C++雾中风景番外篇2：Gtest 与 Gmock，聊聊C++的单元测试

正式工作之后，公司对于单元测试要求比较严格。（笔者之前比较懒，一般很少写完整的单测~~）。作为一个合格的开发工程师，需要为所编写代码编写适量的单元测试是十分必要的，在实际进行的开发工作之中，TDD（Test drivern development) 是一种经过实践可行的开发方式。编写单元测试可以帮助我们在开发阶段就发现错误，并且保证新的修改没有破坏已有的程序逻辑。 在 C++之中，常用的测试框架有 Gtest，Boost test，CPPUint 等。正是因为 Gmock 的加持，让 Gtest 在多种测试框架之中脱颖而出。今天笔者在这里要和大家聊聊的就是目前我司主力在使用的Gtest，以及配套的 Gmock，通过两者的配合使用，相信能够搞定绝大多数的测试场景了。

1.Gtest 的安装

笔者目前使用的系统是Deepin 15.6，是基于 Debian jessie的一款国内发行版。安装 Gtest 和 GMock 十分简单：

sudo apt-get install libgtest-dev libgmock-dev 

其余发行版如：Ubuntu，Centos 应该也可以通过自带的包管理软件即可以完成安装了。但是假如包管理软件之中没有带上对应的开发包，也可以选择编译安装：

• 下载源码

 git clone  google/googletest

• 用 CMake 生成 Makefile之后直接 make 编译

cd build && cmake .. && make -j 2

• 最后进行安装

sudo make install

之后只需在/usr/include路径下找到gtest.h,gmock.h就说明我们安装成功了。之后只要要在 CMake 之中链接对应的静态库，即可以利用 Gtest 进行单元测试了。

2.Gtest 的使用

Gtest 十分容易上手，通过其中的定义的宏即可以轻松实现要进行单元测试。并且其中每个单元测试都会计算出对应执行时间，可以通过执行时间来分析代码的执行效率。

测试函数TEST

先举个简单的栗子，如果现在我们需要测试一下函数来判断质数，代码如下:

bool is_prime(int num) {    if (num < 2)        return false;    for(int i = 2; i <= sqrt(num) + 1; i++) {        if (num % i == 0)            return false;    }    return true;}

现在我们用 Gtest 对这个函数进行测试，TEST的宏定义代表了会被RUN_ALL_TESTS执行的测试函数。在 Gtest 之中提供了两类断言ASSERT_*系列和EXPECT_*系列。两者的区别就在于，ASSERT 失败之后就不会运行后续的测试了，但是 EXPECT 尽管失败，但是不影响后续测试的进行。看起来EXPECT会更加灵活少量，尤其是需要释放少量资源或者执行少量其余逻辑时，更适合用EXPECT。

TEST(test_prime, is_true) {    EXPECT_TRUE(is_prime(5));    ASSERT_TRUE(is_prime(5));    EXPECT_TRUE(is_prime(3));}TEST(test_prime, is_false) {    ASSERT_FALSE(is_prime(4));    EXPECT_FALSE(is_prime(4));}int main(int argc,char *argv[]) {    testing::InitGoogleTest(&argc, argv);    RUN_ALL_TESTS();}

testing::InitGoogleTest 初始化测试框架，必需在运行测试之前调用 RUN_ALL_TESTS 会运行所有由TEST 宏定义的测试。测试结果如下图所示：我们定义的is_true和 is_false同属同一个测试 case：test_prime，并且成功通过了测试。

Gtest 提供了多种的判断宏，包括字符串的判断，数值判断等等，具体的细节可以参照 Gtest 的官方文档，笔者这里不再赘述。

测试函数TEST_F

很多时候，我们进行少量测试的时候需要进行资源初始化工作，进行资源复用，最后回收资源。这样的场景就适合使用 TEST_F的宏来进行测试。TEST_F适用于多种测试场景需要相同数据配置的情况，利用了 C++继承类来实现对父类方法的测试。举个例子，笔者实现了一个跳表，下面是对跳表进行测试的代码：

class Test_Skiplist : public testing::Test {public:    virtual void SetUp() {        std::cout << "Set Up Test" << std::endl;        _sl->load();    }    virtual void TearDown() {        std::cout << "Tear Down Test" << std::endl;        _sl->dump();    }    ~Test_Skiplist(){};    SkipList* _sl = new SkipList();};TEST_F(Test_Skiplist, insert) {    std::string test_string("happen");    ASSERT_EQ(_sl->insert("1", test_string.c_str(), test_string.size()), Status::SUCCESS);    test_string = "lee";    ASSERT_EQ(_sl->insert("2", test_string.c_str(), test_string.size()), Status::SUCCESS);    uint64_t data64 = 50;    ASSERT_EQ(_sl->insert("50", reinterpret_cast<char *>(&data64), 8), Status::SUCCESS);    uint32_t data32 = 20;    ASSERT_EQ(_sl->insert("20", reinterpret_cast<char *>(&data32), 4), Status::SUCCESS);}TEST_F(Test_Skiplist, search) {    ASSERT_EQ(_sl->search("1")->value_size, 6);    ASSERT_STREQ(std::string(_sl->search("1")->value.get()).c_str(), "happen");    ASSERT_EQ(_sl->search("3"), nullptr);}TEST_F(Test_Skiplist, remove) {    ASSERT_EQ(_sl->remove("1"), Status::SUCCESS);    ASSERT_EQ(_sl->remove("1"), Status::FAIL);    ASSERT_EQ(_sl->search("1"), nullptr);}

由上述代码可以看到，通过 TEST_F进行的测试类需要继承testing::Test类。同时要实现对应的 SetUp与TearDown方法，SetUp方式执行资源的初始化操作，而TearDown则负责资源的释放。需要注意的是，上述代码我们测试了跳表的search,remove,insert方法，而每个测试是独立的进行的。也就是每个测试执行时都会运行对应的SetUp和 TearDown方法。

命令行参数

编译生成二进制的测试执行文件之后，直接运行即可以执行单元测试了。但是 Gtest 提供了少量命令行参数来帮助我们更好的使用，下面详情一下笔者常用的几个命令行参数：

• --gtest_list_tests
  列出所有需要执行的测试，但是并不执行。
• --gtest_filter
  对所执行的测试进行过滤，支持通配符
  ? 单个字符
  * 任意字符
  - 排除
  ./test --gtest_filter=SkTest.*-SkTest.insert 表示运行所有名为SkTest的案例，排除了SkTest.insert这个案例。
• --gtest_repeat=[count]
  设置测试重复运行的次数，其中-1表示无限执行。

3.Gmock 的使用

上述 Gtest 的使用应该能够满足绝大多数小型项目的测试场景了。但是对于少量涉及数据库交互，网络通信的大型项目的测试场景，我们很难仿真一个真实的环境进行单元测试。所以这时就需要引入** Mock Objects **（模拟对象）来模拟程序的一部分来构造测试场景。Mock Object模拟了实际对象的接口，通过少量简单的代码模拟实际对象部分的逻辑，实现起来简单很多。通过 Mock object 的方式可以更好的提升项目的模块化程度，隔离不同的程序逻辑或者环境。

至于如何使用 Mock Object 呢？这里要引出本章的主角 Gmock 了，接下来笔者将编写一个简要的 Mock对象并进行单元测试，来展现一下 GMock 的用法。这里我们用 Gmock 模拟一个 kv 存储引擎，并运行少量简单的测试逻辑。下面的代码是我们要模拟的 kv 存储引擎的头文件：

#ifndef LDB_KVDB_MOCK_H#define LDB_KVDB_MOCK_Hclass KVDB {public:    std::string get(const std::string &key) const;    Status set(const std::string &key, const std::string &value);    Status remove(const std::string &key);};#endif //LDB_KVDB_MOCK_H

而后我们需要定义个 Mock 类来继承 KVDB，并且定义需要模拟的方法：get, set, remove。这里我们用到了宏定义 MOCK_METHOD，后面的数字代表了模拟函数的参数个数，如MOCK_METHOD0，MOCK_METHOD1。它接受两个参数：

• 参数1，方法名称。
• 参数2，函数的指针的定义

class MockKVDB : public KVDB {public:    MockKVDB() {    }        MOCK_METHOD1(remove, Status(const std::string&));    MOCK_METHOD2(set, Status(const std::string&, const std::string&));    MOCK_METHOD1(get, std::string (const std::string&));};

通过这个宏定义，我们已经初步模拟出对应的方法了。接下来我们需要告诉 Mock Object 被调用时的正确行为。

TEST_F(TestKVDB, setstr) {    EXPECT_CALL(*kvdb, set(_,_)).WillRepeatedly(Return(Status::SUCCESS));    ASSERT_EQ(kvdb->set("1", "happen"), Status::SUCCESS);    ASSERT_EQ(kvdb->set("2", "lee"), Status::SUCCESS);    ASSERT_EQ(kvdb->set("happen", "1"), Status::SUCCESS);    ASSERT_EQ(kvdb->set("lee", "2"), Status::SUCCESS);}TEST_F(TestKVDB, getstr) {    EXPECT_CALL(*kvdb, get(_)) \            .WillOnce(Return("happen"))            .WillOnce(Return("lee"))            .WillOnce(Return("1"))            .WillOnce(Return("2"));    ASSERT_STREQ(kvdb->get("1").c_str(), "happen");    ASSERT_STREQ(kvdb->get("2").c_str(), "lee");    ASSERT_STREQ(kvdb->get("happen").c_str(), "1");    ASSERT_STREQ(kvdb->get("lee").c_str(), "2");}TEST_F(TestKVDB, remove) {    EXPECT_CALL(*kvdb, remove(_)).WillOnce(Return(Status::SUCCESS)).            WillOnce(Return(Status::FAIL));    EXPECT_CALL(*kvdb, get(_)) \            .WillOnce(Return(""));    ASSERT_EQ(kvdb->remove("1"), Status::SUCCESS);    ASSERT_EQ(kvdb->get("1"), "");    ASSERT_EQ(kvdb->remove("1"), Status::FAIL);}

由上述代码可以理解，这里通过了EXPECT_CALL来指定 Mock Object 的对应行为，其中 WillOnce代表调用一次返回的结果。通过链式调用的方式，我们即可以构造出所有我们想要的模拟结果。当然假如每次调用的结果都一样，这里也可以使用WillRepeatedly直接返回对应的结果。由上述代码可以看到，这里我们用寥寥数十行代码就模拟出了一个 KV 存储引擎，可见 Gmock 的强大。

这里要注意，在通过 Gmock 来编写 Mock Object 时，能够模拟的方法是对于原笼统类之中的virtual 方法。这个是由于 C++只有通过virtual的方式才能实现子类覆写的多态，这一点在编写代码进行笼统和编写 Mock Object 的时候需要多加注意。

4.小结

通过Gtest 与 Gmock 的使用，能够覆盖绝大多数进行 C++ 单元测试的场景，同时也减少了我们编写单元测试的工作。笔者希望通过本篇文章来抛砖引玉，希望大家多写单测。在笔者实际的工作经验之中，单测给项目带来的影响是极其正面的，肯定要坚持写单测，坚持写单测，坚持写单测~~~！！！