单元测试全攻略

上一篇 / 下一篇  2009-10-13 23:45:40 / 个人分类:测试技术

  一 单元测试概述

  工厂在组装一台电视机之前,会对每个元件都进行测试,这,就是单元测试。

  其实 我们每天都在做单元测试。你写了一个函数,除了极简单的外,总是要执行一下,看看功能是否正常,有时还要想办法输出些数据,如弹出信息窗口什么的,这,也 是单元测试,这种单元测试称为临时单元测试。只进行了临时单元测试的软件,针对代码的测试很不完整,代码覆盖率要超过70%都很困难,未覆盖的代码可能遗 留大量的细小的错误,这些错误还会互相影响,当BUG暴露出来的时候难于调试,大幅度提高后期测试和维护成本,也降低了开发商的竞争力。可以说,进行充分 的单元测试,是提高软件质量,降低开发成本的必由之路。

  对于程序员来说,如果养成了对自己写的代码进行单元测试的习惯,不但可以写出高质量的代码,而且还能提高编程水平。

  要进行充分的单元测试,应专门编写测试代码,并与产品代码隔离。老纳认为,比较简单的办法是为产品工程建立对应的测试工程,为每个类建立对应的测试类,为每个函数(很简单的除外)建立测试函数。首先就几个概念谈谈老纳的看法。

   一般认为,在结构化程序时代,单元测试所说的单元是指函数,在当今的面向对象时代,单元测试所说的单元是指类。以老纳的实践来看,以类作为测试单位,复 杂度高,可操作性较差,因此仍然主张以函数作为单元测试的测试单位,但可以用一个测试类来组织某个类的所有测试函数。单元测试不应过分强调面向对象,因为 局部代码依然是结构化的。单元测试的工作量较大,简单实用高效才是硬道理。

  有一种看法是,只测试类的接口(公有函数),不测试其 他函数,从面向对象角度来看,确实有其道理,但是,测试的目的是找错并最终排错,因此,只要是包含错误的可能性较大的函数都要测试,跟函数是否私有没有关 系。对于C++来说,可以用一种简单的方法区隔需测试的函数:简单的函数如数据读写函数的实现在头文件中编写(inline函数),所有在源文件编写实现 的函数都要进行测试(构造函数和析构函数除外)。

  什么时候测试?单元测试越早越好,早到什么程度?XP开发理论讲究TDD,即测 试驱动开发,先编写测试代码,再进行开发。在实际的工作中,可以不必过分强调先什么后什么,重要的是高效和感觉舒适。从老纳的经验来看,先编写产品函数的 框架,然后编写测试函数,针对产品函数的功能编写测试用例,然后编写产品函数的代码,每写一个功能点都运行测试,随时补充测试用例。所谓先编写产品函数的 框架,是指先编写函数空的实现,有返回值的随便返回一个值,编译通过后再编写测试代码,这时,函数名、参数表、返回类型都应该确定下来了,所编写的测试代 码以后需修改的可能性比较小。

  由谁测试?单元测试与其他测试不同,单元测试可看作是编码工作的一部分,应该由程序员完成,也就是说,经过了单元测试的代码才是已完成的代码,提交产品代码时也要同时提交测试代码。测试部门可以作一定程度的审核。

   关于桩代码,老纳认为,单元测试应避免编写桩代码。桩代码就是用来代替某些代码的代码,例如,产品函数或测试函数调用了一个未编写的函数,可以编写桩函 数来代替该被调用的函数,桩代码也用于实现测试隔离。采用由底向上的方式进行开发,底层的代码先开发并先测试,可以避免编写桩代码,这样做的好处有:减少 了工作量;测试上层函数时,也是对下层函数的间接测试;当下层函数修改时,通过回归测试可以确认修改是否导致上层函数产生错误。

  二 测试代码编写

  多数讲述单元测试的文章都是以Java为例,本文以C++为例,后半部分所介绍的单元测试工具也只介绍C++单元测试工具。下面的示例代码的开发环境是VC6.0。

  产品类:

    class CMyClass

    {

    public:

    int Add(int i, int j);

    CMyClass();

    virtual ~CMyClass();

  private:

    int mAge; //年龄

    CString mPhase; //年龄阶段,如"少年","青年"

    };

  建立对应的测试类CMyClassTester,为了节约编幅,只列出源文件的代码:

    void CMyClassTester::CaseBegin()

    {

    //pObj是CMyClassTester类的成员变量,是被测试类的对象的指针,

    //为求简单,所有的测试类都可以用pObj命名被测试对象的指针。

    pObj = new CMyClass();

    }

  void CMyClassTester::CaseEnd()

    {

    delete pObj;

    }

  测试类的函数CaseBegin()和CaseEnd()建立和销毁被测试对象,每个测试用例的开头都要调用CaseBegin(),结尾都要调用CaseEnd()。

  接下来,我们建立示例的产品函数:

    int CMyClass::Add(int i, int j)

    {

    return i+j;

    }

    和对应的测试函数:

    void CMyClassTester::Add_int_int()

    {

    }

  把参数表作为函数名的一部分,这样当出现重载的被测试函数时,测试函数不会产生命名冲突。下面添加测试用例:

    void CMyClassTester::Add_int_int()

    {

    //第一个测试用例

    CaseBegin(); { //1

    int i = 0; //2

    int j = 0; //3

    int ret = pObj->Add(i, j); //4

    ASSERT(ret == 0); //5

    }CaseEnd(); //6

    }

  第1和第6行建立和销毁被测试对象,所加的{}是为了让每个测试用例的代码有一个独立的域,以便多个测试用例使用相同的变量名。

   第2和第3行是定义输入数据,第4行是调用被测试函数,这些容易理解,不作进一步解释。第5行是预期输出,它的特点是当实际输出与预期输出不同时自动报 错,ASSERT是VC的断言宏,也可以使用其他类似功能的宏,使用测试工具进行单元测试时,可以使用该工具定义的断言宏。

  示例 中的格式显得很不简洁,2、3、4、5行可以合写为一行:ASSERT(pObj->Add(0, 0) == 0); 但这种不简洁的格式却是老纳极力推荐的,因为它一目了然,易于建立多个测试用例,并且具有很好的适应性,同时,也是极佳的代码文档,总之,老纳建议:输入 数据和预期输出要自成一块。

  建立了第一个测试用例后,应编译并运行测试,以排除语法错误,然后,使用拷贝/修改的办法建立其他测试用例。由于各个测试用例之间的差别往往很小,通常只需修改一两个数据,拷贝/修改是建立多个测试用例的最快捷办法。

  三 测试用例

   下面说说测试用例、输入数据及预期输出。输入数据是测试用例的核心,老纳对输入数据的定义是:被测试函数所读取的外部数据及这些数据的初始值。外部数据 是对于被测试函数来说的,实际上就是除了局部变量以外的其他数据,老纳把这些数据分为几类:参数、成员变量、全局变量、IO媒体。IO媒体是指文件、数据 库或其他储存或传输数据的媒体,例如,被测试函数要从文件或数据库读取数据,那么,文件或数据库中的原始数据也属于输入数据。一个函数无论多复杂,都无非 是对这几类数据的读取、计算和写入。预期输出是指:返回值及被测试函数所写入的外部数据的结果值。返回值就不用说了,被测试函数进行了写操作的参数(输出 参数)、成员变量、全局变量、IO媒体,它们的预期的结果值都是预期输出。一个测试用例,就是设定输入数据,运行被测试函数,然后判断实际输出是否符合预 期。下面举一个与成员变量有关的例子:

  产品函数:

    void CMyClass::Grow(int years)

    {

    mAge += years;

  if(mAge < 10)

    mPhase = "儿童";

    else if(mAge <20)

    mPhase = "少年";

    else if(mAge <45)

    mPhase = "青年";

    else if(mAge <60)

    mPhase = "中年";

    else

    mPhase = "老年";

    }

  测试函数中的一个测试用例:

    CaseBegin(); {

    int years = 1;

    pObj->mAge = 8;

    pObj->Grow(years);

    ASSERT( pObj->mAge == 9 );

    ASSERT( pObj->mPhase == "儿童" );

    }CaseEnd();

   在输入数据中对被测试类的成员变量mAge进行赋值,在预期输出中断言成员变量的值。现在可以看到老纳所推荐的格式的好处了吧,这种格式可以适应很复杂 的测试。在输入数据部分还可以调用其他成员函数,例如:执行被测试函数前可能需要读取文件中的数据保存到成员变量,或需要连接数据库,老纳把这些操作称为 初始化操作。例如,上例中 ASSERT( ...)之前可以加pObj->OpenFile(); 。为了访问私有成员,可以将测试类定义为产品类的友元类。例如,定义一个宏:

    #define UNIT_TEST(cls) friend class cls##Tester;

  然后在产品类声明中加一行代码:UNIT_TEST(ClassName)。

   下面谈谈测试用例设计。前面已经说了,测试用例的核心是输入数据。预期输出是依据输入数据和程序功能来确定的,也就是说,对于某一程序,输入数据确定 了,预期输出也就可以确定了,至于生成/销毁被测试对象和运行测试的语句,是所有测试用例都大同小异的,因此,我们讨论测试用例时,只讨论输入数据。

   前面说过,输入数据包括四类:参数、成员变量、全局变量、IO媒体,这四类数据中,只要所测试的程序需要执行读操作的,就要设定其初始值,其中,前两类 比较常用,后两类较少用。显然,把输入数据的所有可能取值都进行测试,是不可能也是无意义的,我们应该用一定的规则选择有代表性的数据作为输入数据,主要 有三种:正常输入,边界输入,非法输入,每种输入还可以分类,也就是平常说的等价类法,每类取一个数据作为输入数据,如果测试通过,可以肯定同类的其他输 入也是可以通过的。下面举例说明:

  正常输入

  例如字符串的Trim函数,功能是将字符串前后的空格去除,那么正常的输入可以有四类:前面有空格;后面有空格;前后均有空格;前后均无空格。

  边界输入

  上例中空字符串可以看作是边界输入。

  再如一个表示年龄的参数,它的有效范围是0-100,那么边界输入有两个:0和100。

  非法输入

  非法输入是正常取值范围以外的数据,或使代码不能完成正常功能的输入,如上例中表示年龄的参数,小于0或大于100都是非法输入,再如一个进行文件操作的函数,非法输入有这么几类:文件不存在;目录不存在;文件正在被其他程序打开;权限错误。

   如果函数使用了外部数据,则正常输入是肯定会有的,而边界输入和非法输入不是所有函数都有。一般情况下,即使没有设计文档,考虑以上三种输入也可以找出 函数的基本功能点。实际上,单元测试与代码编写是“一体两面”的关系,编码时对上述三种输入都是必须考虑的,否则代码的健壮性就会成问题。

  四 白盒覆盖    

   上面所说的测试数据都是针对程序的功能来设计的,就是所谓的黑盒测试。单元测试还需要从另一个角度来设计测试数据,即针对程序的逻辑结构来设计测试用 例,就是所谓的白盒测试。在老纳看来,如果黑盒测试是足够充分的,那么白盒测试就没有必要,可惜“足够充分”只是一种理想状态,例如:真的是所有功能点都 测试了吗?程序的功能点是人为的定义,常常是不全面的;各个输入数据之间,有些组合可能会产生问题,怎样保证这些组合都经过了测试?难于衡量测试的完整性 是黑盒测试的主要缺陷,而白盒测试恰恰具有易于衡量测试完整性的优点,两者之间具有极好的互补性,例如:完成功能测试后统计语句覆盖率,如果语句覆盖未完 成,很可能是未覆盖的语句所对应的功能点未测试。

  白盒测试针对程序的逻辑结构设计测试用例,用逻辑覆盖率来衡量测试的完整性。逻 辑单位主要有:语句、分支、条件、条件值、条件值组合,路径。语句覆盖就是覆盖所有的语句,其他类推。另外还有一种判定条件覆盖,其实是分支覆盖与条件覆 盖的组合,在此不作讨论。跟条件有关的覆盖就有三种,解释一下:条件覆盖是指覆盖所有的条件表达式,即所有的条件表达式都至少计算一次,不考虑计算结果; 条件值覆盖是指覆盖条件的所有可能取值,即每个条件的取真值和取假值都要至少计算一次;条件值组合覆盖是指覆盖所有条件取值的所有可能组合。老纳做过一些 粗浅的研究,发现与条件直接有关的错误主要是逻辑操作符错误,例如:  写成&&,漏了写!什么的,采用分支覆盖与条件覆盖的组合,基本 上可以发现这些错误,另一方面,条件值覆盖与条件值组合覆盖往往需要大量的测试用例,因此,在老纳看来,条件值覆盖和条件值组合覆盖的效费比偏低。老纳认 为效费比较高且完整性也足够的测试要求是这样的:完成功能测试,完成语句覆盖、条件覆盖、分支覆盖、路径覆盖。做过单元测试的朋友恐怕会对老纳提出的测试 要求给予一个字的评价:晕!或者两个字的评价:狂晕!因为这似乎是不可能的要求,要达到这种测试完整性,其测试成本是不可想象的,不过,出家人不打逛语, 老纳之所以提出这种测试要求,是因为利用一些工具,可以在较低的成本下达到这种测试要求,后面将会作进一步介绍。

  关于白盒测试用 例的设计,程序测试领域的书籍一般都有讲述,普通方法是画出程序的逻辑结构图如程序流程图或控制流图,根据逻辑结构图设计测试用例,这些是纯粹的白盒测 试,不是老纳想推荐的方式。老纳所推荐的方法是:先完成黑盒测试,然后统计白盒覆盖率,针对未覆盖的逻辑单位设计测试用例覆盖它,例如,先检查是否有语句 未覆盖,有的话设计测试用例覆盖它,然后用同样方法完成条件覆盖、分支覆盖和路径覆盖,这样的话,既检验了黑盒测试的完整性,又避免了重复的工作,用较少 的时间成本达到非常高的测试完整性。不过,这些工作可不是手工能完成的,必须借助于工具,后面会介绍可以完成这些工作的测试工具。

  五 单元测试工具

  现在开始介绍单元测试工具,老纳只介绍三种,都是用于C++语言的。

   首先是CppUnit,这是C++单元测试工具的鼻祖,免费的开源的单元测试框架。由于已有一众高人写了不少关于CppUnit的很好的文章,老纳就不 现丑了,想了解CppUnit的朋友,建议读一下Cpluser 所作的《CppUnit测试框架入门。该文也提供了CppUnit的下载地址。

   然后介绍C++Test,这是Parasoft公司的产品。[C++Test是一个功能强大的自动化C/C++单元级测试工具,可以自动测试任何C /C++函数、类,自动生成测试用例、测试驱动函数或桩函数,在自动化的环境下极其容易快速的将单元级的测试覆盖率达到100%]。[]内的文字引自 http://www.superst.com.cn/softwares_testing_c_cpptest.htm ,这是华唐公司的网页。老纳想写些介绍C++Test的文字,但发现无法超越华唐公司的网页上的介绍,所以也就省点事了,想了解C++Test的朋友,建 议访问该公司的网站。华唐公司代理C++Test,想要购买或索取报价、试用版都可以找他们。老纳帮华唐公司做广告,不知道会不会得点什么好处?

   最后介绍Visual Unit,简称VU,这是国产的单元测试工具,据说申请了多项专利,拥有一批创新的技术,不过老纳只关心是不是有用和好用。[自动生成测试代码 快速建立功能测试用例 程序行为一目了然 极高的测试完整性 高效完成白盒覆盖 快速排错 高效调试 详尽的测试报告]。[]内的文字是VU开发商的网页上摘录的。前面所述测试要求:完成功能测试,完成语句覆盖、条件覆盖、分支覆盖、路径覆盖,用VU可以 轻松实现,还有一点值得一提:使用VU还能提高编码的效率,总体来说,在完成单元测试的同时,编码调试的时间还能大幅度缩短。算了,不想再讲了,老纳显摆 理论、介绍经验还是有兴趣的,因为可以满足老纳好为人师的虚荣心,但介绍工具就觉得索然无味了,毕竟工具好不好用,合不合用,要试过才知道,还是自己去开 发商的网站看吧,可以下载演示版,还有演示课件。


TAG:

 

评分:0

我来说两句

日历

« 2024-03-25  
     12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31      

数据统计

  • 访问量: 7301
  • 日志数: 15
  • 书签数: 1
  • 建立时间: 2008-07-27
  • 更新时间: 2009-10-13

RSS订阅

Open Toolbar