软件测试基础知识必备之浅谈单元测试

什么是单元测试？

单元测试是指，对软件中的最小可测试单元在与程序其他部分相隔离的情况下进行检查和验证的工作，这里的最小可测试单元通常是指函数或者类。

单元测试都是以自动化的方式执行，所以在大量回归测试的场景下更能带来高收益。

单元测试代码里提供函数的使用示例，因为单元测试的具体表现形式就是对函数以各种不同输入参数组合进行调用。

如何做好单元测试？

1）代码的基本特征与产生错误的原因

无论是开发语言还是脚本语言，都会有条件分支、循环处理和函数调用等最基本的逻辑控制，如果抛开代码需要实现的具体业务逻辑，仅看代码结构的话，所有的代码都是在对数据进行分类处理，每一次条件判定都是一次分类处理，嵌套的条件判定或者循环执行，也是在做分类处理。

如果有任何一个分类遗漏，都会产生缺陷；如果有任何一个分类错误，也会产生缺陷；如果分类正确也没有遗漏，但是分类时的处理逻辑错误，也会产生缺陷。

2）单元测试用例详解

单元测试的用例是一个“输入数据”和“预计输出”的集合。需要针对确定的输入，根据逻辑功能推算出预期正确的输出，并且以执行被测试代码的方式进行验证。即“在明确了代码需要实现的逻辑功能的基础上，什么输入，应该产生什么输出”。

单元测试用例“输入数据”种类

被测试函数的输入参数；
被测试函数内部需要读取的全局静态变量；
被测试函数内部需要读取的成员变量；
函数内部调用子函数获得的数据；
函数内部调用子函数改写的数据；
嵌入式系统中，在中断调用时改写的数据；
……
“预计输出”：

被测试函数的返回值；
被测试函数的输出参数；
被测试函数所改写的成员变量；
被测试函数所改写的全局变量；
被测试函数中进行的文件更新；
被测试函数中进行的数据库更新；
被测试函数中进行的消息队列更新；
……
3）驱动代码，桩代码和Mock代码

驱动代码是用来调用被测函数的，而桩代码和Mock代码是用来代替被测函数调用的真实代码的。

驱动、桩和Mock代码的关系

驱动代码（Driver）指调用被测函数的代码，在单元测试过程中，驱动模块通常包括调用被测函数钱的数据准备、调用被测函数以及验证相关结果三个步骤。

代码桩（Stub）是用来代替真是代码的临时代码。比如，某个函数A的内部实现中调用了一个尚未实现的函数B，为了对函数A的逻辑进行测试，那么就需要模拟一个函数B，这个模拟的函数B的实现就是所谓的桩代码。

伪代码：

为了实现函数A的全路径覆盖，你需要控制不同的测试用例中函数B的返回值，那么桩函数B的伪代码就应该是：

当执行第一个测试用例的时候，桩函数B应该返回true，而执行第二个测试用例的时候，桩函数B应该返回false。这样就覆盖了被测试函数A的if-else的两个分支。

桩代码的应用首先起到了隔离和补齐的作用，使被测代码能够独立编译、链接，并独立运行。同时，桩代码还具有控制被测函数执行路径的作用。

编写桩代码通常需要遵守以下三个原则：

• 桩函数要具有与原函数完全相同的原形，仅仅是内部实现不同，这样测试代码才能正确链接到桩函数；
  用于实现隔离和补齐的桩函数比较简单，只需保持原函数的声明，加一个空的实现，目的是通过编译链接；
  实现控制功能的桩函数是应用最广泛的，要根据测试用例的需要，输出合适的数据作为被测函数的内部输入。
  Mock代码和桩代码的本质区别是：测试期待结果的验证（Assert and Expectiation）。

  对于Mock代码来说，我们的关注点是Mock方法有没有被调用，以书面样的参数被调用，被调用的次数，以及多个Mock函数的先后调用顺序。所以，在使用Mock代码的测试中，对于结果的验证（也就是assert），通常出现在Mock函数中。
  对于桩代码来说，我们的关注点是利用Stub来控制被测函数的执行路径，不会去关注Stub是否被调用以及怎么样被调用。所以，你在使用Stub的测试中，对于结果的验证，通常出现在驱动代码中。

实际项目中如何开展单元测试？

1）并不是所有的代码都要进行单元测试。通常只有底层模块或者核心模块的测试中才会采用单元测试。

2）你需要确定单元测试框架的选型，这和开发语言直接相关。比如，Java最常用的单元测试框架是Junit和TestNG；C/C++最常用的单元测试框架是CppTest和Parasoft C/C++test；框架选型完成后，你还需要对桩代码框架和Mock代码框架选型，选型的主要依据是开发所采用的具体技术栈；通常，单元测试框架、桩代码/Mock代码的选型工作由开发架构师和测试架构师共同决定。

3）为了能够衡量单元测试的代码覆盖率，通常你还需要引入计算代码覆盖率的工具。不同的语言会有不同的代码覆盖率统计工具，比如Java的JaCoCo，JavaScript的Istanbul。

4）最后你需要把单元测试执行、代码覆盖率统计和持续集成流水线做集成。以确保每次代码递交，都会自动触发单元测试，并在单元测试执行过程中自动统计代码覆盖率，最后以“单元测试通过率”和“代码覆盖率”为标准来决定背刺代码递交是否能够被接受。

常见问题

在项目中全民推行单元测试时，你会发现还有一些困难需要克服：

1）紧密耦合的代码难以隔离；

2）隔离后编译链接运行困难；

3）代码本身的可测性较差，通常代码的可测试性和代码规模成正比；

4）无法通过桩代码直接模拟系统底层函数的调用；

5）代码覆盖率越往后越难提高。

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