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。正是由于 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 其他发行版如：Ubuntu，Centos 应该也可以通过自带的包管理软件就可以完成安装了。但是如果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 https://github.com/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之后只要在/usr/include路径下找到gtest.h,gmock.h就说明我们安装成功了。之后只需要在 CMake 之中链接对应的静态库，就可以利用 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就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，假如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 虽然失败，但是不影响后续测试的进行。看起来EXPECT会更加灵活一些，尤其是需要释放一些资源或执行一些其他逻辑时，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，必须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。
上面我们使用了这TRUE 与 FALSE 的判断宏：
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，我们进行一些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，直接运行就可以执行单元测试了。但是 Gtest 提供了一些命令行参数来帮助我们更好的使用，下面介绍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。但是对于一些涉及数据库交互，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，通过一些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，来展示一下 GMock 的用法。这里我们用 Gmock 模拟一个 kv 存储引擎，并运行一些简单的测试逻辑。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_H
class 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然后我们需要定义个 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);
}由上述代码可以了解，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，我们就可以构造出所有我们想要的模拟结果。当然如果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抽象类之中的virtual 方法。这个是因为 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抽象和编写 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，一定要坚持写单测，坚持写单测，坚持写单测~~~！！！
