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单元测试（UT,C++版）经验总结（gtest+gmock）

article 2024/12/25 17:49:52

最近做了一段测试工作，其中包括单元测试，编程语言是C++。这里提供一些基本知识总结，方便入门单元测试。

1.单元测试介绍

单元测试（Unit Testing, 简称UT）是软件测试的一种方法，目的是通过对单个软件组件（即单元）的验证，确保其按预期工作。对于C++程序开发者来说，单元测试是一项重要的质量保障手段，能够帮助开发者在代码开发过程中及时发现和修复问题。

单元测试的优点：

提高代码质量：通过自动化的测试，能够有效捕捉到程序中的潜在缺陷。
回归测试：随着代码的不断重构和修改，单元测试能够确保原有功能没有被破坏。
文档化代码：良好的单元测试不仅是验证代码的工具，也充当了文档角色，帮助开发人员更容易理解代码的预期行为。
减少调试时间：因为测试能够尽早发现问题，能够帮助开发者避免在较后阶段出现难以调试的问题。

单元测试的挑战：

测试覆盖率：虽然单元测试能够有效发现许多问题，但并不是每个错误都能被检测到，因此测试覆盖率需要设计得足够高。
维护性：随着项目规模的增大，单元测试本身也可能会变得非常庞大和复杂，维护起来可能会成为一个负担。

2.google test

Google Test（gtest）是由Google开发的一个C++测试框架，用于编写和执行单元测试。它提供了许多功能，使得编写和执行单元测试变得更加简便和高效。gtest支持断言（assertion）、异常捕获、参数化测试等功能。

在项目中使用：在Cmakelist里通过 find_package(GTest REQUIRED) 来引入Google Test库

头文件：

#include <gtest/gtest.h>

常用断言：

EXPECT_EQ(val1, val2)：断言两个值相等。
EXPECT_NE(val1, val2)：断言两个值不相等。
EXPECT_TRUE(expression)：断言表达式为true。
EXPECT_FALSE(expression)：断言表达式为false。
ASSERT_* 和 EXPECT_*：两者的区别在于ASSERT_*失败时会立即终止当前测试用例的执行，而EXPECT_*会继续执行。

参数化测试：

gtest支持参数化测试，允许使用不同的参数多次运行同一个测试逻辑。

class MyTest : public ::testing::TestWithParam<int> {};

TEST_P(MyTest, TestWithParam) {
    EXPECT_EQ(GetParam(), 1);  // 断言传入的参数与1相等
}

INSTANTIATE_TEST_SUITE_P(MyTests, MyTest, ::testing::Values(1, 2, 3));

3. goole mock

Google Mock（gmock）是Google推出的一个用于C++的模拟框架，用于为依赖的外部对象创建模拟（Mock）对象。在单元测试中，经常需要模拟外部依赖，以便测试目标函数的行为，而Google Mock正是提供了这种能力。

在项目中使用：在Cmakelist里通过 find_package(GMock REQUIRED) 来引入Google Test库

头文件：

#include <gmock/gmock.h>

使用gmock时，我们通过模拟对象来替代真实的对象，避免依赖外部系统。以下是gmock的一些基本用法。

创建 Mock 类：通过继承testing::Mock，然后模拟所需的成员函数。

class MyClass {
public:
    virtual int Multiply(int a, int b) {
        return a * b;
    }
};

class MockMyClass : public MyClass {
public:
    MOCK_METHOD(int, Multiply, (int a, int b), (override));
};

2. 设置期望：使用EXPECT_CALL来设置期望，断言模拟对象的方法是否按预期被调用。

TEST(MockTest, MultiplyTest) {
    MockMyClass mock;
    EXPECT_CALL(mock, Multiply(2, 3)).WillOnce(testing::Return(6));  // 设置期望：Multiply(2, 3)返回6
    
    EXPECT_EQ(mock.Multiply(2, 3), 6);  // 断言返回值是否为6
}

3. 模拟行为：可以通过WillOnce或WillRepeatedly指定模拟方法的返回值或行为。

EXPECT_CALL(mock, Multiply(testing::Gt(0), testing::Lt(10)))
    .WillRepeatedly(testing::Return(42));  // 所有大于0且小于10的输入都会返回42

4. 模拟void函数：对于返回类型为void的函数，使用MOCK_METHOD时，可以通过WillOnce模拟其行为。

class MyClass {
public:
    virtual void DoSomething() {
        // Do something
    }
};

class MockMyClass : public MyClass {
public:
    MOCK_METHOD(void, DoSomething, (), (override));
};

TEST(MockTest, DoSomethingTest) {
    MockMyClass mock;
    EXPECT_CALL(mock, DoSomething()).Times(1);  // 期望DoSomething()被调用一次
    
    mock.DoSomething();  // 调用
}

5. 验证期望：gmock会根据EXPECT_CALL的期望来验证实际行为。如果期望的行为未被触发或被触发的次数不正确，gmock会报告错误。
6. 匹配器（Matchers）：gmock提供了强大的匹配器，能够对函数参数进行更灵活的验证。例如：
- testing::Eq(val)：匹配相等的值。
- testing::Gt(val)：匹配大于val的值。
- testing::Lt(val)：匹配小于val的值。

进阶使用：

动作链式调用：通过WillOnce和WillRepeatedly可以设置多个返回值。
Mock方法的调用顺序：可以通过InSequence来检查多个期望的调用顺序。

TEST(MockTest, CallOrderTest) {
    MockMyClass mock;
    {
        testing::InSequence seq;  // 保证调用顺序
        EXPECT_CALL(mock, Multiply(2, 3)).WillOnce(testing::Return(6));
        EXPECT_CALL(mock, Multiply(4, 5)).WillOnce(testing::Return(20));
    }
    
    mock.Multiply(2, 3);
    mock.Multiply(4, 5);
}

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