C++单元测试一：并非看上去那么简单——几个很实际的问题

理想与现实

为Java和C#做单元测试，基本上都有比较统一的工具、模式可用，IDE的支持也非常到位；可是到了C++这里，一切就变的那样的“不走寻常路”，各种单元测试框架盛行，例如CppUnit, CppUnitLite, CxxUnit,Google Test等等，以及微软在VS2012中也加入了对原生C++代码单元测试的支持MSTest。面对如此诸多的测试框架，选择哪一个其实无所谓，只要顺手就好，用习惯了，什么都好；因为，单元测试的代码总归还是要自己来写——无论你用哪一个框架。

以前写过不少代码，可是都没怎么注意单元测试，现在终于认真对待起来，就开始在网络上搜寻资料，看看各种框架下的单元测试如何写。幸运的是，这方面的资料真不少，很多框架也都会带有示例或者文档告诉你怎么写；不幸的是，这些文档或者示例都太远离工程实践，他们一般遵循一个这样的模式：写出一个待测类CMyClass，定义一定的成员变量和方法，然后给出针对CMyClass的测试类如CMyClassTest；呵呵，看起来示例是够好了，可是很少涉及到这样的实际问题： 

• 工程实践中，一个项目往往有很多类，而且相互之间，总有这或多或少的依赖、包含等关系；
•  实际的测试项目，该如何组织被测代码和测试代码（注意，这里所说的组织不是指单元测试数据如何组织，而是指工程中的测试代码和产品代码的组织）
•  被测代码如何引入测试工程中
•  一个测试工程如何测试多个被测类

实际的代码

好吧，我们来看一下一个“较为”实际的工程以及我在为该工程编写单元测试过程中所遇到的问题；该工程的代码来自于boost.asio中的一个示例代码：

http://www.boost.org/doc/libs/1_53_0/doc/html/boost_asio/example/chat/chat_server.cpp，

我把该cpp中的几个类分拆开了，放在一个VisualStudio 2012工程中，代码结构看起来是：

其中几个主要类Message，ChatSession，ChatRoom之间的关系如下图：

在我做单元测试过程中，首先从软柿子Message入手，然后为ChatRoom写UT。所以，先把这两个类的相关代码贴上来；其实贴不贴代码无关紧要，上面的类图已经可以说明问题，不过为了方便较真，还是贴出来吧。

Message类代码

/// Message.h
#pragma once
 
/// class represents the message transferred between the client and the server
/// the message consists of two part: header + message body
/// the header part, 4 bytes, stores the length of the message body
/// the max length of the message box is : 512
 
class Message
{
public:
      enum { HeaderLength = 4, MaxBodyLength = 511 };
 
public:
      Message(void);
      ~Message(void);
 
public:
      void EncodeHeader();
      bool DecodeHeader();
 
      const char* Data() const;
      char* Data() ;
      const char* Body() const;
      char* Body() ;
 
      int SetData(const char* src, const int srclength);
 
      int Length() const;
      int BodyLength()const;
 
      void Reset();
 
private:
    void CheckBodyLength();
 
private:
      /// stores the whole message
      char Data_[HeaderLength + MaxBodyLength + 1];
 
      /// the body length
      int BodyLength_;
};
 
/// Message.cpp
#include "Message.h"
#include 
#include 
#include 
#include "TraceLog.h"
 
 
Message::Message(void)
{
      Reset();
}
 
 
Message::~Message(void)
{
}
 
void Message::CheckBodyLength()
{
    BodyLength_ = BodyLength_ > MaxBodyLength ? MaxBodyLength : BodyLength_;
}
 
void Message::EncodeHeader()
{
    /// Check the body length
    CheckBodyLength();
 
      /// wirte the body length to the message header
      /// we make sure that the buffer is enough after we call CheckBodyLength()
      ::_snprintf_s( Data_, HeaderLength, HeaderLength, "%d", BodyLength_ );   
}
 
bool Message::DecodeHeader()
{
      int bodyLength = 0;
      bool ret = false;
 
      /// get the message body length from the message
      try
      {
            char buf[HeaderLength + 1] = "";
            std::strncat( buf, Data_, HeaderLength );
            bodyLength = boost::lexical_cast (buf);
 
            if( bodyLength > MaxBodyLength )
            {
                  bodyLength = MaxBodyLength;              
            }
            else
            {
                  ret = true;
            }
      }
      catch(boost::bad_lexical_cast& e)
      {
            /// cast error happens
            bodyLength = 0;
 
            TraceLog::WriteLine("Message::DecodeHeader(),error:%s, orinal message:%s", e.what(), Data_ );
      }
 
      /// set the value and return
      BodyLength_ = bodyLength;
      return ret;
}
 
char* Message::Data()
{
      return Data_ ;
}
 
const char* Message::Data() const
{
      return Data_ ;
}
 
char* Message::Body()
{
      return Data_ + HeaderLength;
}
 
const char* Message::Body() const
{
      return Data_ + HeaderLength;
}
 
int Message::SetData(const char* src, const int srclength)
{
      /// check the length of source
      int length = srclength;
      if( length > MaxBodyLength )
      {
            length = MaxBodyLength;
      }
 
      /// copy the data into the local buffer
      /// std::snprintf is unavailable in this c++ compiler
      int ret = ::_snprintf_s(Data_+HeaderLength, MaxBodyLength + 1, length, "%s", src );   
 
      /// set the length of the message body
      BodyLength_ = length;
 
      /// return the length of copied
      return ret;
}
 
int Message::Length() const
{
      return BodyLength_ + HeaderLength;
}
 
int Message::BodyLength() const
{
      return BodyLength_;
}
 
void Message::Reset()
{
      BodyLength_ = 0;
 
      /// just for using the lamda
      std::for_each(Data_, Data_ + HeaderLength + MaxBodyLength + 1, [](char& p) { p = '\0'; } );
}

ChatRoom类代码

/// ChatRoom.h
#pragma once
#include "ChatSession.h"
#include "Message.h"
#include 
#include 
 
/// class that manages the clients
/// deliver the messages from one client to the others
 
class ChatRoom
{
public:
      ChatRoom(void);
      ~ChatRoom(void);
 
public:
      /// a client joins in the room
      void Join(ChatParticipantPtr participant);
 
      /// a client leaves the room
      void leave(ChatParticipantPtr participant);
 
      /// deliver the message from one client to all of the users in the room
      void Deliver(const Message& msg);
 
private:
      /// all of the participants are stored here
      std::set Participants_;
 
      /// recent messages
      /// questions, how to synchronize this object in threads
      typedef std::deque MessageQueue;
      MessageQueue RecentMessages_;
      enum { MaxRecentMsgs = 100 };
};
 
 
/// ChatRoom.cpp
#include "ChatRoom.h"
#include 
#include 
#include "TraceLog.h"
 
ChatRoom::ChatRoom(void)
{
}
 
 
ChatRoom::~ChatRoom(void)
{
}
 
/// a client joins in the room
void ChatRoom::Join(ChatParticipantPtr participant)
{
      TraceLog::WriteLine("ChatRoom::Join(), a new user joins in");
 
      /// add into the queue
      Participants_.insert( participant );
 
      /// sending the recent message to the client
      std::for_each(RecentMessages_.begin(), RecentMessages_.end(),
            boost::bind( &ChatParticipant::Deliver, participant, _1 ) );
}
 
 
/// a client leaves the room
void ChatRoom::leave(ChatParticipantPtr participant)
{
      TraceLog::WriteLine("ChatRoom::leave(), a user leaves");
 
      /// remove it from the queue
      Participants_.erase( participant );
}
 
 
/// deliver the message from one client to all of the users in the room
void ChatRoom::Deliver(const Message& msg)
{
      TraceLog::WriteLine("ChatRoom::Deliver(), %s", msg.Body() );
 
      /// add the msg to queue
      RecentMessages_.push_back( msg );
 
      /// check the length
      while( RecentMessages_.size() > MaxRecentMsgs )
      {
            RecentMessages_.pop_front();
      }
 
      /// deliver the msg to clients
      std::for_each(Participants_.begin(), Participants_.end(),
            boost::bind( &ChatParticipant::Deliver, _1, boost::ref(msg) ) );
}
 

开始单元测试

由于到手了VisualStudio 2012,这货已经原始支持了C++Native代码的单元测试，就用这货开始做UT吧。

如何引入被测代码

好了，我们开始单元测试。首先创建一个C++单元测试的工程，这个很easy。接着我们就要让测试工程能够“看到”被测的代码，这如何搞呢？有这样几种方法：

• 如果被测代码是静态库或者动态库，包含对应的.h文件，让测试工程链接DLL及LIB，这样测试工程。
• 或者，让测试工程链接对应的obj文件，直接编译进测试工程
• 或者，直接把被测是的代码，如上述的Message.h和Message.cpp包含进测试工程（注意这里不要拷贝一份Message.h和Message.cpp，用“Add->ExsitingItem”将他们包含进去，这样只保留一份代码）
•  或者在单元测试代码文件，如TestMessage.cpp中直接用#include把Message.h和Message.cpp包含进来，如： 

               #include "../ChatroomServer/ChatRoom.h"

               #include "../ChatroomServer/ChatRoom.cpp"

上面这几种方法，其实原理都是一样的，反正就是让测试工程能够看到到被测的代码，我们使用把被测代码引入测试工程的方法，这样测试工程的代码结构看起来是这样：

Ok，现在在测试工程里面，可以看到Message类的声明和定义了，然后你的单元测试代码，该怎么写，就怎么写了。

一个测试工程只能测一个类吗？

使用VS2012中的单元测试框架，写完了对Message的的单元测试，在TestExplorer中RunAll，一切正常；好了，至此，一切还算顺利，那我们继续吧，来对ChatRoom类编写单元测试；

继续按照前面的方法，我们很容易让测试工程看到ChatRoom的被测代码；然而从ChatRoom的实现来看，这个类和Message类有着关联关系，而且在ChatRoom的方法中，也的确使用了Message类的方法，从单元测试的角度来看，我们应该将他们俩之间的关系隔断，从而保证我们只对ChatRoom进行测试，那这样，我们就需要Mock一份Message的实现。

可是问题来了，由于之前我们在测试Message类的时候，已经引入了Message.cpp文件，使得测试工程中，已经有了一份Message的实现，那么我们如何再能为Message提供一份“伪”实现呢？？（使用其他几种引入方式，结果都是一样的）

是的，惯用的DependencyInjection在这里不起作用。查了不少资料，也没找到一个像样的说明如何解决这个问题；现在唯一可以采用的，就是在一个测试工程里面，只测试一个被测类，虽然可以工作，但是，未免又过于繁琐和“愚蠢”，那聪明的方法，又是什么呢？不瞒你说，这正是目前困扰我的问题之一。

 

追加一个后记：

其实，在关于如何为Message提供一份“伪”实现的问题上，原来想法是在测试工程中包含Message的头文件，然后在测试工程里面，直接写Message::Message()等方法，事实上是在测试工程里面定义一个Message的实现；这样由于我们已经引入了Message的真正实现，从而必然导致链接器报符号重复定义的错误，因此，这种思路并不可行，故而强迫我去创建另外一个工程；后来想一想，其实也不必真的去创建一个新工程，他们是可以在一个工程里面完成的，方法是新建一个MockMessage类，让他从Message继承下来，然后重新定义自己想Mock的方法就可以了。但是，这种方法创建出来的Mock，还是真的Mock吗，他首先已经是一个“真”的Message了啊？