一 單元測試概述
工廠在組裝一臺電視機之前，會對每個元件都進行測試，這，就是單元測試。
其實我們每天都在做單元測試。你寫了一個函數，除了極簡單的外，總是要執行一下，看看功能是否正常，有時還要想辦法輸出些數據，如彈出信息窗口什麼的， 這，也是單元測試，老納把這種單元測試稱爲臨時單元測試。只進行了臨時單元測試的軟件，針對代碼的測試很不完整，代碼覆蓋率要超過70%都很困難，未覆蓋 的代碼可能遺留大量的細小的錯誤，這些錯誤還會互相影響，當BUG暴露出來的時候難於調試，大幅度提高後期測試和維護成本，也降低了開發商的競爭力。可以 說，進行充分的單元測試，是提高軟件質量，降低開發成本的必由之路。
對於程序員來說，如果養成了對自己寫的代碼進行單元測試的習慣，不但可以寫出高質量的代碼，而且還能提高編程水平。
要進行充分的單元測試，應專門編寫測試代碼，並與產品代碼隔離。老納認爲，比較簡單的辦法是爲產品工程建立對應的測試工程，爲每個類建立對應的測試類，爲每個函數（很簡單的除外）建立測試函數。首先就幾個概念談談老納的看法。
一般認爲，在結構化程序時代，單元測試所說的單元是指函數，在當今的面向對象時代，單元測試所說的單元是指類。以老納的實踐來看，以類作爲測試單位，復 雜度高，可操作性較差，因此仍然主張以函數作爲單元測試的測試單位，但可以用一個測試類來組織某個類的所有測試函數。單元測試不應過分強調面向對象，因爲 局部代碼依然是結構化的。單元測試的工作量較大，簡單實用高效纔是硬道理。
有一種看法是，只測試類的接口(公有函數)，不測試其他函數，從面 向對象角度來看，確實有其道理，但是，測試的目的是找錯並最終排錯，因此，只要是包含錯誤的可能性較大的函數都要測試，跟函數是否私有沒有關係。對於C+ +來說，可以用一種簡單的方法區隔需測試的函數：簡單的函數如數據讀寫函數的實現在頭文件中編寫(inline函數)，所有在源文件編寫實現的函數都要進 行測試(構造函數和析構函數除外)。
什麼時候測試？單元測試越早越好，早到什麼程度？XP開發理論講究TDD，即測試驅動開發，先編寫測試代 碼，再進行開發。在實際的工作中，可以不必過分強調先什麼後什麼，重要的是高效和感覺舒適。從老納的經驗來看，先編寫產品函數的框架，然後編寫測試函數， 針對產品函數的功能編寫測試用例，然後編寫產品函數的代碼，每寫一個功能點都運行測試，隨時補充測試用例。所謂先編寫產品函數的框架，是指先編寫函數空的 實現，有返回值的隨便返回一個值，編譯通過後再編寫測試代碼，這時，函數名、參數表、返回類型都應該確定下來了，所編寫的測試代碼以後需修改的可能性比較 小。
由誰測試？單元測試與其他測試不同，單元測試可看作是編碼工作的一部分，應該由程序員完成，也就是說，經過了單元測試的代碼纔是已完成的代碼，提交產品代碼時也要同時提交測試代碼。測試部門可以作一定程度的審覈。
關於樁代碼，老納認爲，單元測試應避免編寫樁代碼。樁代碼就是用來代替某些代碼的代碼，例如，產品函數或測試函數調用了一個未編寫的函數，可以編寫樁函 數來代替該被調用的函數，樁代碼也用於實現測試隔離。採用由底向上的方式進行開發，底層的代碼先開發並先測試，可以避免編寫樁代碼，這樣做的好處有：減少 了工作量；測試上層函數時，也是對下層函數的間接測試；當下層函數修改時，通過迴歸測試可以確認修改是否導致上層函數產生錯誤。
二 測試代碼編寫
多數講述單元測試的文章都是以Java爲例，本文以C++爲例，後半部分所介紹的單元測試工具也只介紹C++單元測試工具。下面的示例代碼的開發環境是VC6.0。
產品類：
class CMyClass
{
public:
int Add(int i, int j);
CMyClass();
virtual ~CMyClass();
private:
int mAge; //年齡
CString mPhase; //年齡階段，如"少年"，"青年"
};
建立對應的測試類CMyClassTester，爲了節約編幅，只列出源文件的代碼：
void CMyClassTester::CaseBegin()
{
//pObj是CMyClassTester類的成員變量，是被測試類的對象的指針，
//爲求簡單，所有的測試類都可以用pObj命名被測試對象的指針。
pObj = new CMyClass();
}
void CMyClassTester::CaseEnd()
{
delete pObj;
}
測試類的函數CaseBegin()和CaseEnd()建立和銷燬被測試對象，每個測試用例的開頭都要調用CaseBegin()，結尾都要調用CaseEnd()。
接下來，我們建立示例的產品函數：
int CMyClass::Add(int i, int j)
{
return i+j;
}
和對應的測試函數：
void CMyClassTester::Add_int_int()
{
}
把參數表作爲函數名的一部分，這樣當出現重載的被測試函數時，測試函數不會產生命名衝突。下面添加測試用例：
void CMyClassTester::Add_int_int()
{
//第一個測試用例
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行建立和銷燬被測試對象，所加的{}是爲了讓每個測試用例的代碼有一個獨立的域，以便多個測試用例使用相同的變量名。
第2 和第3行是定義輸入數據，第4行是調用被測試函數，這些容易理解，不作進一步解釋。第5行是預期輸出，它的特點是當實際輸出與預期輸出不同時自動報錯， ASSERT是VC的斷言宏，也可以使用其他類似功能的宏，使用測試工具進行單元測試時，可以使用該工具定義的斷言宏。
示例中的格式 顯得很不簡潔，2、３、4、5行可以合寫爲一行：ASSERT(pObj->Add(0, 0) == 0);但這種不簡潔的格式卻是老納極力推薦的，因爲它一目瞭然，易於建立多個測試用例，並且具有很好的適應性，同時，也是極佳的代碼文檔，總之，老納建 議：輸入數據和預期輸出要自成一塊。
建立了第一個測試用例後，應編譯並運行測試，以排除語法錯誤，然後，使用拷貝/修改的辦法建立其他測試用例。由於各個測試用例之間的差別往往很小，通常只需修改一兩個數據，拷貝/修改是建立多個測試用例的最快捷辦法。
三 測試用例
下面說說測試用例、輸入數據及預期輸出。輸入數據是測試用例的核心，老納對輸入數據的定義是：被測試函數所讀取的外部數據及這些數據的初始值。外部數據 是對於被測試函數來說的，實際上就是除了局部變量以外的其他數據，老納把這些數據分爲幾類：參數、成員變量、全局變量、IO媒體。IO媒體是指文件、數據 庫或其他儲存或傳輸數據的媒體，例如，被測試函數要從文件或數據庫讀取數據，那麼，文件或數據庫中的原始數據也屬於輸入數據。一個函數無論多複雜，都無非 是對這幾類數據的讀取、計算和寫入。預期輸出是指：返回值及被測試函數所寫入的外部數據的結果值。返回值就不用說了，被測試函數進行了寫操作的參數(輸出 參數)、成員變量、全局變量、IO媒體，它們的預期的結果值都是預期輸出。一個測試用例，就是設定輸入數據，運行被測試函數，然後判斷實際輸出是否符合預 期。下面舉一個與成員變量有關的例子：
產品函數：
void CMyClass::Grow(int years)
{
mAge += years;
if(mAge < 10)
mPhase = "兒童";
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";
}
測試函數中的一個測試用例：
CaseBegin();{
int years = 1;
pObj->mAge = 8;
pObj->Grow(years);
ASSERT( pObj->mAge == 9 );
ASSERT( pObj->mPhase == "兒童" );
}CaseEnd();
在 輸入數據中對被測試類的成員變量mAge進行賦值，在預期輸出中斷言成員變量的值。現在可以看到老納所推薦的格式的好處了吧，這種格式可以適應很複雜的測 試。在輸入數據部分還可以調用其他成員函數，例如：執行被測試函數前可能需要讀取文件中的數據保存到成員變量，或需要連接數據庫，老納把這些操作稱爲初始 化操作。例如，上例中 ASSERT( ...)之前可以加pObj->OpenFile();。爲了訪問私有成員，可以將測試類定義爲產品類的友元類。例如，定義一個宏：
#define UNIT_TEST(cls) friend class cls##Tester;
然後在產品類聲明中加一行代碼：UNIT_TEST(ClassName)。
下面談談測試用例設計。前面已經說了，測試用例的核心是輸入數據。預期輸出是依據輸入數據和程序功能來確定的，也就是說，對於某一程序，輸入數據確定 了，預期輸出也就可以確定了，至於生成/銷燬被測試對象和運行測試的語句，是所有測試用例都大同小異的，因此，我們討論測試用例時，只討論輸入數據。
前面說過，輸入數據包括四類：參數、成員變量、全局變量、IO媒體，這四類數據中，只要所測試的程序需要執行讀操作的，就要設定其初始值，其中，前兩類 比較常用，後兩類較少用。顯然，把輸入數據的所有可能取值都進行測試，是不可能也是無意義的，我們應該用一定的規則選擇有代表性的數據作爲輸入數據，主要 有三種：正常輸入，邊界輸入，非法輸入，每種輸入還可以分類，也就是平常說的等價類法，每類取一個數據作爲輸入數據，如果測試通過，可以肯定同類的其他輸 入也是可以通過的。下面舉例說明：
正常輸入
例如字符串的Trim函數，功能是將字符串前後的空格去除，那麼正常的輸入可以有四類：前面有空格；後面有空格；前後均有空格；前後均無空格。
邊界輸入
上例中空字符串可以看作是邊界輸入。
再如一個表示年齡的參數，它的有效範圍是0-100，那麼邊界輸入有兩個：0和100。
非法輸入
非法輸入是正常取值範圍以外的數據，或使代碼不能完成正常功能的輸入，如上例中表示年齡的參數，小於0或大於100都是非法輸入，再如一個進行文件操作的函數，非法輸入有這麼幾類：文件不存在；目錄不存在；文件正在被其他程序打開；權限錯誤。
如果函數使用了外部數據，則正常輸入是肯定會有的，而邊界輸入和非法輸入不是所有函數都有。一般情況下，即使沒有設計文檔，考慮以上三種輸入也可以找出 函數的基本功能點。實際上，單元測試與代碼編寫是“一體兩面”的關係，編碼時對上述三種輸入都是必須考慮的，否則代碼的健壯性就會成問題。
四 白盒覆蓋
上面所說的測試數據都是針對程序的功能來設計的，就是所謂的黑盒測試。單元測試還需要從另一個角度來設計測試數據，即針對程序的邏輯結構來設計測試用 例，就是所謂的白盒測試。在老納看來，如果黑盒測試是足夠充分的，那麼白盒測試就沒有必要，可惜“足夠充分”只是一種理想狀態，例如：真的是所有功能點都 測試了嗎？程序的功能點是人爲的定義，常常是不全面的；各個輸入數據之間，有些組合可能會產生問題，怎樣保證這些組合都經過了測試？難於衡量測試的完整性 是黑盒測試的主要缺陷，而白盒測試恰恰具有易於衡量測試完整性的優點，兩者之間具有極好的互補性，例如：完成功能測試後統計語句覆蓋率，如果語句覆蓋未完 成，很可能是未覆蓋的語句所對應的功能點未測試。
白盒測試針對程序的邏輯結構設計測試用例，用邏輯覆蓋率來衡量測試的完整性。邏輯單位主要 有：語句、分支、條件、條件值、條件值組合，路徑。語句覆蓋就是覆蓋所有的語句，其他類推。另外還有一種判定條件覆蓋，其實是分支覆蓋與條件覆蓋的組合， 在此不作討論。跟條件有關的覆蓋就有三種，解釋一下：條件覆蓋是指覆蓋所有的條件表達式，即所有的條件表達式都至少計算一次，不考慮計算結果；條件值覆蓋 是指覆蓋條件的所有可能取值，即每個條件的取真值和取假值都要至少計算一次；條件值組合覆蓋是指覆蓋所有條件取值的所有可能組合。老納做過一些粗淺的研 究，發現與條件直接有關的錯誤主要是邏輯操作符錯誤，例如：||寫成&&，漏了寫!什麼的，採用分支覆蓋與條件覆蓋的組合，基本上可以發 現這些錯誤，另一方面，條件值覆蓋與條件值組合覆蓋往往需要大量的測試用例，因此，在老納看來，條件值覆蓋和條件值組合覆蓋的效費比偏低。老納認爲效費比 較高且完整性也足夠的測試要求是這樣的：完成功能測試，完成語句覆蓋、條件覆蓋、分支覆蓋、路徑覆蓋。做過單元測試的朋友恐怕會對老納提出的測試要求給予 一個字的評價：暈！或者兩個字的評價：狂暈！因爲這似乎是不可能的要求，要達到這種測試完整性，其測試成本是不可想象的，不過，出家人不打逛語，老納之所 以提出這種測試要求，是因爲利用一些工具，可以在較低的成本下達到這種測試要求，後面將會作進一步介紹。
關於白盒測試用例的設計，程序測試領 域的書籍一般都有講述，普通方法是畫出程序的邏輯結構圖如程序流程圖或控制流圖，根據邏輯結構圖設計測試用例，這些是純粹的白盒測試，不是老納想推薦的方 式。老納所推薦的方法是：先完成黑盒測試，然後統計白盒覆蓋率，針對未覆蓋的邏輯單位設計測試用例覆蓋它，例如，先檢查是否有語句未覆蓋，有的話設計測試 用例覆蓋它，然後用同樣方法完成條件覆蓋、分支覆蓋和路徑覆蓋，這樣的話，既檢驗了黑盒測試的完整性，又避免了重複的工作，用較少的時間成本達到非常高的 測試完整性。不過，這些工作可不是手工能完成的，必須藉助於工具，後面會介紹可以完成這些工作的測試工具。
五 單元測試工具
現在開始介紹單元測試工具，老納只介紹三種，都是用於C++語言的。
首先是CppUnit，這是C++單元測試工具的鼻祖，免費的開源的單元測試框架。由於已有一衆高人寫了不少關於CppUnit的很好的文章，老納就不現醜了，想了解CppUnit的朋友，建議讀一下Cpluser 所作的《CppUnit測試框架入門》，網址是：http://blog.csdn.net/cpluser/archive/2004/09/21/111522.aspx。該文也提供了CppUnit的下載地址。
然後介紹C++Test，這是Parasoft公司的產品。［C++Test是一個功能強大的自動化C/C++單元級測試工具，可以自動測試任何C/C ++函數、類，自動生成測試用例、測試驅動函數或樁函數，在自動化的環境下極其容易快速的將單元級的測試覆蓋率達到100%］。［］內的文字引自http://www.superst.com.cn/softwares_testing_c_cpptest.htm， 這是華唐公司的網頁。老納想寫些介紹C++Test的文字，但發現無法超越華唐公司的網頁上的介紹，所以也就省點事了，想了解C++Test的朋友，建議 訪問該公司的網站。華唐公司代理C++Test，想要購買或索取報價、試用版都可以找他們。老納幫華唐公司做廣告，不知道會不會得點什麼好處？
最後介紹Visual Unit，簡稱VU，這是國產的單元測試工具，據說申請了多項專利，擁有一批創新的技術，不過老納只關心是不是有用和好用。［自動生成測試代碼 快速建立功能測試用例 程序行爲一目瞭然 極高的測試完整性 高效完成白盒覆蓋 快速排錯 高效調試 詳盡的測試報告］。［］內的文字是VU開發商的網頁上摘錄的，網址是：http://www.unitware.cn。 前面所述測試要求：完成功能測試，完成語句覆蓋、條件覆蓋、分支覆蓋、路徑覆蓋，用VU可以輕鬆實現，還有一點值得一提：使用VU還能提高編碼的效率，總 體來說，在完成單元測試的同時，編碼調試的時間還能大幅度縮短。算了，不想再講了，老納顯擺理論、介紹經驗還是有興趣的，因爲可以滿足老納好爲人師的虛榮 心，但介紹工具就覺得索然無味了，畢竟工具好不好用，合不合用，要試過才知道，還是自己去開發商的網站看吧，可以下載演示版，還有演示課件。
Linux 下 CppUnit的安裝與使用 <script language="javascript" type="text/javascript">document.title="Linux 下 CppUnit的安裝與使用 - "+document.title</script>
OS：linux
CppUnit：cppunit-1.11.6
1、下載、解壓
到http://sourceforge.net/projects/cppunit下載，然後複製cppunit-1.11.6.tar.gz到/usr/src；
運行：tar -xf cppunit-1.10.2.tar.gz 解壓縮；或者在WIN下直接解壓
2、安裝
進入cppunit-1.11.6目錄下。依次運行下列命令
A ：./configure;
B ：make;
C ：make check;
D：make install
3、copy *.h文件
.o, .a文件已經安裝到/usr/local/lib中去了，但頭文件沒安裝到/usr/include中去
把cppunit-1.10.2的cppunit目錄複製到/usr/include下
4、導入lib
運行時要先設置環境變量LD_LIBRARY_PATH到cppunit的安裝目錄，也就是/usr/local/lib，命令如下：
export LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/lib:$LD_LIBRARY_PATH
5、編寫測試程序
testApp.cpp
#include <iostream>
#include <cppunit/TestRunner.h>
#include <cppunit/TestResult.h>
#include <cppunit/TestResultCollector.h>
#include <cppunit/extensions/HelperMacros.h>
#include <cppunit/BriefTestProgressListener.h>
#include <cppunit/extensions/TestFactoryRegistry.h>
class Test : public CPPUNIT_NS::TestCase
{
CPPUNIT_TEST_SUITE(Test);
CPPUNIT_TEST(testHelloWorld);
CPPUNIT_TEST_SUITE_END();
public:
void setUp(void) {}
void tearDown(void) {}
protected:
void testHelloWorld(void) { std::cout << "Hello, world!" << std::endl; }
};
CPPUNIT_TEST_SUITE_REGISTRATION(Test);
int main( int argc, char **argv )
{
// Create the event manager and test controller
CPPUNIT_NS::TestResult controller;
// Add a listener that colllects test result
CPPUNIT_NS::TestResultCollector result;
controller.addListener( &result );
// Add a listener that print dots as test run.
CPPUNIT_NS::BriefTestProgressListener progress;
controller.addListener( &progress );
// Add the top suite to the test runner
CPPUNIT_NS::TestRunner runner;
runner.addTest( CPPUNIT_NS::TestFactoryRegistry::getRegistry().makeTest() );
runner.run( controller );
return result.wasSuccessful() ? 0 : 1;
}
6、編譯，運行
有兩種方法
(a) 鏈接靜態庫。編譯命令：
g++ -L/usr/local/lib/libcppunit.a testApp.cpp -lcppunit -ldl -o testApp
運行：
./ testApp
結果：
: OK
(b) 鏈接動態庫。編譯命令：
g++ testApp.cpp -lcppunit -ldl -o testApp
然後運行：
./ testApp
結果：
Test::
: OK
7、其他例子
在cppunit-docs-1.11.6中有文檔money_example.html，該文檔詳細的介紹了測試、開發的過程；