue::Map() function.
TEST_F(QueueTestSmpl3, Map) {
  MapTester(&q0_);
  MapTester(&q1_);
  MapTester(&q2_);
}

以TEST_F(QueueTestSmpl3, DefaultConstructor)为例，再具体讲解下TEST_F的运行流程：

1.gtest构造一个QueueTestSmpl3对象t1； 2.t1.setUp初始化t1 3.第一个TEST_F即DefaultConstructor开始运行并结束 4.t1.TearDwon运行，用于清理工作 5.t1被析构

因此，sample3_unittest.cc输出如下：

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% ./sample3_unittest
Running main() from /Users/self_study/Cpp/OpenSource/demo/include/googletest/googletest/samples/sample3_unittest.cc
[==========] Running 3 tests from 1 test suite.
[----------] Global test environment set-up.
[----------] 3 tests from QueueTestSmpl3
run before first case...    # 所有的test case 之前运行
[ RUN      ] QueueTestSmpl3.DefaultConstructor
enter into SetUp()          # 每次都会运行
exit from TearDown
[       OK ] QueueTestSmpl3.DefaultConstructor (0 ms)
[ RUN      ] QueueTestSmpl3.Dequeue
enter into SetUp()          # 每次都会运行
exit from TearDown
[       OK ] QueueTestSmpl3.Dequeue (0 ms)
[ RUN      ] QueueTestSmpl3.Map
enter into SetUp()          # 每次都会运行
exit from TearDown
[       OK ] QueueTestSmpl3.Map (0 ms)
run after last case...      # 所有test case结束之后运行
[----------] 3 tests from QueueTestSmpl3 (0 ms total)

[----------] Global test environment tear-down
[==========] 3 tests from 1 test suite ran. (0 ms total)
[  PASSED  ] 3 tests. 

TEST_F相比较TEST可以更加简洁地实现功能测试。

最后修改于 2023-08-17

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