实验五 单元测试

一、实验目的

1）掌握单元测试的方法

2) 学习XUnit测试原理及框架；

3）掌握使用测试框架进行单元测试的方法和过程。

二、实验内容与要求

1、了解单元测试的原理与框架

    

 1.1 单元测试原理

  单元测试（unit testing），是指对软件中的最小可测试单元进行检查和验证。对于单元测试中单元的含义，一般来说，要根据实际情况去判定其具体含义，如C语言中单元指一个函数，Java里单元指一个类，图形化的软件中可以指一个窗口或一个菜单等。总的来说，单元就是人为规定的最小的被测功能模块。单元测试是在软件开发过程中要进行的最低级别的测试活动，软件的独立单元将在与程序的其他部分相隔离的情况下进行测试。单元测试是由程序员自己来完成，最终受益的也是程序员自己。可以这么说，程序员有责任编写功能代码，同时也就有责任为自己的代码编写单元测试。执行单元测试，就是为了证明这段代码的行为和我们期望的一致。

单元测试的内容包括

  模块接口测试、局部数据结构测试、路径测试、错误处理测试、边界测试

（1）模块接口测试

模块接口测试是单元测试的基础。只有在数据能正确流入、流出模块的前提下，其他测试才有意义。模块接口测试也是集成测试的重点，这里进行的测试主要是为后面打好基础。测试接口正确与否应该考虑下列因素： 

    -输入的实际参数与形式参数的个数是否相同 

    -输入的实际参数与形式参数的属性是否匹配 

    -输入的实际参数与形式参数的量纲是否一致 

    -调用其他模块时所给实际参数的个数是否与被调模块的形参个数相同； 

    -调用其他模块时所给实际参数的属性是否与被调模块的形参属性匹配； 

    -调用其他模块时所给实际参数的量纲是否与被调模块的形参量纲一致； 

    -调用预定义函数时所用参数的个数、属性和次序是否正确； 

    -是否存在与当前入口点无关的参数引用； 

    -是否修改了只读型参数； 

    -对全程变量的定义各模块是否一致； 

    -是否把某些约束作为参数传递。

如果模块功能包括外部输入输出，还应该考虑下列因素： 

-文件属性是否正确； 

-OPEN/CLOSE语句是否正确； 

-格式说明与输入输出语句是否匹配； 

-缓冲区大小与记录长度是否匹配； 

-文件使用前是否已经打开； 

-是否处理了文件尾； 

-是否处理了输入/输出错误； 

-输出信息中是否有文字性错误。 

-局部数据结构测试； 

-边界条件测试； 

-模块中所有独立执行通路测试；

（2）局部数据结构测试

    检查局部数据结构是为了保证临时存储在模块内的数据在程序执行过程中完整、正确，局部功能是整个功能运行的基础。重点是一些函数是否正确执行，内部是否运行正确。局部数据结构往往是错误的根源，应仔细设计测试用例，力求发现下面几类错误： 

-不合适或不相容的类型说明； 

-变量无初值； 

-变量初始化或省缺值有错； 

-不正确的变量名（拼错或不正确地截断）； 

-出现上溢、下溢和地址异常。

（3）边界条件测试

    边界条件测试是单元测试中最重要的一项任务。众所周知，软件经常在边界上失效，采用边界值分析技术，针对边界值及其左、右设计测试用例，很有可能发现新的错误。边界条件测试是一项基础测试，也是后面系统测试中的功能测试的重点，边界测试执行的较好，可以大大提高程序健壮性。

（4）独立路径测试

    在模块中应对每一条独立执行路径进行测试，单元测试的基本任务是保证模块中每条语句至少执行一次。测试目的主要是为了发现因错误计算、不正确的比较和不适当的控制流造成的错误。具体做法就是程序员逐条调试语句。常见的错误包括： 

-误解或用错了算符优先级； 

-混合类型运算； 

-变量初值错； 

-精度不够； 

-表达式符号错。

（5）错误处理测试

   检查模块的错误处理功能是否包含有错误或缺陷。例如，是否拒绝不合理的输入;出错的描述是否难以理解、是否对错误定位有误、是否出错原因报告有误、是否对错误条件的处理不正确;在对错误处理之前错误条件是否已经引起系统的干预等。

     通常单元测试在编码阶段进行。在源程序代码编制完成，经过评审和验证，确认没有语法错误之后，就开始进行单元测试的测试用例设计。利用设计文档，设计可以验证程序功能、找出程序错误的多个测试用例。对于每一组输入，应有预期的正确结果。

1.2 测试框架

 xUnit是各种代码驱动测试框架的统称,这些框架可以测试 软件的不同内容(单元),比如函数和类。xUnit框架的主要优点是,它提供了一个自动化测试的解决方案。可以避免多次编写重复的测试代码。

底层是xUnit的framwork，xUnit的类库，提供了对外的功能方法、工具类、api等

TestCase(具体的测试用例)去使用framwork

TestCase执行后会有TestResult

使用TestSuite控制TestCase的组合

TestRunner执行器，负责执行case

TestListener过程监听，监听case成功失败以及数据结果，输出到结果报告中

Unit测试框架包括四个要素：

      (1)测试目标（对象）

  一组认定被测对象或被测程序单元测试成功的预定条件或预期结果的设定。Fixture就是被测试的目标，可以是一个函数、一组对象或一个对象。  测试人员在测试前应了解被测试的对象的功能或行为。

    （2）测试集

测试集是一组测试用例，这些测试用例要求有相同的测试Fixture，以保证这些测试不会出现管理上的混乱。

    （3）测试执行

单个单元测试的执行可以按下面的方式进行：

第一步 编写 setUp() 函数，目的是：建立针对被测试单元的独立测试环境；举个例子，这可能包含创建临时或代理的数据库、目录，再或者启动一个服务器进程。

第二步 编写所有测试用例的测试体或者测试程序；

第三步 编写tearDown()函数，目的是：无论测试成功还是失败，都将环境进行清理，以免影响后续的测试；

    （4）断言  

    断言实际上就是验证被测程序在测试中的行为或状态的一个函数或者宏。断言的失败会引发异常，终止测试的执行。

1.3   面向特定语言的，基于xUnit框架的自动化测试框架

    Junit  ： 主要测试用Java语言编写的代码

    CPPunit：主要测试用C++语言编写的代码

   unittest ， PyUnit：主要测试用python语言编写的代码

   MiniUnit:   主要用于测试C语言编写的代码

2、结对编程的小组采用测试框架 对自己“结对编程”实验的程序模块（类）进行单元测试，提交单元测试报告：

测试报告包括以下内容：

1）源码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include "miniunit.h"


//函数原型
int getChoice();
void showMenu();
void doExercise(int);
int test(int);

int score=0;//练习得分，初始化为0

/*
    功能：用户选择功能
    返回：用户的功能选择
    1、加法        2、减法        3、乘法        4、除法        0、退出
*/
int getChoice()
{
    int choice;
    scanf("%d",&choice);
    return choice;
}

/*
    功能：显示功能的菜单
*/

void showMenu()
{
    printf("===================================
");
    printf("
欢迎使用小学生四则运算练习软件
");
    printf("	1、加法练习	2、减法练习
");
    printf("	3、乘法练习	4、除法练习
");
    printf("	5、综合练习	0、退出系统
");
    printf("请输入你的选择（0--5）：
");
    printf("
===================================
");
}

/*
    功能：计分器
*/
void doExercise(int n)
{
     score=0;        //练习得分，初始化为0
    int i=0;            //练习题数的计数器
system("cls");
    switch(n){
        case 1:
            printf("--加法练习--
");
            break;
        case 2:
            printf("--减法练习--
");
            break;
        case 3:
            printf("--乘法练习--
");
            break;
        case 4:
            printf("--除法练习--
");
            break;
        case 5:
            printf("--综合练习--
");
            break;

    }
    
    for(i=1;i<=10;i++)
    {
        mu_run_test(test(n));
    
            //间接递归调用test(n)
    }
    printf("本次练习十道题，你做对了%d道
",score);
    
    

 //     mu_run_test(test(n));
      mu_test_results();
      
    printf("回车返回菜单
");
    getchar();
    getchar();
    system("cls");

}

/*
    功能：进行一道题的测试过程
*/
int test(int n)
{
    int ranswer=0;            //正确答案
    int uanswer=0;            //用户输入的答案
    int t=0;                //临时变量
    char operation;            //运算类别
    int num1=0;                //操作数1
    int num2=0;                //操作数2

    srand(time(NULL));        //初始化随机数种子
    num1=rand()%10;            //取0—9之间的随机数
    num2=rand()%10;

    //进入程序功能，如果选择5就随机产生1-4所代表的每一种运算方式
    if(n==5)
    {
        n=rand()%4+1;
    }

    switch(n)
    {
        case 1:
            operation='+';
            break;
        case 2:
            operation='-';
            break;
        case 3:
            operation='*';
            break;
        case 4:
            operation='/';
            break;
    }

//加入一条防止“不够减”的语句，当选择减法且num1小于num2时不够减
//不够减的时候，用临时变量交换两个操作数
    if((operation=='-') && (num1<num2))
    {
        t=num1;
        num1=num2;
        num2=t;
    }

//防止“除数为0”的程序漏洞
//当num2被随机取值到0时，就将num2强制置为1
//做除法时，将num1的值强制赋值给num1*num2，防止不能整除
    if(operation=='/')
    {
        if(num2==0)
        {
            num2=1;
        }
        num1=num1*num2;            //防止num1不能被num2整除的语句
    }

//输出测试题本身、提示用户输入
    printf("%d%c%d= ",num1,operation,num2);
    scanf("%d",&uanswer);

//程序计算正确结果
    switch(operation)
    {
        case '+':
        ranswer=num1+num2;
        mu_assert(uanswer==ranswer,"should be %d", ranswer); 
        break;
        case '-':
        ranswer=num1-num2;
        break;
        case '*':
        ranswer=num1*num2;
        break;
        case '/':
        ranswer=num1/num2;
        break;
    }
    
    
    
//评判，做对返回1，做错返回0
    if(uanswer==ranswer)
    {
        printf("做对了！
");
        
        score++;
        return 0;
    }
//    else 
//    {
//        printf("做错了！
");
//        printf("正确答案是%d
",ranswer);
//        return 1;
//    }
}


//主函数
int main(void)
{
    int choice=0;        //接收用户的选择    
    //循环开始功能，本次用do……while循环
    do
    {
        showMenu();                //显示菜单
        choice=getChoice();        

        //控制choice的范围
        if(choice<0 || choice>5)
        {
            choice=1;            //强制做加法
        }
        if(choice==0)
        {
            break;                    //用户选择0，退出循环（退出系统）
        }

        doExercise(choice);        //做什么练习，并启动评分
    }while(choice!=0);
    printf("欢迎使用本软件，再见！
");
    return 0;
}

2）测试用例设计 （结合单元测试的内容和模块功能设计测试用例）

 判断计算结果是否正确，对网上下载的miniunit.h少加修改，以头文件方式加入代码中即可测试。

mu_run_test(test(n));函数来进入计算函数

mu_assert(uanswer==ranswer,"should be %d", ranswer); 测试函数，放在test(n)函数中，正确则显示通过，错误给出原因

mu_test_results();显示本次测试的结果

主要为这三个函数，主要代码如下：

#define mu_assert(test...)                                  
    do                                                      
    {                                                       
        if (!(VA_FIRST(test)))                              
        {                                                   
            printf(BORED FAIL ENDL                          
                   "|\_[" BORED "FAIL" RST                 
                   "] at " BOWHT "./%s:%d" RST              
                   " for '" BOYEL "%s" RST "' ",            
                   __FILE__, __LINE__, VA_FIRST_STR(test)); 
            if (VA_NARG(test) == 1)                         
                printf(BORED FAIL);                         
            else                                            
                printf(BORED FAIL " " FMAG VA_REST(test));  
            printf(ENDL);                                   
            return 1;                                       
        }                                                   
    } while (0)

static int n_test; /* number of tests */
static int n_pass; /* number of tests passed */
static int n_fail; /* number of tests failed */

#define mu_run_test(test)                                 
    do                                                    
    {                                                     
        ++n_test;                                         
        printf("|- " BOWHT "%s" FBLK " ./%s:%d ... " RST, 
               #test, __FILE__, __LINE__);                
        if (!test)                                      
        {                                                 
            ++n_pass;                                     
            printf(BOGRN PASS ENDL);                      
        }                                                 
        else                                              
            ++n_fail;                                     
    } while (0)

void mu_test_results()
{
    printf("\_________________________________
");
    printf(BOGRN "%d " PASS RST " and ", n_pass);
    printf(n_fail ? BORED "%d " FAIL : BOLD FBLK "%d " FAIL, n_fail);
    printf(RST " in " BOWHT "%d" RST " TEST(S)" ENDL, n_test);
    if (n_pass == n_test)
        printf(BOGRN "==== ALL TESTS PASSED ====" ENDL);
    else
        printf(BORED "#### %d TEST(S) FAILED ####" ENDL, n_fail);
}

#endif /* MINI_UNIT_H */

 3）选择的测试框架介绍、安装过程

采用miniunit.h测试

把该文件放到与程序一个文件夹下即可，程序中用#include "miniunit.h"引用

 

4 ）测试代码

进入测试与显示测试结果

 进行测试：

 

5）测试结果与分析

 

 分析：结果显示可以正确测试

3、push测试报告和测试代码到各自的github仓库

https://github.com/jdbcsy/yunsuan

 

 

4、提交博客报告

思考题：

比较以下二个工匠的做法，你认为哪种好？结合编码和单元测试，谈谈你的认识。

　　以单元测试的想法来看，工匠二的做法更好，相当于是在编写程序时设计多个函数，对每个函数进行测试更方便找出代码的不足之处，如果只写一个函数不方便测试。不容易找出测试的切入点。

实验小结

　　这次实验让我知道了将程序分成各个模块函数的好处，方便在后期进行单元测试，从而更方便的找出程序存在的不足和需要改进的地方，这次实验时由于编写的程序没有分太多模块导致测试不好进行，进行了一定修改才好测试，在以后编写程序时应更注重编写程序的规范和层次。