如何使用CppUnit进行单元测试

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一、前言

　　测试驱动开发(TDD)是以测试作为开发过程的中心，它坚持，在编写实际代码之前，先写好基于产品代码的测试代码。开发过程的目标就是首先使测试能够通过，然后再优化设计结构。测试驱动开发式是极限编程的重要组成部分。XUnit，一个基于测试驱动开发的测试框架，它为我们在开发过程中使用测试驱动开发提供了一个方便的工具，使我们得以快速的进行单元测试。XUnit的成员有很多，如JUnit，PythonUnit等。今天给大家介绍的CppUnit即是XUnit家族中的一员，它是一个专门面向C++的测试框架。

本文不对CppUnit源码做详细的介绍，而只是对CppUnit的应用作一些介绍。你将看到：

1. CppUnit源代码的各个组成部分；
2. 怎样设置你的开发环境以能够使用CppUnit；
3. 怎样为你的产品代码添加测试代码（实际上应该反过来，为测试代码添加产品代码。在TDD中，先有测试代码后有产品代码），并通过CppUnit来进行测试；

本文叙述背景为：CppUnit1.12.0, Visual C++ 6.0, WindowsXP。文中叙述有误之处，敬请批评指正。

一. CppUnit的安装
从 CppUnit的源码包. CppUnit是开源产品 , 当前最高版本为1.12.0. (在上面的链接所指向的页面上选择 Development Snapshot ).
下载后,将源码包解压缩到本地硬盘，例如解压到E:\ cppunit-1.12.0。笔者把文件夹名称中的版本号去掉，即源码包解压缩到E:\cppunit。下载解压后，你将看到如下文件夹：

主要的文件夹有：

• doc: CppUnit的说明文档。另外，代码的根目录，还有三个说明文档，分别是INSTALL，INSTALL-unix，INSTALL-WIN32.txt；
• examples: CpppUnit提供的例子，也是对CppUnit自身的测试，通过它可以学习如何使用CppUnit测试框架进行开发；
• include: CppUnit头文件；
• src: CppUnit源代码目录；
• config：配置文件；
• contrib：contribution，其他人贡献的外围代码；
• lib：存放编译好的库；
• src：源文件，以及编译库的project等；

　　接下来进行编译工作。 在src/目录下, 将CppUnitLibraries.dsw工程文件用vc 打开。执行build/batch build，编译成功的话，生成的库文件将被拷贝到lib目录下。中途或者会有些project编译失败，一般不用管它，我们重点看的是cppunit和TestRunner 这两个project的debug和release版本。
　　编译通过以后, 在lib/目录下,会生成若干lib,和dll文件, 都以cppunit开头. cppunitd表示debug版, cppunit表示release版。
CppUnit为我们提供了两套框架库，一个为静态的lib，一个为动态的dll。cppunit project：静态lib；cppunit_dll project：动态dll和lib。在开发中我们可以根据实际情况作出选择。
你也可以根据需要选择所需的项目进行编译，其中项目cppunit为静态库，cppunit_dll为动态库，生成的库文件为：

• cppunit.lib：静态库release版；
• cppunitd.lib：静态库debug版；
• cppunit_dll.lib：动态库release版；
• cppunitd_dll.lib：动态库debug版；

　　另外一个需要关注的project是TestRunner，它输出一个dll，提供了一个基于GUI 方式的测试环境，在CppUnit下, 可以选择控制台方式和GUI方式两种表现方案。两种方案分别如下图所示：

我们选择GUI方式，所以我们也需要编译这个project，输出位置亦为lib文件夹。
要使用CppUnit，还得设置好头文件和库文件路径，以VC6为例，选择Tools/Options/Directories，在Include files和Library files中分别添加%CppUnitPath%\include和%CppUnitPath%\lib，其中%CppUnitPath%表示CppUnit所在路径。本文这里分别填的是E:\CPPUNIT\INCLUDE和E:\CPPUNIT\LIB。

二、概念

在使用之前，我们有必要认识一下CppUnit中的主要类，当然你也可以先看后面的例子，遇到问题再回过头来看这一节。
CppUnit核心内容主要包括一些关键类：

Test：所有测试对象的基类。

CppUnit采用树形结构来组织管理测试对象（类似于目录树，如下图所示），因此这里采用了组合设计模式（Composite Pattern），Test的两个直接子类TestLeaf和TestComposite分别表示“测试树”中的叶节点和非叶节点，其中TestComposite主要起组织管理的作用，就像目录树中的文件夹，而TestLeaf才是最终具有执行能力的测试对象，就像目录树中的文件。

Test最重要的一个公共接口为：

virtual void run(TestResult *result) = 0;

其作用为执行测试对象，将结果提交给result。
在实际应用中，我们一般不会直接使用Test、TestComposite以及TestLeaf，除非我们要重新定制某些机制。

TestFixture：用于维护一组测试用例的上下文环境。

　　在实际应用中，我们经常会开发一组测试用例来对某个类的接口加以测试，而这些测试用例很可能具有相同的初始化和清理代码。为此，CppUnit引入TestFixture来实现这一机制。
TestFixture具有以下两个接口，分别用于处理测试环境的初始化与清理工作：

virtual void setUp(); 
virtual void tearDown(); 


TestCase：测试用例，从名字上就可以看出来，它便是单元测试的执行对象。

　　TestCase从Test和TestFixture多继承而来，通过把Test::run制定成模板函数（Template Method）而将两个父类的操作融合在一起，run函数的伪定义如下：

// 伪代码 
void TestCase::run(TestResult* result)
{
    result->startTest(this); // 通知result测试开始
    if( result->protect(this, &TestCase::setUp) ) // 调用setUp，初始化环境
        result->protect(this, &TestCase::runTest); // 执行runTest，即真正的测试代码
    result->protect(this, &TestCase::tearDown); // 调用tearDown，清理环境
    result->endTest(this); // 通知result测试结束
} 

这里要提到的是函数runTest，它是TestCase定义的一个接口，原型如下：

virtual void runTest(); 

用户需从TestCase派生出子类并实现runTest以开发自己所需的测试用例。
另外还要提到的就是TestResult的protect方法，其作用是对执行函数（实际上是函数对象）的错误信息（包括断言和异常等）进行捕获，从而实现对测试结果的统计。

TestSuit：测试包，按照树形结构管理测试用例

TestSuit是TestComposite的一个实现，它采用vector来管理子测试对象（Test），从而形成递归的树形结构。

TestFactory：测试工厂

这是一个辅助类，通过借助一系列宏定义让测试用例的组织管理变得自动化。参见后面的例子。

TestRunner：用于执行测试用例

TestRunner将待执行的测试对象管理起来，然后供用户调用。其接口为：

virtual void addTest( Test *test ); 
virtual void run( TestResult &controller, const std::string &testPath = "" ); 

　　这也是一个辅助类，需注意的是，通过addTest添加到TestRunner中的测试对象必须是通过new动态创建的，用户不能删除这个对象，因为TestRunner将自行管理测试对象的生命期。

三、CppUnit 的使用

　　以上工作完成以后,就可以正式使用CppUnit了，由于单元测试是TDD（测试驱动开发）的利器，一般人会先写测试代码，然后再写产品代码，不过笔者认为先写产品代码框架后再写测试代码，然后通过慢慢补充产品代码以使得能通过测试的方法会好些。不管先写谁只要写得舒服安全就可以。本文决定先写测试代码。
　　前面我们提到过，CppUnit最小的测试单位是TestCase，多个相关TestCase组成一个TestSuite。要添加测试代码最简单的方法就是利用CppUnit为我们提供的几个宏来进行（当然还有其他的手工加入方法，但均是殊途同归，大家可以查阅CppUnit头文件中的演示代码）。这几个宏是：

CPPUNIT_TEST_SUITE() 开始创建一个TestSuite；
CPPUNIT_TEST() 添加TestCase；
CPPUNIT_TEST_SUITE_END() 结束创建TestSuite；
CPPUNIT_TEST_SUITE_NAMED_REGISTRATION() 添加一个TestSuite到一个指定的TestFactoryRegistry工厂。

感兴趣的朋友可以在HelperMacros.h看看这几个宏的声明，本文在此不做详述。
假定我们要实现一个类，类名暂且取做CPlus，它的功能主要是实现两个数相加（多简单的一个类啊，这也要测试吗？不要紧，我们只是了解怎样加入测试代码来测试它就行了，所以越简单越好）。 假定这个类要实现的相加的方法是:

int Add(int nNum1, int nNum2);

　　ＯＫ，那我们先来写测试这个方法的代码吧。TDD 可是先写测试代码，后写产品代码(CPlus)的哦！先写的测试代码往往是不能运行或编译的，我们的目标是在写好测试代码后写产品代码，使之编译通过，然后再进行重构。这就是Kent Beck说的“red/green/refactor”。所以，上面的类名和方法应该还只是在你的心里，还只是你的idea而已。
　　根据测试驱动的原理，我们需要先建立一个单元测试框架。我们在VC中为测试代码建立一个project。通常，测试代码和被测试对象（产品代码）是处于不同的project中的。这样就不会让你的产品代码被测试代码所“污染 ”。
由于在CppUnit下, 可以选择控制台方式和UI方式两种表现方案，我们选择UI方式。在本例中，我们将建立一个基于GUI 方式的测试环境。因此我们建立一个基于对话框的Project。假设名为UnitTest。
建立了UnitTest project之后，我们首先配置这个工程。
首先在project中打开RTTI开关，具体位置在菜单Project/Settings/C++/C++ Language。如下图所示设置：

　　由于CppUnit所用的动态运行期库均为多线程动态库，因此你的单元测试程序也得使用相应设置，否则会发生冲突。于是我们在Project/Settings/C++/Code Generation中进行如下设置：
　　在Use run-time library一栏中，针对debug和release分别设置为‘Debug Multithreaded DLL’和‘Multithreaded DLL’。如下图所示：

　　最后别忘了在project中link正确的lib。包括本例采用的cppunit.lib和cppunitd.lib静态库以及用于GUI方式的TestRunner.dll对应的lib。具体位置在Project/Settings/Link/General
　　在‘Object/library modules’中，针对debug和release分别加入cppunitd.lib testrunnerd.lib和cppunit.lib TestRunner.lib。如下图所示：

　　最后，由于TestRunner.dll为我们提供了基于GUI的测试环境。为了让我们的测试程序能正确的调用它，TestRunner.dll必须位于你的测试程序的路径下。所以把/lib目录下的testrunnerd.dll和TestRunner.dll文件分别拷贝到UnitTest priject的程序debug和release版本输出目录中。如下图所示：

(这是release版本)只要放在一起就可以了。
配置工作终于完成，下面开始写测试框架。

在CppUnit中, 是以TestCase为最小的测试单位, 若干TestCase组成一个TestSuite。所以我们要先建立一个TestCase。
在UnitTest project中新建一个类, 命名为CPlusTestCase, 让其从CppUnit::TestCase派生。为其新增一个方法,假设为 void testAdd(); 我们将在这个函数中写入我们的一些测试代码（还记得我们要测试的构想中的CPlus::Add(…)吗）。代码如下：切记要包含头文件

#include 
class CPlusTestCase : public CppUnit::TestCase
{
public:
    CPlusTestCase ();
    virtual ~ CPlusTestCase ();
    void testAdd();
};

接下来, 我们要对我们的CPlusTestCase进行声明。声明用到了三个宏.

    CPPUNIT_TEST_SUITE();
    CPPUNIT_TEST();
    CPPUNIT_TEST_SUITE_END();

第一个宏声明一个测试包（suite）,第二个宏声明（添加）一个测试用例. 现在我们的CPlusTestCase类看上去象这样：切记要包含头文件，否则无法识别这些宏。

#include 
#include 

class CPlusTestCase : public CppUnit::TestCase
{
    CPPUNIT_TEST_SUITE(CPlusTestCase);
    CPPUNIT_TEST(testAdd);
    CPPUNIT_TEST_SUITE_END();
public:
    CPlusTestCase ();
    virtual ~ CPlusTestCase ();
    void testAdd();
};

通过这几个宏，我们就把CPlusTestCase和testAdd注册到了测试列表当中。

　　接下来,我们要注册我们的测试suite. 使用CPPUNIT_TEST_SUITE_NAMED_REGISTRATION()来注册一个测试suite. 这个宏的第二个参数是我们注册的suite的名字. 在这里我们可以用字符串来代替, 但我们用一个静态函数来返回这个suite的名字.

// PlusTestCase.h 
class CPlusTestCase : public CppUnit::TestCase
{
    CPPUNIT_TEST_SUITE(CPlusTestCase);
    CPPUNIT_TEST(testAdd);
    CPPUNIT_TEST_SUITE_END();
public:
    CPlusTestCase ();
    virtual ~ CPlusTestCase ();
   void testAdd();
    static std::string GetSuiteName();
};
    // PlusTestCase.cpp
    std::string CPlusTestCase::GetSuiteName()
    {
            return " CPlus ";
    }

记得要在PlusTestCase.h中包含 #include
然后在 PlusTestCase.cpp注册我们的suite.

CPPUNIT_TEST_SUITE_NAMED_REGISTRATION(CPlusTestCase, CPlusTestCase::GetSuiteName());

它将CPlusTestCase这个TestSuite注册到一个指定的TestFactory工厂中。
接下来我们写一个注册函数static CppUnit::Test* GetSuite(), 使其在运行期生成一个Test.

  
// PlusTestCase.h 
class CPlusTestCase : public CppUnit::TestCase
{
    CPPUNIT_TEST_SUITE(CPlusTestCase);
    CPPUNIT_TEST(testAdd);
    CPPUNIT_TEST_SUITE_END();
public:
    CPlusTestCase ();
    virtual ~ CPlusTestCase ();
   void testAdd();
    static std::string GetSuiteName();
   static CppUnit::Test* GetSuite();
};
   // PlusTestCase.cpp
    CppUnit::Test* CPlusTestCase::GetSuite()
    {
           CppUnit::TestFactoryRegistry& reg = 
                 CppUnit::TestFactoryRegistry::getRegistry (CPlusTestCase::GetSuiteName());
                 return reg.makeTest();
     }

记住在PlusTestCase.h中包含头文件:

#include 

最后, 我们为单元测试建立一个UI测试界面.

　　由于我们希望这个Project运行后显示的是GUI界面，所以我们需要在App的 InitInstance ()中屏蔽掉原有的对话框，代之以CppUnit的GUI。
我们在CUnitTestApp::InitInstance()函数中,将原先显示主对话框的代码以下面的代码取代:

  
CppUnit::MfcUi::TestRunner runner;
    runner.addTest(CPlusTestCase::GetSuite());//添加测试
    runner.run();//show UI
/* CUnitTestDlg dlg;
 m_pMainWnd = &dlg;
 int nResponse = dlg.DoModal();
 if (nResponse == IDOK)
 {
  // TODO: Place code here to handle when the dialog is
  //  dismissed with OK
 }
 else if (nResponse == IDCANCEL)
 {
  // TODO: Place code here to handle when the dialog is
  //  dismissed with Cancel
 }
*/

切记必须先在UnitTest.cpp中包含头文件:

#include 
#include " PlusTestCase.h "

到此为止, 我们已经建立好一个简单的单元测试框架。测试框架虽然写好了，但是测试代码仍然为空，产品代码也还没有写。下面我们来写测试代码：
如前所述，在测试类中，我们添加了一个测试方法：

void testAdd();

它测试的对象是前面提到的CPlus类的方法：int Add(int nNum1, int nNum2);（产品代码）我们来看看testAdd()的实现：记得在PlusTestCase.h中包含头文件

#include 
// PlusTestCase.cpp
void CPlusTestCase::testAdd()
{
 CPlus plus;
 int nResult = plus.Add(10, 20); //执行Add操作
 CPPUNIT_ASSERT_EQUAL(30, nResult); //检查结果是否等于30 
}

CPPUNIT_ASSERT_EQUAL是一个判断结果的宏。CppUnit中类似的其它宏请查阅TestAssert.h，本文在此不做详述 。

　　另外，我们还可以覆写基类的 setUp()、tearDown()两个函数。这两个函数实际上是一个模板方法，在测试运行之前会调用setUp()以进行一些初始化的工作，测试结束之后又会调用tearDown()来做一些“善后工作” ，比如资源的回收等等。当然，你也可以不覆写这两个函数，因为它们在基类里定义成了空方法，而不是纯虚函数。
　　编写完上面的测试代码后，进行编译。编译肯定通不过，编译器会告诉我们CPlus类没有声明，因为我们还没有实现CPlus类呢！现在的工作就是马上实现CPlus类，让编译通过。现在你应该嗅到一点“测试驱动”（Test Driven Develop）的味道了吧？

在VC中建立一个MFC Extension Dll的Project，在这个Project 中加入类CPlus,它的声明如下：

  
// Plus.h
class AFX_EXT_CLASS CPlus
{
public:
 CPlus();
 virtual ~CPlus();
public:
 int Add(int nNum1, int nNum2);
};

Add在Plus.cpp中实现如下

  
int CPlus::Add(int nNum1, int nNum2)
{
 return nNum1 + nNum2;//这里可以写一些错误的语句，用来看看错误的结果
}

非常简单，不是吗？现在让前面那个包含测试代码的Project dependent这个Project，并且include 相关头文件 ,Rebuild All，你会发现编译已通过。你体会到了测试代码驱动产品代码了吗？当然我们的这个例子还很简单 ，没有重构这一步骤。

运行我们的测试程序，单击Browse，你就会看到如下图所示的界面:

选择CPlusTestCase::testAdd后，单击Run，你就会看到如下图所示的界面：

　　这下你应该对前面我们说的TestSuite的名字理解更深了吧。CPlus是一个测试包TestSuite，它的下面包含一个测试用例，这个测试用例下面又包含一个测试方法。

如果我修改CPlus::Add的代码如下：

int CPlus::Add(int nNum1, int nNum2)
{
// return nNum1 + nNum2;
 return 2; 
}

重新编译通过，运行程序就会发现：

GUI显示有一个单元测试不通过，并显示出错的地方和原因，这样就很好的控制Bug了。

四、下面是完整的程序清单

// PlusTestCase.h
#if _MSC_VER > 1000
#pragma once
#endif // _MSC_VER > 1000
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
class CPlusTestCase : public CppUnit::TestCase  
{
 //通过这几个宏，我们就把CPlusTestCase和testAdd注册到了测试列表当中.
 CPPUNIT_TEST_SUITE(CPlusTestCase);  //声明一个测试包
    CPPUNIT_TEST(testAdd);     //声明一个测试用例
    CPPUNIT_TEST_SUITE_END(); 
public:
 CPlusTestCase();
 virtual ~CPlusTestCase();
 void testAdd(); //测试方法
 static std::string GetSuiteName();
 //写一个注册函数, 使其在运行期生成一个Test
 static CppUnit::Test* GetSuite();
};
// PlusTestCase.cpp
#include "stdafx.h"
#include "UnitTest.h"
#include "PlusTestCase.h"
#include "plus.h"
#ifdef _DEBUG
#undef THIS_FILE
static char THIS_FILE[]=__FILE__;
#define new DEBUG_NEW
#endif
//注册一个测试suite到一个指定的TestFactory工厂中
CPPUNIT_TEST_SUITE_NAMED_REGISTRATION(CPlusTestCase, CPlusTestCase::GetSuiteName());
//////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Construction/Destruction
//////////////////////////////////////////////////////////////////////
CPlusTestCase::CPlusTestCase()
{
}
CPlusTestCase::~CPlusTestCase()
{
}
void CPlusTestCase::testAdd()
{
 CPlus plus;
 int nResult = plus.Add(10, 20); //执行Add操作
 CPPUNIT_ASSERT_EQUAL(30, nResult); //检查结果是否等于30 
}
std::string CPlusTestCase::GetSuiteName()
{
 return "CPlus";
}
/*
 * 注意：CPlusTestCase::GetSuite()返回一个指向CppUnit::Test的指针.
 *  这个指针就是整个测试的起点。
 *  CppUnit::TestFactoryRegistry::getRegistry()根据TestSuite的名字返回TestFactoryRegistry工
 *  然后调用工厂里的makeTest()对TestSuite进行组装，将建立起一个树状的测试结构。
 */
CppUnit::Test* CPlusTestCase::GetSuite()
{
 CppUnit::TestFactoryRegistry& reg = CppUnit::TestFactoryRegistry::getRegistry(CPlusTestCase::GetSuiteName());
 return reg.makeTest();
}
// UnitTest.cpp
#include "stdafx.h"
#include "UnitTest.h"
#include 
#include "PlusTestCase.h"
…
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// CUnitTestApp initialization
BOOL CUnitTestApp::InitInstance()
{
 …
 CppUnit::MfcUi::TestRunner runner;
 runner.addTest(CPlusTestCase::GetSuite()); //添加测试 runner.addTest(CMinusTestCase::GetSuite());
 runner.run(); //show UI
/* CUnitTestDlg dlg;
 m_pMainWnd = &dlg;
 int nResponse = dlg.DoModal();
 if (nResponse == IDOK)
 {
  // TODO: Place code here to handle when the dialog is
  //  dismissed with OK
 }
    else if (nResponse == IDCANCEL)
 {
  // TODO: Place code here to handle when the dialog is
  //  dismissed with Cancel
 }
*/
 return FALSE;
}

五、参考资料

• Cpluser《CppUnit测试框架入门》
• Freefalcon《CppUnit快速入门》
• 《使用CppUnit进行单元测试》

感谢：Cpluser 和 Freefalcon 对 CppUnit 的介绍。

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