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一文掌握谷歌 C++ 单元测试框架 GoogleTest

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什么是 GoogleTest ？

简介

在这里插入图片描述

GoogleTest

GoogleTest（简称 GTest） 是 Google 开源的一个跨平台的（Liunx、Mac OS X、Windows等）的 C++ 单元测试框架，可以帮助程序员测试 C++ 程序的结果预期。不仅如此，它还提供了丰富的断言、致命和非致命判断、参数化、”死亡测试”等等。

GoogleTest 官网：https://google.github.io/googletest/
​GitHub 仓库：https://github.com/google/googletest

单元测试

单元测试（unit testing），是指对软件中的最小可测试单元进行检查和验证。至于单元的大小或范围，并没有一个明确的标准，单元可以是一个函数、方法、类、功能模块或者子系统。
单元测试通常和白盒测试联系到一起，如果单从概念上来讲两者是有区别的，不过我们通常所说的单元测试和白盒测试都认为是和代码有关系的，所以在某些语境下也通常认为这两者是同一个东西。还有一种理解方式，单元测试和白盒测试就是对开发人员所编写的代码进行测试。

优势

  • 测试是独立的和可重复的。GoogleTest 使每个测试用例运行在不同的对象上，从而使测试之间相互独立。当测试失败时，GoogleTest 允许单独运行它以进行快速调试。
  • 测试有良好的组织，可以反映被测试代码的结构。 GoogleTest 将相关测试划分到一个测试组内，组内的测试能共享数据，使测试易于维护。
  • 测试是可移植的和可重复使用的。 与平台无关的代码，其测试代码也应该和平台无关，GoogleTest 能在不同的操作系统下工作，并且支持不同的编译器。
  • 当测试用例执行失败时，提供尽可能多的有效信息，以便定位问题。 GoogleTest 不会在第一次测试失败时停止。相反，它只会停止当前测试并继续下一个测试。还可以设置报告非致命故障的测试，然后继续当前测试。因此，您可以在单个运行-编辑-编译周期中检测和修复多个错误。
  • 测试框架应该将测试编写者从琐事中解放出来，让他们专注于测试内容。 GoogleTest 自动跟踪所有定义的测试，不需要用户为了运行它们而进行枚举。
  • 测试高效、快速。GoogleTest 能在测试用例之间复用测试资源，只需支付一次设置/拆分成本，并且不会使测试相互依赖，这样的机制使单元测试更加高效。

环境搭建

安装 GoogleTest

Bazel

首先创建一个工作区目录：

$ mkdir my_workspace &&cd my_workspace

接着在工作区的根目录中创建一个 WORKSPACE 文件，并在其中引入外部依赖 GoogleTest，此时 Bazel 会自动去 Github 上拉取文件：

load("@bazel_tools//tools/build_defs/repo:http.bzl", "http_archive")

http_archive(
  name ="com_google_googletest",
  urls =["https://github.com/google/googletest/archive/609281088cfefc76f9d0ce82e1ff6c30cc3591e5.zip"],
  strip_prefix ="googletest-609281088cfefc76f9d0ce82e1ff6c30cc3591e5",
)

接着选取一个目录作为包目录，在该目录下进行代码的编写，例如一个 hello_test.cc 文件：

#include<gtest/gtest.h>// Demonstrate some basic assertions.TEST(HelloTest, BasicAssertions){// Expect two strings not to be equal.EXPECT_STRNE("hello","world");// Expect equality.EXPECT_EQ(7*6,42);}

在同目录下的 BUILD 文件中说明目标编译的规则：

cc_test(
  name ="hello_test",
  size ="small",
  srcs =["hello_test.cc"],
  deps =["@com_google_googletest//:gtest_main"],
)

此时执行以下命令即可构建并运行测试程序：

bazel test --test_output=all //:hello_test

Cmake

首先创建一个目录：

$ mkdir my_project &&cd my_project

接着创建 CMakeLists.txt 文件，并声明对 GoogleTest 的依赖，此时 Cmake 会自动去下载对应的库：

cmake_minimum_required(VERSION 3.14)
project(my_project)

# GoogleTest requires at least C++11
set(CMAKE_CXX_STANDARD 11)

include(FetchContent)
FetchContent_Declare(
  googletest
  URL https://github.com/google/googletest/archive/609281088cfefc76f9d0ce82e1ff6c30cc3591e5.zip
)
# For Windows: Prevent overriding the parent project's compiler/linker settings
set(gtest_force_shared_crt ON CACHE BOOL "" FORCE)
FetchContent_MakeAvailable(googletest)

此时我们就可以在代码中使用 GoogleTest，我们创建一个 hello_test.cc 文件：

#include<gtest/gtest.h>// Demonstrate some basic assertions.TEST(HelloTest, BasicAssertions){// Expect two strings not to be equal.EXPECT_STRNE("hello","world");// Expect equality.EXPECT_EQ(7*6,42);}

然后在 CMakeLists.txt 的末尾加上 hello_test.cc 的构建规则：

enable_testing()

add_executable(
  hello_test
  hello_test.cc
)
target_link_libraries(
  hello_test
  gtest_main
)

include(GoogleTest)
gtest_discover_tests(hello_test)

运行下面的命令构建并允许测试程序：

cmake -S . -B build

cmake --build build

cd build && ctest

安装示例项目

从 GoogleTest 的 GitHub 中下载官方提供的示例项目：

git clone https://github.com/google/googletest.git

示例项目位于 

googletest/googletest/samples/

目录，示例内容可参考官网的说明：samples

GoogleTest 实战

断言

断言的概念

GoogleTest 中，是通过断言（Assertion）来判断代码实现的功能是否符合预期。断言的结果分为成功（success）、非致命错误（non-fatal failture）和致命错误（fatal failture）。

  • 成功：断言成功，程序的行为符合预期，程序允许继续向下运行。可以在代码中调用 SUCCEED() 来表示这个结果。
  • 非致命错误：断言失败，但是程序没有直接中止，而是继续向下运行。可以在代码中调用 FAIL() 来表示这个结果。
  • 致命错误：中止当前函数或者程序崩溃。可以在代码中调用 ADD_FAILURE() 来表示这个结果。

GoogleTest 的断言是类似于函数调用的宏。通过对其行为进行断言来测试一个类或函数。当断言失败时，GoogleTest 会打印断言的源文件和行号位置以及失败消息。还可以提供自定义失败消息，该消息将附加到 GoogleTest 的消息中。

EXPECT 与 ASSERT

宏的格式有两种：

  • EXPECT_*：在失败时会产生非致命故障，不会中止当前功能。
  • ASSERT_*：在失败时会产生致命错误，并中止当前函数，同一用例后面的语句将不再执行。

通常 

EXPECT_*

是首选，因为它们允许在测试中报告多个。但是如果在某条件不成立，程序就无法运行时，就应该使用 

ASSERT_*

。

另一方面，因为 

ASSERT_*

是直接从当前函数返回的，可能会导致一些内存、文件资源没有释放，因此存在内存泄漏的问题。

GoogleTest 提供了一组断言，用于以各种方式验证代码的行为。包括检查布尔条件、基于关系运算符比较值、验证字符串值、浮点值等等。甚至还有一些断言可以通过提供自定义谓词来验证更复杂的状态。有关 GoogleTest 提供的断言的完整列表，可以参考官方文档：Assertions。

自定义失败信息

如果想要提供自定义的失败信息，只需要使用流操作符 << 将这些信息流到断言宏中，例如：

ASSERT_EQ(x.size(), y.size())<<"Vectors x and y are of unequal length";for(int i =0; i < x.size();++i){EXPECT_EQ(x[i], y[i])<<"Vectors x and y differ at index "<< i;}

任何可以流向 std::ostream 的东西都可以流向断言宏，特别是 C 语言的字符串（char）和 std::string 对象。如果一个宽字符串（wchar_t，Windows 上 UNICODE 模式下的 TCHAR*，或 std::wstring）被流向一个断言，它将在打印时被转换成 UTF-8。

功能测试

TEST

如果想要创建测试，可以使用宏函数 

TEST

，它具有以下特点：

  • TEST 是一个没有返回值的宏函数。
  • 我们可以在该函数中使用断言来检测代码是否有效，测试的结果由断言决定。如果测试中的任何断言失败（致命或非致命），或者如果测试崩溃，则整个测试失败。否则，它会成功。

函数定义如下：

TEST(TestSuiteName, TestName){... test body ...}

TestSuiteName 对应测试用例集名称，TestName 是归属的测试用例名称。这两个名称都必须是有效的 C++ 标识符，并且它们不应包含任何下划线。测试的全名由其包含的测试用例集及其测试名称组成。来自不同测试用例集的测试可以具有相同的名称。

这里以官方提供的 Sample1 中的阶乘函数为例：

sample1.cc 中的阶乘函数定义如下：

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

sample1_unittest.cc 中即为测试代码，这里为了能够更好的组织测试用例，将数据根据正负数划分为三个测试用例集，每一个用例集中都是相同类型的测试用例。

// 测试负数TEST(FactorialTest, Negative){EXPECT_EQ(1,Factorial(-5));EXPECT_EQ(1,Factorial(-1));EXPECT_GT(Factorial(-10),0);}// 测试0TEST(FactorialTest, Zero){EXPECT_EQ(1,Factorial(0));}// 测试正数TEST(FactorialTest, Positive){EXPECT_EQ(1,Factorial(1));EXPECT_EQ(2,Factorial(2));EXPECT_EQ(6,Factorial(3));EXPECT_EQ(40320,Factorial(8));}

当我们执行测试时，输出如下：

[==========] Running 6 tests from 2test cases.
[----------] Global test environment set-up.
[----------]3 tests from FactorialTest
[ RUN      ] FactorialTest.Negative
[       OK ] FactorialTest.Negative (0 ms)[ RUN      ] FactorialTest.Zero
[       OK ] FactorialTest.Zero (0 ms)[ RUN      ] FactorialTest.Positive
[       OK ] FactorialTest.Positive (0 ms)[----------]3 tests from FactorialTest (2 ms total)

这就表示我们的代码通过了所有的测试用例。

TEST_F

如果发现自己编写了两个或多个对相似数据进行操作的测试，可以使用 test fixture 来为多个测试重用这些相同的配置。

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

其对应的宏函数是 

TEST_F

，函数定义如下：

TEST_F(TestFixtureName, TestName){... test body ...}

TestFixtureName 对应一个 test fixture 类的名称。因此我们需要自己去定义一个这样的类，并让它继承 

testing::Test

类，然后根据我们的需要实现下面这两个虚函数：

  • virtual void SetUp()：类似于构造函数，在 TEST_F 之前运行；
  • virtual void TearDown()：类似于析构函数，在 TEST_F 之后运行。

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

除了这两种，还有一种全局事件，即继承

testing::Environment

，并实现下面两个虚函数：

  • virtual void SetUp()：在所有用例之前运行；
  • virtual void TearDown()：在所有用例之后运行。

这里以官方提供的 Sample3 中实现的 Queue 为例，其实现如下：

#ifndefGOOGLETEST_SAMPLES_SAMPLE3_INL_H_#defineGOOGLETEST_SAMPLES_SAMPLE3_INL_H_#include<stddef.h>template<typenameE>// E is the element typeclassQueue;template<typenameE>// E is the element typeclassQueueNode{friendclassQueue<E>;public:const E&element()const{return element_;}

  QueueNode*next(){return next_;}const QueueNode*next()const{return next_;}private:explicitQueueNode(const E& an_element):element_(an_element),next_(nullptr){}const QueueNode&operator=(const QueueNode&);QueueNode(const QueueNode&);

  E element_;
  QueueNode* next_;};template<typenameE>// E is the element type.classQueue{public:Queue():head_(nullptr),last_(nullptr),size_(0){}~Queue(){Clear();}voidClear(){if(size_ >0){// 1. Deletes every node.
      QueueNode<E>* node = head_;
      QueueNode<E>* next = node->next();for(;;){delete node;
        node = next;if(node ==nullptr)break;
        next = node->next();}

      head_ = last_ =nullptr;
      size_ =0;}}

  size_t Size()const{return size_;}

  QueueNode<E>*Head(){return head_;}const QueueNode<E>*Head()const{return head_;}

  QueueNode<E>*Last(){return last_;}const QueueNode<E>*Last()const{return last_;}voidEnqueue(const E& element){
    QueueNode<E>* new_node =newQueueNode<E>(element);if(size_ ==0){
      head_ = last_ = new_node;
      size_ =1;}else{
      last_->next_ = new_node;
      last_ = new_node;
      size_++;}}

  E*Dequeue(){if(size_ ==0){returnnullptr;}const QueueNode<E>*const old_head = head_;
    head_ = head_->next_;
    size_--;if(size_ ==0){
      last_ =nullptr;}

    E* element =newE(old_head->element());delete old_head;return element;}template<typenameF>
  Queue*Map(F function)const{
    Queue* new_queue =newQueue();for(const QueueNode<E>* node = head_; node !=nullptr;
         node = node->next_){
      new_queue->Enqueue(function(node->element()));}return new_queue;}private:
  QueueNode<E>* head_;// The first node of the queue.
  QueueNode<E>* last_;// The last node of the queue.
  size_t size_;// The number of elements in the queue.Queue(const Queue&);const Queue&operator=(const Queue&);};#endif// GOOGLETEST_SAMPLES_SAMPLE3_INL_H_

接着看看测试用例是如何编写的，首先声明了一个 test fixture 类，在这个类中实现了一些测试时用到的辅助函数，以及使用 

SetUp

预置了一些测试数据。（除了有特殊需求，则不需要实现 

TearDown

，因为析构函数已经帮我们释放了资源）

classQueueTestSmpl3:public testing::Test{protected:voidSetUp()override{
    q1_.Enqueue(1);
    q2_.Enqueue(2);
    q2_.Enqueue(3);}// 一个辅助函数staticintDouble(int n){return2* n;}// 测试 Queue::Map() 时用到的辅助函数voidMapTester(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_;};

接着看看它的 

TEST_F

：

// 测试默认构造函数TEST_F(QueueTestSmpl3, DefaultConstructor){EXPECT_EQ(0u, q0_.Size());}// 测试出队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;}// 测试Map函数TEST_F(QueueTestSmpl3, Map){MapTester(&q0_);MapTester(&q1_);MapTester(&q2_);}}// namespace

这里以 DefaultConstructor 为例，来分析一下它的执行流程：

  1. QueueTestSmpl3 调用构造函数，构造对象。
  2. QueueTestSmpl3 对象调用 SetUp 函数初始化测试配置。
  3. DefaultConstructor 开始执行并结束测试。
  4. QueueTestSmpl3 对象调用隐式生成的 TearDown 进行清理。
  5. QueueTestSmpl3 调用析构函数，析构对象。

运行测试

调用测试

与其他 C++ 框架不同，

TEST

和 

TEST_F

会隐式向 GoogleTest 注册这些测试函数，因此我们不需要为了运行这些它们而进行枚举。

定义完测试后，你可以用 

RUN_ALL_TESTS

来运行它们，此时会运行所有的测试，如果全部成功则返回 0，反之则返回 1。其执行流程如下：

  1. 保存所有 GoogleTest 标志的状态。
  2. 为第一个测试创建一个 test fixture 对象。
  3. 通过 SetUp 初始化 test fixture 对象。
  4. 在 test fixture 对象上进行测试。
  5. 通过 TearDown 清理 test fixture。
  6. 删除 test fixture。
  7. 恢复所有 GoogleTest 标志的状态。
  8. 对下一个测试重复上述步骤，直到所有测试都运行完毕。

如果发生致命故障，则将跳过后续步骤。

编写 main 函数

用户不需要编写自己的 

main

函数，编译器会自动将它链接到 

gtest_main

。如果用户有特殊需求，需要编写一个 

main

函数，则需要在返回时调用 

RUN_ALL_TESTS()

来运行所有测试，例如：

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

testing::InitGoogleTest

函数会解析 GoogleTest 标志的命令行，并删除所有识别的标志。这允许用户通过各种标志控制测试程序的行为。您必须在调用 

RUN_ALL_TESTS

之前调用此函数 ，否则标志将无法正确初始化。

标签： 单元测试 c++ gtest
本文转载自: https://blog.csdn.net/qq_35423154/article/details/125252411
版权归原作者 凌桓丶 所有， 如有侵权，请联系我们删除。
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