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如何使用CppUnit進行單元測試

一、前言

　　測試驅動開發(TDD)是以測試作為開發過程的中心，它堅持，在編寫實際代碼之前，先寫好基于產品代碼的測試代碼。開發過程的目標就是首先使測試能夠通過，然后再優化設計結構。測試驅動開發式是極限編程的重要組成部分。XUnit，一個基于測試驅動開發的測試框架，它為我們在開發過程中使用測試驅動開發提供了一個方便的工具，使我們得以快速的進行單元測試。XUnit的成員有很多，如JUnit，PythonUnit等。今天給大家介紹的CppUnit即是XUnit家族中的一員，它是一個專門面向C++的測試框架。

本文不對CppUnit源碼做詳細的介紹，而只是對CppUnit的應用作一些介紹。你將看到：

CppUnit源代碼的各個組成部分；
怎樣設置你的開發環境以能夠使用CppUnit；
怎樣為你的產品代碼添加測試代碼（實際上應該反過來，為測試代碼添加產品代碼。在TDD中，先有測試代碼后有產品代碼），并通過CppUnit來進行測試；

本文敘述背景為：CppUnit1.12.0, Visual C++ 6.0, WindowsXP。文中敘述有誤之處，敬請批評指正。

一. CppUnit的安裝
從http://sourceforge.net/projects/cppunit CppUnit的源碼包. CppUnit是開源產品 , 當前最高版本為1.12.0. (在上面的鏈接所指向的頁面上選擇 Development Snapshot ).
下載后,將源碼包解壓縮到本地硬盤，例如解壓到E:\ cppunit-1.12.0。筆者把文件夾名稱中的版本號去掉，即源碼包解壓縮到E:\cppunit。下載解壓后，你將看到如下文件夾：

主要的文件夾有：

doc: CppUnit的說明文檔。另外，代碼的根目錄，還有三個說明文檔，分別是INSTALL，INSTALL-unix，INSTALL-WIN32.txt；
examples: CpppUnit提供的例子，也是對CppUnit自身的測試，通過它可以學習如何使用CppUnit測試框架進行開發；
include: CppUnit頭文件；
src: CppUnit源代碼目錄；
config：配置文件；
contrib：contribution，其他人貢獻的外圍代碼；
lib：存放編譯好的庫；
src：源文件，以及編譯庫的project等；

　　接下來進行編譯工作。在src/目錄下, 將CppUnitLibraries.dsw工程文件用vc 打開。執行build/batch build，編譯成功的話，生成的庫文件將被拷貝到lib目錄下。中途或者會有些project編譯失敗，一般不用管它，我們重點看的是cppunit和TestRunner 這兩個project的debug和release版本。
　　編譯通過以后, 在lib/目錄下,會生成若干lib,和dll文件, 都以cppunit開頭. cppunitd表示debug版, cppunit表示release版。
CppUnit為我們提供了兩套框架庫，一個為靜態的lib，一個為動態的dll。cppunit project：靜態lib；cppunit_dll project：動態dll和lib。在開發中我們可以根據實際情況作出選擇。
你也可以根據需要選擇所需的項目進行編譯，其中項目cppunit為靜態庫，cppunit_dll為動態庫，生成的庫文件為：

cppunit.lib：靜態庫release版；
cppunitd.lib：靜態庫debug版；
cppunit_dll.lib：動態庫release版；
cppunitd_dll.lib：動態庫debug版；

　　另外一個需要關注的project是TestRunner，它輸出一個dll，提供了一個基于GUI 方式的測試環境，在CppUnit下, 可以選擇控制臺方式和GUI方式兩種表現方案。兩種方案分別如下圖所示：

我們選擇GUI方式，所以我們也需要編譯這個project，輸出位置亦為lib文件夾。
要使用CppUnit，還得設置好頭文件和庫文件路徑，以VC6為例，選擇Tools/Options/Directories，在Include files和Library files中分別添加%CppUnitPath%\include和%CppUnitPath%\lib，其中%CppUnitPath%表示CppUnit所在路徑。本文這里分別填的是E:\CPPUNIT\INCLUDE和E:\CPPUNIT\LIB。

二、概念

在使用之前，我們有必要認識一下CppUnit中的主要類，當然你也可以先看后面的例子，遇到問題再回過頭來看這一節。
CppUnit核心內容主要包括一些關鍵類：

Test：所有測試對象的基類。

CppUnit采用樹形結構來組織管理測試對象（類似于目錄樹，如下圖所示），因此這里采用了組合設計模式（Composite Pattern），Test的兩個直接子類TestLeaf和TestComposite分別表示“測試樹”中的葉節點和非葉節點，其中TestComposite主要起組織管理的作用，就像目錄樹中的文件夾，而TestLeaf才是最終具有執行能力的測試對象，就像目錄樹中的文件。

Test最重要的一個公共接口為：

virtual void run(TestResult *result) = 0;

其作用為執行測試對象，將結果提交給result。
在實際應用中，我們一般不會直接使用Test、TestComposite以及TestLeaf，除非我們要重新定制某些機制。

TestFixture：用于維護一組測試用例的上下文環境。

　　在實際應用中，我們經常會開發一組測試用例來對某個類的接口加以測試，而這些測試用例很可能具有相同的初始化和清理代碼。為此，CppUnit引入TestFixture來實現這一機制。
TestFixture具有以下兩個接口，分別用于處理測試環境的初始化與清理工作：

virtual void setUp();
virtual void tearDown();
TestCase：測試用例，從名字上就可以看出來，它便是單元測試的執行對象。

　　TestCase從Test和TestFixture多繼承而來，通過把Test::run制定成模板函數（Template Method）而將兩個父類的操作融合在一起，run函數的偽定義如下：

// 偽代碼
void TestCase::run(TestResult* result)
{
result->startTest(this); // 通知result測試開始
if( result->protect(this, &TestCase::setUp) ) // 調用setUp，初始化環境
result->protect(this, &TestCase::runTest); // 執行runTest，即真正的測試代碼
result->protect(this, &TestCase::tearDown); // 調用tearDown，清理環境
result->endTest(this); // 通知result測試結束
}

這里要提到的是函數runTest，它是TestCase定義的一個接口，原型如下：

virtual void runTest();

用戶需從TestCase派生出子類并實現runTest以開發自己所需的測試用例。
另外還要提到的就是TestResult的protect方法，其作用是對執行函數（實際上是函數對象）的錯誤信息（包括斷言和異常等）進行捕獲，從而實現對測試結果的統計。

TestSuit：測試包，按照樹形結構管理測試用例

TestSuit是TestComposite的一個實現，它采用vector來管理子測試對象（Test），從而形成遞歸的樹形結構。

TestFactory：測試工廠

這是一個輔助類，通過借助一系列宏定義讓測試用例的組織管理變得自動化。參見后面的例子。

TestRunner：用于執行測試用例

TestRunner將待執行的測試對象管理起來，然后供用戶調用。其接口為：

virtual void addTest( Test *test );
virtual void run( TestResult &controller, const std::string &testPath = "" );

　　這也是一個輔助類，需注意的是，通過addTest添加到TestRunner中的測試對象必須是通過new動態創建的，用戶不能刪除這個對象，因為TestRunner將自行管理測試對象的生命期。

三、CppUnit 的使用

　　以上工作完成以后,就可以正式使用CppUnit了，由于單元測試是TDD（測試驅動開發）的利器，一般人會先寫測試代碼，然后再寫產品代碼，不過筆者認為先寫產品代碼框架后再寫測試代碼，然后通過慢慢補充產品代碼以使得能通過測試的方法會好些。不管先寫誰只要寫得舒服安全就可以。本文決定先寫測試代碼。
　　前面我們提到過，CppUnit最小的測試單位是TestCase，多個相關TestCase組成一個TestSuite。要添加測試代碼最簡單的方法就是利用CppUnit為我們提供的幾個宏來進行（當然還有其他的手工加入方法，但均是殊途同歸，大家可以查閱CppUnit頭文件中的演示代碼）。這幾個宏是：

CPPUNIT_TEST_SUITE() 開始創建一個TestSuite；
CPPUNIT_TEST() 添加TestCase；
CPPUNIT_TEST_SUITE_END() 結束創建TestSuite；
CPPUNIT_TEST_SUITE_NAMED_REGISTRATION() 添加一個TestSuite到一個指定的TestFactoryRegistry工廠。

感興趣的朋友可以在HelperMacros.h看看這幾個宏的聲明，本文在此不做詳述。
假定我們要實現一個類，類名暫且取做CPlus，它的功能主要是實現兩個數相加（多簡單的一個類啊，這也要測試嗎？不要緊，我們只是了解怎樣加入測試代碼來測試它就行了，所以越簡單越好）。假定這個類要實現的相加的方法是:

int Add(int nNum1, int nNum2);

　　ＯＫ，那我們先來寫測試這個方法的代碼吧。TDD 可是先寫測試代碼，后寫產品代碼(CPlus)的哦！先寫的測試代碼往往是不能運行或編譯的，我們的目標是在寫好測試代碼后寫產品代碼，使之編譯通過，然后再進行重構。這就是Kent Beck說的“red/green/refactor”。所以，上面的類名和方法應該還只是在你的心里，還只是你的idea而已。
　　根據測試驅動的原理，我們需要先建立一個單元測試框架。我們在VC中為測試代碼建立一個project。通常，測試代碼和被測試對象（產品代碼）是處于不同的project中的。這樣就不會讓你的產品代碼被測試代碼所“污染 ”。
由于在CppUnit下, 可以選擇控制臺方式和UI方式兩種表現方案，我們選擇UI方式。在本例中，我們將建立一個基于GUI 方式的測試環境。因此我們建立一個基于對話框的Project。假設名為UnitTest。
建立了UnitTest project之后，我們首先配置這個工程。
首先在project中打開RTTI開關，具體位置在菜單Project/Settings/C++/C++ Language。如下圖所示設置：

　　由于CppUnit所用的動態運行期庫均為多線程動態庫，因此你的單元測試程序也得使用相應設置，否則會發生沖突。于是我們在Project/Settings/C++/Code Generation中進行如下設置：
　　在Use run-time library一欄中，針對debug和release分別設置為‘Debug Multithreaded DLL’和‘Multithreaded DLL’。如下圖所示：

　　最后別忘了在project中link正確的lib。包括本例采用的cppunit.lib和cppunitd.lib靜態庫以及用于GUI方式的TestRunner.dll對應的lib。具體位置在Project/Settings/Link/General
　　在‘Object/library modules’中，針對debug和release分別加入cppunitd.lib testrunnerd.lib和cppunit.lib TestRunner.lib。如下圖所示：

　　最后，由于TestRunner.dll為我們提供了基于GUI的測試環境。為了讓我們的測試程序能正確的調用它，TestRunner.dll必須位于你的測試程序的路徑下。所以把/lib目錄下的testrunnerd.dll和TestRunner.dll文件分別拷貝到UnitTest priject的程序debug和release版本輸出目錄中。如下圖所示：

(這是release版本)只要放在一起就可以了。
配置工作終于完成，下面開始寫測試框架。

在CppUnit中, 是以TestCase為最小的測試單位, 若干TestCase組成一個TestSuite。所以我們要先建立一個TestCase。
在UnitTest project中新建一個類, 命名為CPlusTestCase, 讓其從CppUnit::TestCase派生。為其新增一個方法,假設為 void testAdd(); 我們將在這個函數中寫入我們的一些測試代碼（還記得我們要測試的構想中的CPlus::Add(…)嗎）。代碼如下：切記要包含頭文件

#include <cppunit/TestCase.h>
class CPlusTestCase : public CppUnit::TestCase
{
public:
CPlusTestCase ();
virtual ~ CPlusTestCase ();
void testAdd();
};

接下來, 我們要對我們的CPlusTestCase進行聲明。聲明用到了三個宏.

    CPPUNIT_TEST_SUITE();
CPPUNIT_TEST();
CPPUNIT_TEST_SUITE_END();

第一個宏聲明一個測試包（suite）,第二個宏聲明（添加）一個測試用例. 現在我們的CPlusTestCase類看上去象這樣：切記要包含頭文件，否則無法識別這些宏。

#include <cppunit/TestCase.h>
#include <CppUnit/extensions/HelperMacros.h>
class CPlusTestCase : public CppUnit::TestCase
{
CPPUNIT_TEST_SUITE(CPlusTestCase);
CPPUNIT_TEST(testAdd);
CPPUNIT_TEST_SUITE_END();
public:
CPlusTestCase ();
virtual ~ CPlusTestCase ();
void testAdd();
};

通過這幾個宏，我們就把CPlusTestCase和testAdd注冊到了測試列表當中。

　　接下來,我們要注冊我們的測試suite. 使用CPPUNIT_TEST_SUITE_NAMED_REGISTRATION()來注冊一個測試suite. 這個宏的第二個參數是我們注冊的suite的名字. 在這里我們可以用字符串來代替, 但我們用一個靜態函數來返回這個suite的名字.

// PlusTestCase.h
class CPlusTestCase : public CppUnit::TestCase
{
CPPUNIT_TEST_SUITE(CPlusTestCase);
CPPUNIT_TEST(testAdd);
CPPUNIT_TEST_SUITE_END();
public:
CPlusTestCase ();
virtual ~ CPlusTestCase ();
void testAdd();
static std::string GetSuiteName();
};
// PlusTestCase.cpp
std::string CPlusTestCase::GetSuiteName()
{
return " CPlus ";
}

記得要在PlusTestCase.h中包含 #include <string>
然后在 PlusTestCase.cpp注冊我們的suite.

CPPUNIT_TEST_SUITE_NAMED_REGISTRATION(CPlusTestCase, CPlusTestCase::GetSuiteName());

它將CPlusTestCase這個TestSuite注冊到一個指定的TestFactory工廠中。
接下來我們寫一個注冊函數static CppUnit::Test* GetSuite(), 使其在運行期生成一個Test.

// PlusTestCase.h
class CPlusTestCase : public CppUnit::TestCase
{
CPPUNIT_TEST_SUITE(CPlusTestCase);
CPPUNIT_TEST(testAdd);
CPPUNIT_TEST_SUITE_END();
public:
CPlusTestCase ();
virtual ~ CPlusTestCase ();
void testAdd();
static std::string GetSuiteName();
static CppUnit::Test* GetSuite();
};
// PlusTestCase.cpp
CppUnit::Test* CPlusTestCase::GetSuite()
{
CppUnit::TestFactoryRegistry& reg =
CppUnit::TestFactoryRegistry::getRegistry (CPlusTestCase::GetSuiteName());
return reg.makeTest();
}

記住在PlusTestCase.h中包含頭文件:

#include <cppunit/extensions/TestFactoryRegistry.h>

最后, 我們為單元測試建立一個UI測試界面.

　　由于我們希望這個Project運行后顯示的是GUI界面，所以我們需要在App的 InitInstance ()中屏蔽掉原有的對話框，代之以CppUnit的GUI。
我們在CUnitTestApp::InitInstance()函數中,將原先顯示主對話框的代碼以下面的代碼取代:

CppUnit::MfcUi::TestRunner runner;
runner.addTest(CPlusTestCase::GetSuite());//添加測試
runner.run();//show UI
/*	CUnitTestDlg dlg;
m_pMainWnd = &dlg;
int nResponse = dlg.DoModal();
if (nResponse == IDOK)
{
// TODO: Place code here to handle when the dialog is
//  dismissed with OK
}
else if (nResponse == IDCANCEL)
{
// TODO: Place code here to handle when the dialog is
//  dismissed with Cancel
}
*/

切記必須先在UnitTest.cpp中包含頭文件:

#include <cppunit/ui/mfc/TestRunner.h>
#include " PlusTestCase.h "

到此為止, 我們已經建立好一個簡單的單元測試框架。測試框架雖然寫好了，但是測試代碼仍然為空，產品代碼也還沒有寫。下面我們來寫測試代碼：
如前所述，在測試類中，我們添加了一個測試方法：

void testAdd();

它測試的對象是前面提到的CPlus類的方法：int Add(int nNum1, int nNum2);（產品代碼）我們來看看testAdd()的實現：記得在PlusTestCase.h中包含頭文件

#include <cppunit/TestAssert.h>
// PlusTestCase.cpp
void CPlusTestCase::testAdd()
{
CPlus plus;
int nResult = plus.Add(10, 20); //執行Add操作
CPPUNIT_ASSERT_EQUAL(30, nResult); //檢查結果是否等于30
}

CPPUNIT_ASSERT_EQUAL是一個判斷結果的宏。CppUnit中類似的其它宏請查閱TestAssert.h，本文在此不做詳述。

　　另外，我們還可以覆寫基類的 setUp()、tearDown()兩個函數。這兩個函數實際上是一個模板方法，在測試運行之前會調用setUp()以進行一些初始化的工作，測試結束之后又會調用tearDown()來做一些“善后工作” ，比如資源的回收等等。當然，你也可以不覆寫這兩個函數，因為它們在基類里定義成了空方法，而不是純虛函數。
　　編寫完上面的測試代碼后，進行編譯。編譯肯定通不過，編譯器會告訴我們CPlus類沒有聲明，因為我們還沒有實現CPlus類呢！現在的工作就是馬上實現CPlus類，讓編譯通過?，F在你應該嗅到一點“測試驅動”（Test Driven Develop）的味道了吧？

在VC中建立一個MFC Extension Dll的Project，在這個Project 中加入類CPlus,它的聲明如下：

// Plus.h
class AFX_EXT_CLASS CPlus
{
public:
CPlus();
virtual ~CPlus();
public:
int Add(int nNum1, int nNum2);
};

Add在Plus.cpp中實現如下

int CPlus::Add(int nNum1, int nNum2)
{
return nNum1 + nNum2;//這里可以寫一些錯誤的語句，用來看看錯誤的結果
}

非常簡單，不是嗎？現在讓前面那個包含測試代碼的Project dependent這個Project，并且include 相關頭文件 ,Rebuild All，你會發現編譯已通過。你體會到了測試代碼驅動產品代碼了嗎？當然我們的這個例子還很簡單，沒有重構這一步驟。

運行我們的測試程序，單擊Browse，你就會看到如下圖所示的界面:

選擇CPlusTestCase::testAdd后，單擊Run，你就會看到如下圖所示的界面：

　　這下你應該對前面我們說的TestSuite的名字理解更深了吧。CPlus是一個測試包TestSuite，它的下面包含一個測試用例，這個測試用例下面又包含一個測試方法。

如果我修改CPlus::Add的代碼如下：

int CPlus::Add(int nNum1, int nNum2)
{
//	return nNum1 + nNum2;
return 2;
}

重新編譯通過，運行程序就會發現：

GUI顯示有一個單元測試不通過，并顯示出錯的地方和原因，這樣就很好的控制Bug了。

四、下面是完整的程序清單

// PlusTestCase.h
#if _MSC_VER > 1000
#pragma once
#endif // _MSC_VER > 1000
#include <string>
#include <cppunit/TestCase.h>
#include <CppUnit/extensions/HelperMacros.h>
#include <cppunit/extensions/TestFactoryRegistry.h>
#include <cppunit/TestAssert.h>
class CPlusTestCase : public CppUnit::TestCase
{
//通過這幾個宏，我們就把CPlusTestCase和testAdd注冊到了測試列表當中.
CPPUNIT_TEST_SUITE(CPlusTestCase);		//聲明一個測試包
CPPUNIT_TEST(testAdd);					//聲明一個測試用例
CPPUNIT_TEST_SUITE_END();
public:
CPlusTestCase();
virtual ~CPlusTestCase();
void testAdd(); //測試方法
static std::string GetSuiteName();
//寫一個注冊函數, 使其在運行期生成一個Test
static CppUnit::Test* GetSuite();
};
// PlusTestCase.cpp
#include "stdafx.h"
#include "UnitTest.h"
#include "PlusTestCase.h"
#include "plus.h"
#ifdef _DEBUG
#undef THIS_FILE
static char THIS_FILE[]=__FILE__;
#define new DEBUG_NEW
#endif
//注冊一個測試suite到一個指定的TestFactory工廠中
CPPUNIT_TEST_SUITE_NAMED_REGISTRATION(CPlusTestCase, CPlusTestCase::GetSuiteName());
//////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Construction/Destruction
//////////////////////////////////////////////////////////////////////
CPlusTestCase::CPlusTestCase()
{
}
CPlusTestCase::~CPlusTestCase()
{
}
void CPlusTestCase::testAdd()
{
CPlus plus;
int nResult = plus.Add(10, 20); //執行Add操作
CPPUNIT_ASSERT_EQUAL(30, nResult); //檢查結果是否等于30
}
std::string CPlusTestCase::GetSuiteName()
{
return "CPlus";
}
/*
*	注意：CPlusTestCase::GetSuite()返回一個指向CppUnit::Test的指針.
*  這個指針就是整個測試的起點。
*  CppUnit::TestFactoryRegistry::getRegistry()根據TestSuite的名字返回TestFactoryRegistry工
*  然后調用工廠里的makeTest()對TestSuite進行組裝，將建立起一個樹狀的測試結構。
*/
CppUnit::Test* CPlusTestCase::GetSuite()
{
CppUnit::TestFactoryRegistry& reg = CppUnit::TestFactoryRegistry::getRegistry(CPlusTestCase::GetSuiteName());
return reg.makeTest();
}
// UnitTest.cpp
#include "stdafx.h"
#include "UnitTest.h"
#include <cppunit/ui/mfc/TestRunner.h>
#include "PlusTestCase.h"
…
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// CUnitTestApp initialization
BOOL CUnitTestApp::InitInstance()
{
…
CppUnit::MfcUi::TestRunner runner;
runner.addTest(CPlusTestCase::GetSuite()); //添加測試	runner.addTest(CMinusTestCase::GetSuite());
runner.run(); //show UI
/*	CUnitTestDlg dlg;
m_pMainWnd = &dlg;
int nResponse = dlg.DoModal();
if (nResponse == IDOK)
{
// TODO: Place code here to handle when the dialog is
//  dismissed with OK
}
else if (nResponse == IDCANCEL)
{
// TODO: Place code here to handle when the dialog is
//  dismissed with Cancel
}
*/
return FALSE;
}

五、參考資料

Cpluser《CppUnit測試框架入門》
Freefalcon《CppUnit快速入門》
《使用CppUnit進行單元測試》

posted on 2009-07-09 19:34 yanghaibao 閱讀(340) 評論(0) 編輯收藏引用

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