开源框架：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。
本期博文内容及使用的demo，参考：
构建依赖环境
按照惯例，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。
为方便大家跟着本文一起实践，获得更好的学习体验，在后台回复「gtest」即可获取我配置好的gtest压缩包。
当前目录结构如下：
$ 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：
$ cmake .. && make -j 4
这些samples生成的可执行文件都在demo/build/bin路径下。
这样，就介绍完前提准备，下面开始进入正题。
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。
表1 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 |
表2 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
如下demo：
// 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：
$ ./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
可能你注意到了，在EXPECT_EQ(add(1,1), 1)后有个<<，这是因为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。
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TEST
下面以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：
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？
按照上面的quick start可知，这个时候就可以使用EXPECT_EQ宏来判断：
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：
// 下面三个 TEST 都是属于同一个 test suite，即 FactorialTest
问题来了，怎么运行这些TEST？
在sample1_unittest.cc的main函数中，添加RUN_ALL_TESTS函数即可。
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：
$./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
下面稍微修改下sample1_unittest.cc中的代码，来产生一个错误：
TEST(FactorialTest, Negative) {
EXPECT_EQ(10, Factorial(-5)); // 正确的应该是 EXPECT_EQ(1, Factorial(-5));
// ...
}
重新编译，运行结果如下：
$ ./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.
[----------] Global test environment set-up.
[----------] 3 tests from FactorialTest
[ RUN ] FactorialTest.Negative # 开始运行上面修改的那个组
/Users/self_study/Cpp/OpenSource/demo/include/googletest/googletest/samples/sample1_unittest.cc:79: Failure # 测试失败，并指出错误case的位置
Expected equality of these values: # 期待的值
10
Factorial(-5) # 实际计算出的值
Which is: 1
[ FAILED ] FactorialTest.Negative (0 ms) # 这组case测试状态：FAILED
[ RUN ] FactorialTest.Zero # 下面继续运行
[ OK ] FactorialTest.Zero (0 ms)
[ RUN ] FactorialTest.Positive
[ OK ] FactorialTest.Positive (0 ms)
[----------] 3 tests from FactorialTest (0 ms total)
# ...
[----------] Global test environment tear-down
[==========] 6 tests from 2 test suites ran. (0 ms total)
[ PASSED ] 5 tests.
[ FAILED ] 1 test, listed below: # 1个test失败
[ FAILED ] FactorialTest.Negative # 失败的test suite及其组
1 FAILED TEST
此外，在TEST宏函数中，也可以像个普通函数一样，定义变量之类的行为。
比如在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：
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));
}
为获得进一步学习，读者可以自行调整sample1_unittest.cc、sample2_unittest.cc中的TEST行为，加深对gtest的TEST宏的理解。
TEST_F
下面介绍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：
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TearDwom。
此外，testing::Test还提供了两个static函数：
以sample3-inl中实现的class Queue为例：
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：
// 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：
-
gtest构造一个QueueTestSmpl3对象t1；
-
t1.setUp初始化t1
-
第一个TEST_F即DefaultConstructor开始运行并结束
-
t1.TearDwon运行，用于清理工作
-
t1被析构
因此，sample3_unittest.cc输出如下：
% ./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。
