Google Test(GTest)使用方法和源码解析——自动调度机制分析

        在 《Google Test(GTest)使用方法和源码解析——概况 》一文中，我们简单介绍了下GTest的使用和特性。从这篇博文开始，我们将深入代码，研究这些特性的实现。 （转载请指明出于breaksoftware的csdn博客）

测试用例的自动保存

       当使用一组宏构成测试代码后，我们并没有发现调用它们的地方。GTest框架实际上是通过这些宏，将我们的逻辑保存到类中，然后逐个去执行的。我们先查看TEST宏的实现

#define GTEST_TEST(test_case_name, test_name)\
  GTEST_TEST_(test_case_name, test_name, \
              ::testing::Test, ::testing::internal::GetTestTypeId())

// Define this macro to 1 to omit the definition of TEST(), which
// is a generic name and clashes with some other libraries.
#if !GTEST_DONT_DEFINE_TEST
# define TEST(test_case_name, test_name) GTEST_TEST(test_case_name, test_name)
#endif

        可见它只是对GTEST_TEST_宏的再次封装。GTEST_TEST_宏不仅要求传入测试用例和测试实例名，还要传入Test类名和其ID。我们将GTEST_TEST_的实现拆成三段分析

// Helper macro for defining tests.
#define GTEST_TEST_(test_case_name, test_name, parent_class, parent_id)\
class GTEST_TEST_CLASS_NAME_(test_case_name, test_name) : public parent_class {\
 public:\
  GTEST_TEST_CLASS_NAME_(test_case_name, test_name)() {}\
 private:\
  virtual void TestBody();\
  static ::testing::TestInfo* const test_info_ GTEST_ATTRIBUTE_UNUSED_;\
  GTEST_DISALLOW_COPY_AND_ASSIGN_(\
      GTEST_TEST_CLASS_NAME_(test_case_name, test_name));\
};\
\

        首先使用宏GTEST_TEST_CLASS_NAME_生成类名。该类暴露了一个空的默认构造函数、一个私有的虚函数TestBody、一个静态变量test_info_和一个私有的赋值运算符(将运算符=私有化，限制类对象的赋值和拷贝行为)。

        静态变量test_info的作用非常有意思，它利用”静态变量在程序运行前被初始化“的特性，抢在main函数执行之前，执行一段代码，从而有机会将测试用例放置于一个固定的位置。这个是”自动“保存测试用例的本质所在。

::testing::TestInfo* const GTEST_TEST_CLASS_NAME_(test_case_name, test_name)\
  ::test_info_ =\
    ::testing::internal::MakeAndRegisterTestInfo(\
        #test_case_name, #test_name, NULL, NULL, \
        ::testing::internal::CodeLocation(__FILE__, __LINE__), \
        (parent_id), \
        parent_class::SetUpTestCase, \
        parent_class::TearDownTestCase, \
        new ::testing::internal::TestFactoryImpl<\
            GTEST_TEST_CLASS_NAME_(test_case_name, test_name)>);\

        我们先跳过这段代码，看完GTEST_TEST_宏的实现，其最后一行是

void GTEST_TEST_CLASS_NAME_(test_case_name, test_name)::TestBody()

        这行要在类外提供TestBody函数的实现。我们要注意下，这个只是函数的一部分，即它只是包含了函数返回类型、函数名，而真正的函数实体是在TEST宏之后的{}内的，如

TEST(FactorialTest, Zero) {
  EXPECT_EQ(1, Factorial(0));
}

       这段代码最后应该如下，它实际上是测试逻辑的主体。

……
void GTEST_TEST_CLASS_NAME_(test_case_name, test_name)::TestBody() {
  EXPECT_EQ(1, Factorial(0));
}

        可以说TEST宏的写法只是一种类函数的写法，而实际它“偷梁换柱”，实现了测试的实体。

        我们再看下test_info_的初始化逻辑，它调用了::testing::internal::MakeAndRegisterTestInfo函数。我们先关注下最后一个参数，它是一个模板类，模板是当前类名。同时从名字上看，它也是一个工厂类。该类继承于TestFactoryBase，并重载了CreateTest方法——它只是new出了一个模板类对象，并返回

template <class TestClass>
class TestFactoryImpl : public TestFactoryBase {
 public:
  virtual Test* CreateTest() { return new TestClass; }
};

        MakeAndRegisterTestInfo函数的实现也非常简单：它new出一个TestInfo类对象，并调用UnitTestImpl单例的AddTestInfo方法，将其保存起来。

TestInfo* MakeAndRegisterTestInfo(
    const char* test_case_name,
    const char* name,
    const char* type_param,
    const char* value_param,
    CodeLocation code_location,
    TypeId fixture_class_id,
    SetUpTestCaseFunc set_up_tc,
    TearDownTestCaseFunc tear_down_tc,
    TestFactoryBase* factory) {
  TestInfo* const test_info =
      new TestInfo(test_case_name, name, type_param, value_param,
                   code_location, fixture_class_id, factory);
  GetUnitTestImpl()->AddTestInfo(set_up_tc, tear_down_tc, test_info);
  return test_info;
}

        AddTestInfo试图通过测试用例名等信息获取测试用例，然后调用测试用例对象去新增一个测试特例——test_info。这样我们在此就将测试用例和测试特例的关系在代码中找到了关联。

 GetTestCase(test_info->test_case_name(),
                test_info->type_param(),
                set_up_tc,
                tear_down_tc)->AddTestInfo(test_info);

        但是如果第一次调用TEST宏，是不会有测试用例类的，那么其中新建测试用例对象，并保存到UnitTestImpl类单例对象的test_cases_中的逻辑是在GetTestCase函数实现中

TestCase* UnitTestImpl::GetTestCase(const char* test_case_name,
                                    const char* type_param,
                                    Test::SetUpTestCaseFunc set_up_tc,
                                    Test::TearDownTestCaseFunc tear_down_tc) {
  // Can we find a TestCase with the given name?
  const std::vector<TestCase*>::const_iterator test_case =
      std::find_if(test_cases_.begin(), test_cases_.end(),
                   TestCaseNameIs(test_case_name));

  if (test_case != test_cases_.end())
    return *test_case;

  // No.  Let's create one.
  TestCase* const new_test_case =
      new TestCase(test_case_name, type_param, set_up_tc, tear_down_tc);

  // Is this a death test case?
  if (internal::UnitTestOptions::MatchesFilter(test_case_name,
                                               kDeathTestCaseFilter)) {
    ++last_death_test_case_;
    test_cases_.insert(test_cases_.begin() + last_death_test_case_,
                       new_test_case);
  } else {
    test_cases_.push_back(new_test_case);
  }

  test_case_indices_.push_back(static_cast<int>(test_case_indices_.size()));
  return new_test_case;
}

        正如我们所料，在没有找到测试实例对象指针的情况下，新建了一个TestCase测试用例对象，并将其指针保存到了test_cases_中。如此我们就解释了，测试用例是如何被保存的了。

测试特例的保存

        接着上例的分析，如下代码将测试特例信息通过TestCase类的AddTestInfo方法保存起来

GetTestCase(test_info->test_case_name(),
                test_info->type_param(),
                set_up_tc,
                tear_down_tc)->AddTestInfo(test_info);

        其中AddTestInfo的实现如下

void TestCase::AddTestInfo(TestInfo * test_info) {
  test_info_list_.push_back(test_info);
  test_indices_.push_back(static_cast<int>(test_indices_.size()));
}

        可见test_info_list_中保存了测试特例信息。

调度的实现

        在之前的测试代码中，我们并没有发现main函数。但是C/C++语言要求程序必须要有程序入口，那Main函数呢？其实GTest为了让我们可以更简单的使用它，为我们编写了一个main函数，它位于src目录下gtest_main.cc文件中

GTEST_API_ int main(int argc, char **argv) {
  printf("Running main() from gtest_main.cc\n");
  testing::InitGoogleTest(&argc, argv);
  return RUN_ALL_TESTS();
}

        Makefile文件编译了该文件，并将其链接到可执行文件中。这样我们的程序就有了入口。那么这个main函数又是如何将执行流程引到我们的代码中的呢？代码之前了无秘密。短短的这几行，只有04行才可能是我们的代码入口。（03行将程序入参传递给了Gtest库，从而实现了 《Google Test(GTest)使用方法和源码解析——概况》中所述的“选择性测试”）。很显然，它的名字——RUN_ALL_TESTS也暴露了它的功能。我们来看下其实现

inline int RUN_ALL_TESTS() {
  return ::testing::UnitTest::GetInstance()->Run();
}

        它最终调用了UnitTest类的单例（GetInstance）的Run方法。UnitTest类的单例是个很重要的对象，它在源码中各处可见，它是连接各个逻辑的重要一环。我们再看下Run方法的核心实现（去除平台差异后）

return internal::HandleExceptionsInMethodIfSupported(
      impl(),
      &internal::UnitTestImpl::RunAllTests,
      "auxiliary test code (environments or event listeners)") ? 0 : 1;

        impl()方法返回了一个UnitTestImpl对象指针impl_，它是在UniTes类的构造函数中生成的（HandleExceptionsInMethodIfSupported函数见 《Google Test(GTest)使用方法和源码解析——概况》分析）

UnitTest::UnitTest() {
  impl_ = new internal::UnitTestImpl(this);
}

        UnitTestImpl类的RunAllTest方法中，核心的调度代码只有这几行

for (int test_index = 0; test_index < total_test_case_count(); test_index++) {
     GetMutableTestCase(test_index)->Run();
}

        GetMutableTestCase方法逐个返回UnitTestImpl对象成员变量test_cases_中的元素——各个测试用例对象指针，然后调用测试用例的Run方法。

std::vector<TestCase*> test_cases_;

        测试用例类TestCase的Run方法逻辑也是类似的，它将逐个获取其下的测试特例信息，并调用其Run方法

  for (int i = 0; i < total_test_count(); i++) {
    GetMutableTestInfo(i)->Run();
  }

        测试特例的Run方法其核心是

  Test* const test = internal::HandleExceptionsInMethodIfSupported(
      factory_, &internal::TestFactoryBase::CreateTest,
      "the test fixture's constructor");

  if ((test != NULL) && !Test::HasFatalFailure()) {
    test->Run();
  }

        它通过构造函数传入的工厂类对象指针调用其重载的CreateTest方法，new出TEST宏中定义的使用GTEST_TEST_CLASS_NAME_命名（用例名_实例名_TEST）的类（之后称测试用例特例类）的对象指针，然后调用测试用例特例类的父类中的Run方法。由于测试用例特例类继承::testing::Test类后，并没有重载其Run方法，所以其调用的还是Test类的Run方法，而Test类的Run方法实际上只是调用了测试用例特例类重载了的TestBody方法

    internal::HandleExceptionsInMethodIfSupported(this, &Test::TestBody, "the test body");

        而TestBody就是我们之前在分析TEST宏时讲解通过“偷梁换柱”实现的虚方法。

        如此整个调度的流程就分析清楚了。