进行单元测试可以提高代码质量，并且它不会打断你的工作流。

本文是 使用 CMake 和 VSCodium 设置一个构建系统 的后续文章。

在上一篇文章中我介绍了基于 VSCodium 和 CMake 配置构建系统。本文我将介绍如何通过 GoogleTest 和 CTest 将单元测试集成到这个构建系统中。

首先克隆 这个仓库，用 VSCodium 打开，切换到 devops_2 标签。你可以通过点击 main 分支符号（红框处），然后选择 devops_2 标签（黄框处）来进行切换：

或者你可以通过命令行来切换：

$ git checkout tags/devops_2

GoogleTest

GoogleTest 是一个平台无关的开源 C++ 测试框架。单元测试是用来验证单个逻辑单元的行为的。尽管 GoogleTest 并不是专门用于单元测试的，我将用它对 Generator 库进行单元测试。

在 GoogleTest 中，测试用例是通过断言宏来定义的。断言可能产生以下结果：

• 成功: 测试通过。
• 非致命失败: 测试失败，但测试继续。
• 致命失败: 测试失败，且测试终止。

致命断言和非致命断言通过不同的宏来区分：

• ASSERT_*： 致命断言，失败时终止。
• EXPECT_*： 非致命断言，失败时不终止。

谷歌推荐使用 EXPECT_* 宏，因为当测试中包含多个的断言时，它允许继续执行。断言有两个参数：第一个参数是测试分组的名称，第二个参数是测试自己的名称。Generator 只定义了 generate(...) 函数，所以本文中所有的测试都属于同一个测试组：GeneratorTest。

针对 generate(...) 函数的测试可以从 GeneratorTest.cpp 中找到。

引用一致性检查

generate(...) 函数有一个 std::stringstream 的引用作为输入参数，并且它也将这个引用作为返回值。第一个测试就是检查输入的引用和返回的引用是否一致。

TEST(GeneratorTest, ReferenceCheck){
    const int NumberOfElements = 10;
    std::stringstream buffer;
    EXPECT_EQ(
        std::addressof(buffer),
        std::addressof(Generator::generate(buffer, NumberOfElements))
    );
}

在这个测试中我使用 std::addressof 来获取对象的地址，并用 EXPECT_EQ 来比较输入对象和返回对象是否是同一个。

检查元素个数

本测试检查作为输入的 std::stringstream 引用中的元素个数与输入参数中指定的个数是否相同。

TEST(GeneratorTest, NumberOfElements){
    const int NumberOfElements = 50;
    int nCalcNoElements = 0;

    std::stringstream buffer;

    Generator::generate(buffer, NumberOfElements);
    std::string s_no;

    while(std::getline(buffer, s_no, ' ')) {
        nCalcNoElements++;
    }

    EXPECT_EQ(nCalcNoElements, NumberOfElements);
}

乱序重排

本测试检查随机化引擎是否工作正常。如果连续调用两次 generate 函数，应该得到的是两个不同的结果。

TEST(GeneratorTest, Shuffle){

    const int NumberOfElements = 50;

    std::stringstream buffer_A;
    std::stringstream buffer_B;

    Generator::generate(buffer_A, NumberOfElements);
    Generator::generate(buffer_B, NumberOfElements);

    EXPECT_NE(buffer_A.str(), buffer_B.str());
}

求和校验

与前面的测试相比，这是一个大体量的测试。它检查 1 到 n 的数值序列的和与乱序重排后的序列的和是否相等。 generate(...) 函数应该生成一个 1 到 n 的乱序的序列，这个序列的和应当是不变的。

TEST(GeneratorTest, CheckSum){

    const int NumberOfElements = 50;
    int nChecksum_in = 0;
    int nChecksum_out = 0;

    std::vector<int> vNumbersRef(NumberOfElements); // Input vector
    std::iota(vNumbersRef.begin(), vNumbersRef.end(), 1); // Populate vector

    // Calculate reference checksum
    for(const int n : vNumbersRef){
        nChecksum_in += n;
    }

    std::stringstream buffer;
    Generator::generate(buffer, NumberOfElements);

    std::vector<int> vNumbersGen; // Output vector
    std::string s_no;

    // Read the buffer back back to the output vector
    while(std::getline(buffer, s_no, ' ')) {
        vNumbersGen.push_back(std::stoi(s_no));
    }

    // Calculate output checksum
    for(const int n : vNumbersGen){
        nChecksum_out += n;
    }

    EXPECT_EQ(nChecksum_in, nChecksum_out);
}

你可以像对一般 C++ 程序一样调试这些测试。

CTest

除了嵌入到代码中的测试之外，CTest 提供了可执行程序的测试方式。简而言之就是通过给可执行程序传入特定的参数，然后用 正则表达式 对它的输出进行匹配检查。通过这种方式可以很容易检查程序对于不正确的命令行参数的反应。这些测试定义在顶层的 CMakeLists.txt 文件中。下面我详细介绍 3 个测试用例：

参数正常

如果输入参数是一个正整数，程序应该输出应该是一个数列：

add_test(NAME RegularUsage COMMAND Producer 10)
set_tests_properties(RegularUsage
    PROPERTIES PASS_REGULAR_EXPRESSION "^[0-9 ]+"
)

没有提供参数

如果没有传入参数，程序应该立即退出并提示错误原因：

add_test(NAME NoArg COMMAND Producer)
set_tests_properties(NoArg
    PROPERTIES PASS_REGULAR_EXPRESSION "^Enter the number of elements as argument"
)

参数错误

当传入的参数不是整数时，程序应该退出并报错。比如给 Producer 传入参数 ABC：

add_test(NAME WrongArg COMMAND Producer ABC)
set_tests_properties(WrongArg
    PROPERTIES PASS_REGULAR_EXPRESSION "^Error: Cannot parse"
)

执行测试

可以使用 ctest -R Usage -VV 命令来执行测试。这里给 ctest 的命令行参数：

• -R <测试名称> : 执行单个测试
• -VV：打印详细输出

测试执行结果如下：

$ ctest -R Usage -VV
UpdatecTest Configuration from :/home/stephan/Documents/cpp_testing sample/build/DartConfiguration.tcl
UpdateCTestConfiguration from :/home/stephan/Documents/cpp_testing sample/build/DartConfiguration.tcl
Test project /home/stephan/Documents/cpp_testing sample/build
Constructing a list of tests
Done constructing a list of tests
Updating test list for fixtures
Added 0 tests to meet fixture requirements
Checking test dependency graph...
Checking test dependency graph end

在这里我执行了名为 Usage 的测试。

它以无参数的方式调用 Producer：

test 3
    Start 3: Usage
3: Test command: /home/stephan/Documents/cpp testing sample/build/Producer

输出不匹配 [^[0-9]+] 的正则模式，测试未通过。

3: Enter the number of elements as argument
1/1 test #3. Usage ................

Failed Required regular expression not found.
Regex=[^[0-9]+]

0.00 sec round.

0% tests passed, 1 tests failed out of 1
Total Test time (real) =
0.00 sec
The following tests FAILED:
3 - Usage (Failed)
Errors while running CTest
$

如果想要执行所有测试（包括那些用 GoogleTest 生成的），切换到 build 目录中，然后运行 ctest 即可：

在 VSCodium 中可以通过点击信息栏的黄框处来调用 CTest。如果所有测试都通过了，你会看到如下输出：

使用 Git 钩子进行自动化测试

目前为止，运行测试是开发者需要额外执行的步骤，那些不能通过测试的代码仍然可能被提交和推送到代码仓库中。利用 Git 钩子 可以自动执行测试，从而防止有瑕疵的代码被提交。

切换到 .git/hooks 目录，创建 pre-commit 文件，复制粘贴下面的代码：

#!/usr/bin/sh

(cd build; ctest --output-on-failure -j6)

然后，给文件增加可执行权限：

$ chmod +x pre-commit

这个脚本会在提交之前调用 CTest 进行测试。如果有测试未通过，提交过程就会被终止：

只有所有测试都通过了，提交过程才会完成：

这个机制也有一个漏洞：可以通过 git commit --no-verify 命令绕过测试。解决办法是配置构建服务器，这能保证只有正常工作的代码才能被提交，但这又是另一个话题了。

总结

本文提到的技术实施简单，并且能够帮你快速发现代码中的问题。做单元测试可以提高代码质量，同时也不会打断你的工作流。GoogleTest 框架提供了丰富的特性以应对各种测试场景，文中我所提到的只是一小部分而已。如果你想进一步了解 GoogleTest，我推荐你阅读 GoogleTest Primer。

（题图：MJ/f212ce43-b60b-4005-b70d-8384f2ba5860）