深入浅出单元测试（二）

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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读取数据，那么，文件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();。为了访问私有的成员变量或成员函数，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，否则代码的键壮性就会成问题。


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，另外，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计算了，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，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》，网址是：http://blog.csdn.net/cpluser/archive/2004/09/21/111522.aspx。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，网址是：http://www.unitware.cn。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，编码调试的时间可能还会缩短。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，老纳念经去也，阿弥陀佛。