面向 C++ 的测试驱动开发

用测试的方法驱动开发,这个概念的提出已经很长时间了,但测试驱动开发在 C 和 C++的应用和实践却比较晚,本文用一个简单项目的实例说明如何在 C 和 C++的开发过程中,应用测试驱动开发的理念,从需求定义,代码测试案例设计到开发实现这些案例定义的需求,展现了测试驱动开发的魅力。测试驱动开发和现在流行敏捷开发的是分不开的,测试驱动开发是敏捷开发的一个强有力工具,可以帮助我们从简单的设计开始,逐步地有保护重构设计直至完善设计的过程。

测试驱动开发(TDD)背景及综述

测试驱动开发是 Kent 提出的一种新的软件开发流程,现在已广为人知,这种开发方法依赖于极短重复的开发周期,面对开发需求,开发人员要先开发代码测试用例,这些代码实现的测试用例定义了工程要实现的需求,然后去开发代码快速测试通过这这些用例,这个时候的代码是相对比较粗糙的,只是为了通过这个测试,测试通过以后,这些测试所覆盖的需求就会相对固定下来了,然后随着实现更多的需求,以前实现的那些粗糙的代码的问题会逐步的暴露出来,此时就要用重构来消除重复改进代码设计,因为自动化的测试用例已经框定了相应的需求,这样在代码改进和重构的过程中就不会破坏已实现的需求,实现了安全重构。

从测试驱动开发的流程可以看出来,测试驱动开发仅仅要求一个简单的设计开始实现需求,然后随着软件开发的推进实现有保护重构代码和设计。依赖于 TDD 开发所生成的单元测试用例代码,实现有保护重构是大型的软件开发项目不可以缺少的,代码级别的测试更能有效地提高软件产品的质量。测试驱动开发中的重构过程也是一个使设计逐步完善的过程。 本文的主要目的是使测试驱动开发落到实地,和具体的语言(C++)和单元测试框架结合起来,并用实例展示测试驱动开发的魅力。

测试驱动开发的信条

先开发和设计测试代码,再代码实现通过测试,以测试驱动设计实现,开发和设计的过程,得到了快速的反馈,用这些反馈驱动,改进和重构代码设计,是一个有机的开发过程。按照 Kent 的定义,测试驱动开发的原则是:

不要写一行代码,除非有一个失败的自动化测试案例要纠正。

消除重复的代码,改进设计。

这两个简单的原则,却产生了一些复杂的个体和组的行为,这些隐含的技术行为包括:

运行代码对设计决定快速反馈下,实现有机地设计

必须自己写自己的测试用例,而不是等待别人帮你写测试代码,那样会花费很长时间

必须要有对变更代码快发反应开发环境

组件必须要高内聚、低耦合,以使测试简单化。

两个原则还隐含开发任务的顺序:

红色(Red):写些不能够工作的小测试,这个测试甚至不能编译通过。

绿色(Green):快速编写代码使测试通过,不用太在意代码质量只是通过测试。

重构(Refactor):消除开始是只是要通过测试的重复代码,改进设计。

红色(Red)-绿色(Green)-重构(Refactor),这个就是测试驱动开发的座右铭(Mantra)。这种开发方式可以有效的减少代码的缺陷密度,减少 bug 的数量,将大部分的缺陷在代码的开发过程中消除,减少了 QA 测试和质量保证的成本。

按照软件工程的说法,软件缺陷和 bug 发现的越早,所需的更正这些缺陷的成本就会越小。所以在软件的开发阶段,采用测试驱动的开发方法,把测试引入到开发阶段,使测试和质量意识融入到开发的过程中,这对提高软件工程质量非常有帮助。 而且在采用测试驱动开发必然要求所开发的组件、接口、类或方法是可测试的(testable),这就要求开发的组件,接口要遵循组件和类高内聚(Highly Cohesive),组件和组件、类和类之间低耦合(loosely Coupled)原则,这种开发方式生成的代码必然会帮助开发者,在不断的有保护重构的过程中,提高软件架构的设计,使日后的软件维护变得有章可循。

测试驱动开发符合敏捷软件开发的精神,在不断迭代过程中,增量地实现软件需求而这一切开始可以从简单设计开始。

单元测试框架比较和筛选

C++技术是一种高级语言,它出现的时间要比 Java 和 C#早得多,但支持像 xUnit 框架的 C++单元测试框架发展起来的比较晚。 C++ 的单元测试框架选择比较多,现在比较流行的 C++测试框架有 Boost Test、UnitTest++、CppTest、Google C++ Testing Framework。 Boost Test,拥有良好的断言功能,对异常控制,崩溃控制方面处理的比较好,也有良好的可以移植性,但结构复杂,不易于掌握。CPPUnit 是开发比较早的单元测试框架,是对 JUnit 的 C++的移植的一种尝试,拥有丰富的断言和期望功能。Google Test C++ 简称 Gtest,是近期发展起来的单元测试框架,对 xUnit 支持的比较好,支持 TDD 的红-绿-重构模式,支持死亡和退出测试,较好的异常测试控制能力,良好的测试报告输出,拥有自动注册测试用例和用例分组等功能,还有和 Gmock 框架的无缝结合,支持基于接口的(抽象类的)Mock 测试-模拟测试。

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