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

1.1单元测试的原理

  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

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

三、实验过程

由于此次我们组用的是C语言进行代码编程，所以采用MiniUnit进行单元测试

1、源码

clude<stdlib.h>
#include<time.h>
int add(int a,int b) //和运算
{
 if (a + b <= 100) //和不能超过100
  return a + b; //a,b 满足条件返回计算值
 else
  return -1; //a,b 不满足条件返回-1
}
int sub(int a,int b) //差运算
{
 if (a - b >= 0) //差不为负
  return a - b;
 else
  return -1;
}
int mul(int a,int b) //积运算
{
 if (a * b <= 100) //积不能超过100
  return a * b;
 else
  return -1;
}
int divi(int a,int b) //商运算
{
 if (b != 0 && (double)a / b - a / b == 0) //商不为小数或分数
  return a / b;
 else
  return -1;
}
void main() //主函数
{
 int a, b, c, d = 0;
 int m = 1, n, p;
 printf("请输入出题个数:");
 scanf("%d", &n);
 srand((unsigned)time(NULL));
 while (m <= n)
 {
  a = rand() % 100; //100以内随机数 a
  b = rand() % 100; //100以内随机数 b
  p = rand() % 4; //算法选择随机数 p
  switch (p) //算法选择
  {
  case 0: //和运算判断
   if (add(a, b)>=0) //随机数a,b满足条件
   {
    printf("%d＋%d＝", a, b); //打印运算式
    scanf("%d", &c); //输入答案
    if (c == add(a, b)) //判断对错
    {
     printf("计算正确 ");
     d++; //记录做对的题数
    }
    else
     printf("计算错误，答案为：%d。 ", add(a, b)); //做错时返回正确答案
   }
   else
    m--; //随机数a,b不满足条件则不计入循环，与 switch 外 m++ 抵消
   break;
  case 1: //差运算判断
   if (sub(a, b) >= 0)
   {
    printf("%d－%d＝", a, b);
    scanf("%d", &c);
    if (c == sub(a, b))
    {
     printf("计算正确 ");
     d++;
    }
    else
     printf("计算错误，答案为：%d。 ", sub(a, b));
   }
   else
    m--;
   break;
  case 2: //积运算判断
   if (mul(a, b) >= 0)
   {
    printf("%d×%d＝", a, b);
    scanf("%d", &c);
    if (c == mul(a, b))
    {
     printf("计算正确 ");
     d++;
    }
    else
     printf("计算错误，答案为：%d。 ", mul(a, b));
   }
   else
    m--;
   break;
  case 3: //商运算判断
   if (divi(a, b) >= 0)
   {
    printf("%d÷%d＝", a, b);
    scanf("%d", &c);
    if (c == divi(a, b))
    {
     printf("计算正确 ");
     d++;
    }
    else
     printf("计算错误，答案为：%d。 ", divi(a, b));
   }
   else
    m--;
   break;
  }
  m++; //循环计数
 }
 printf(" ");
 printf("运算结束，你做对了%d题，做错了%d题，得分为：%d分。 ", d, n - d, d); //统计运算结果
}

2、测试用例设计

对项目代码进行分析，需要测试代码中四个运算函数，以代码中的“和运算”函数为例：

函数功能实现对随机数 a ，b 是否符合运算规则进行判断，符合运算规则则返回运算结果，不符合则返回 -1 。其他的差运算，积运算，商运算函数的功能基本相同。

如此设计测试用例，对每个函数测试四组数据，四组数据中其中两组数据测试随机数符合规则函数返回运算结果的情况，另外两组数据测试随机数不符合运算规则函数返回值为 -1 的情况。具体设计测试用例表如下：

3、关于MiniUnit的介绍

      单元测试模板在面向对象的编程语言中相当流行。像JUnit,SUnit和CppUnit等模板提供相当多的功能。可是，如此多的功能会使做单元测试的开发者（例如使用C语言开发嵌入式系统的开发者）进入拘泥的环境。单元测试的重点是测试而不是测试模板。MiniUnit是一个极端简单的C语言单元测试模板。他没有内存分配，因此可以使用在包括ROMable代码在内的几乎任意环境中良好工作。

     一个MinUnit测试实例是一个通过测试则返回0（NULL）的函数。如果测试失败，这个函数应该返回一个测试失败的描述字符串。mu_assert 是一个当表达式失败时返回字符串的宏。而宏mu_runtest重复调用测试实例直到测试实例失败。

 其基本代码只有三行，如下：

/* 文件: minunit.h */

 #define mu_assert(message, test) do { if (!(test)) return message; } while (0)

 #define mu_run_test(test) do { char *message = test(); tests_run++; 

                                if (message) return message; } while (0)

 extern int tests_run;

MiniUnit 的特点：

• 简单: 断言，测试，显示结果，没有额外的代码。
• 灵活: 灵活的断言，可选的消息，支持可变参数。
• 清晰: 显示错误位置（文件名和行号），支持彩色文本。
• 小巧: 仅有一个头文件，大约 120 行代码。

功能

(1) 使用断言

一个测试可以包含若干个断言，其中任何一个断言失败，则该测试失败。

• mu_assert(expr)
  • 当表达式 expr 为假时断言失败，并报告错误。
  • 如：mu_assert(a == 3);
• mu_assert(expr, message)
  • 带有说明消息的断言，断言失败时打印该消息。
  • 如：mu_assert(b == 5, "b is 5");
• mu_assert(expr, message, args...)
  • 带有说明消息的断言，可变参数 args 为消息中的参数（至多 16 个），格式化方法与 printf 相同。
  • 如：mu_assert(a+b == 7, "the sum is %d", a+b);

(2) 编写测试

每个测试都是一个不带参数的函数，返回类型为 int。当测试函数返回 0 时，表示该测试顺利通过，返回其他结果，表示该测试未通过。

int test_something()
{
  mu_assert(1 + 1 == 2);
  return 0;  // 0 表示测试通过
}

(3) 运行测试

• mu_run_test(test)
  • 运行测试函数 int test()
  • 同时统计成功和失败的测试数

(4) 查看结果

• mu_test_results()
  • 显示测试结果，包括成功和失败的测试数量

(5) 文本颜色

如果控制台不支持 ANSI escape code，则在 #include "miniunit.h" 之前定义宏#define MU_NOCOLOR（Windows 下为默认选项）。

#define MU_NOCOLOR
#include "miniunit.h"

4.在源文件夹中添加被测试代码文件，代码中引入头文件 UnitTest.h 并包含四个测试函数，命名为  szys.cpp ，如图所示：

5、测试结果与分析

四、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。

答:我认为工匠一做的更好，工匠一适用于时间充裕需要对场景有高需求的情况，工匠一在现实情况中适用于科研，开发等场地的建造。

五.实验小结

  通过这次单元测试的实验，我发现难度超出了前几次的实验，不仅是对前面知识能力的巩固，更是对新的开发软件的掌握。