软件单元测试

本书对软件单元测试进行了详细介绍。第1 章与第2 章介绍软件单元测试的概念和基础知识；第3 章到第5 章介绍C 语言、Java 语言和Python 语言的单元测试框架和技巧；第6 章与第7 章介绍代码覆盖率工具和代码语法规范检查工具；第8 章通过两个案例详细介绍TDD。读者可以根据自己的需求对以上内容进行选择性阅读或者全部阅读。另外，为了巩固大家的学习效果，每一章结尾都有相应的习题。 本书适合软件开发工程师、测试工程师、项目经理和大学计算机专业本科高年级学生与研究生阅读。

基础知识+单元测试框架+实践案例，内容全面、系统，实操性强

适合所有语言的测试人员和开发人员

前 言

软件测试阶段包括单元测试、集成测试、系统测试和验收测试。在单元测试阶段中一旦发现缺陷，很容易修改；而在系统测试或者验收测试阶段发现缺陷，就需要测试人员通过缺陷管理工具报告给开发人员，为了让开发人员能够快速、准确地定位缺陷，测试人员需要在缺陷报告中准确书写发现问题的版本、产生错误的步骤和缺陷的内容（有时候需要附上截图或日志信息）。开发人员通过缺陷报告找到问题所在的代码行进行修复，重新编译后再给测试人员进行复测。如果测试通过，则关闭缺陷修复流程，否则描述问题，重新让开发人员修改。这个过程是非常耗时、耗力的，可见单元测试在软件研发中是非常有效的。但是单元测试也不是万能的，针对业务逻辑的缺陷，在单元测试阶段是很难被发现的，只有在系统测试或验收测试阶段才可以进行验证。

在我刚毕业的年代，单元测试往往是运行程序中的主函数（比如C语言中的main()函数），通过打印语句或者监控变量的值用半手工的方式进行验证，但是这种方式用完就被丢弃了，不能很好地被保留下来。随着XUnit框架及代码扫描工具的出现，单元测试变得越来越容易，单元测试代码也可以被重复使用。随着敏捷和DevOps的出现，迭代变得越来越频繁，单元测试代码、代码扫描工具的复用也变得越来越频繁，特别是随着TDD（Test Driver Developed，测试驱动开发）的提出，单元测试越来越被人们所重视。

针对一段产品代码，需要匹配的单元测试代码可能是代码本身的数倍或者数十倍，这也是很多人知道单元测试的重要性，但是因为时间紧迫，把单元测试阶段忽略的原因。我的建议是，可以把产品分为以下五类。

1. To C的互联网产品。

2. To B的互联网产品。

3. 传统的非嵌入式软件产品，如ERP、财务、CRM、管理等软件产品。

4. 传统的嵌入式软件产品。

5. 安全级别的软件产品，如部分金融、医疗、航空、航天软件产品。

针对第1、2类和部分第3类产品可以减少单元测试的数量，采用纺锤形测试模型或者蜂巢形测试模型，增加接口测试的数量。

针对第3、4类产品采用金字塔测试模型，测试覆盖率尽可能满足分支覆盖、条件/分支覆盖和路径覆盖，而对于嵌入式产品还需要考虑控制流覆盖。

针对第5类产品采用金字塔测试模型，测试覆盖率尽可能满足分支覆盖、条件/分支覆盖、路径覆盖，而对于关键模块必须考虑MC/DC。

本书第1章与第2章介绍软件单元测试的概念和基础知识。

??第1章简单介绍软件单元测试所包含的概念，包括桩对象和测试驱动函数、测试驱动开发、软件测试贯彻始终、软件测试金字塔、单元测试在传统/敏捷开发模式中的地位、精准测试、单元测试和白盒测试，以及单元测试的FIRST原则和AIR原则。

??第2章介绍软件单元测试基础知识，包括动态自动化/手工单元测试、静态自动化/手工单元测试。在动态自动化单元测试中介绍了语句覆盖、分支覆盖、条件覆盖、条件/分支覆盖、MC/DC、路径覆盖和控制流覆盖。

第3章到第5章介绍C语言、Java语言和Python语言的单元测试框架。

??第3章介绍C语言动态自动化单元测试框架，包括在Windows下安装C语言运行环境、在Windows和Linux下安装编译CUnit、查看测试报告、CUnit介绍和案例。

??第4章介绍Java语言动态自动化单元测试框架，包括在Eclipse中创建Maven项目和配置JUnit与TestNG运行环境、JUnit 4测试框架、JUnit 5测试框架、TestNG测试框架、测试替身、变异测试、利用EvoSuite自动生成测试用例，以及在Jenkins中配置JUnit 4、JUnit 5、TestNG和Allure。

??第5章介绍Python语言动态自动化单元测试框架，包括unittest、Pytest及Python的模拟对象和变异测试工具mutpy。

第6章与第7章介绍代码覆盖率工具和代码语法规范检查工具。

??第6章介绍代码覆盖率工具，包括C语言覆盖率工具gcov和lcov、Java语言覆盖率工具JaCoCo，以及Python语言覆盖率工具Coverage和pytest-cov。

??第7章介绍代码语法规范检查工具，包括Java语言静态分析工具PMD、Python语言静态分析工具flake8和pylint，以及多代码语法规范检查平台SonarQube。

第8章通过两个案例详细介绍TDD。

读者可以根据自己的需求对以上内容进行选择性阅读或者全部阅读。另外，为了巩固大家的学习效果，每一章结尾都有相应的习题。

作 者

第1章 软件单元测试简介 1

1.1 桩对象和测试驱动函数 1

1.2 测试驱动开发 2

1.3 软件测试应该贯彻始终 2

1.4 软件测试金字塔 3

1.5 单元测试在传统开发模式中的地位 4

1.6 单元测试在敏捷开发模式中的地位 5

1.7 精准测试 5

1.8 单元测试和白盒测试 6

1.9 单元测试的FIRST原则和AIR原则 7

1.10 习题 7

第2章 软件单元测试基础知识 8

2.1 动态自动化单元测试 8

2.1.1 被测程序 8

2.1.2 语句覆盖 8

2.1.3 分支覆盖 11

2.1.4 条件覆盖 13

2.1.5 条件/分支覆盖 15

2.1.6 MC/DC 15

2.1.7 路径覆盖 17

2.1.8 几种覆盖率的强弱关系 18

2.1.9 控制流覆盖 18

2.2 静态自动化单元测试：代码扫描 19

2.3 手工单元测试：代码调试 20

2.4 手工单元测试：代码评审 20

2.5 单元测试中的问题 20

2.5.1 功能层面的问题 21

2.5.2 性能层面的问题 22

2.5.3 安全层面的问题 22

2.6 习题 23

第3章 C语言动态自动化单元测试框架 24

3.1 在Windows下安装C语言运行环境 24

3.1.1 安装配置MinGW 24

3.1.2 安装配置MSYS2 25

3.1.3 安装配置IDE 25

3.2 安装编译CUnit 31

3.2.1 在Windows下安装CUnit 31

3.2.2 在Linux下安装CUnit 31

3.2.3 创建被测文件和测试文件 32

3.2.4 在Windows下运行测试文件 34

3.2.5 在Linux下运行测试文件 34

3.2.6 运行结果 35

3.3 查看测试报告 35

3.4 CUnit介绍 36

3.4.1 CUnit的四种运行模式 36

3.4.2 CUnit头文件 38

3.4.3 CUnit支持的断言 39

3.4.4 CUnit架构 40

3.4.5 CUnit的基本测试步骤 40

3.5 案例 41

3.5.1 指针操作 41

3.5.2 返回结构体 43

3.5.3 文件的读写操作 44

3.6 习题 46

第4章 Java语言动态自动化单元测试框架 47

4.1 在Eclipse中创建Maven项目 47

4.2 在Eclipse中配置JUnit和TestNG运行环境 50

4.2.1 配置JUnit运行环境 50

4.2.2 配置TestNG运行环境 53

4.3 JUnit 4 55

4.3.1 JUnit 4的测试代码 55

4.3.2 与JUnit 4相关的API 58

4.3.3 JUnit 4的装饰器 58

4.3.4 JUnit 4的断言 59

4.3.5 超时测试 59

4.3.6 JUnit 4参数化测试 60

4.3.7 测试异常 61

4.3.8 批量运行 63

4.3.9 利用Ant运行 63

4.3.10 利用Maven运行 67

4.3.11 配合Allure生成漂亮的JUnit 4测试报告 70

4.4 JUnit 5 82

4.4.1 JUnit 5的测试代码 82

4.4.2 与JUnit 5相关的API 83

4.4.3 JUnit 5的装饰器 84

4.4.4 JUnit 5的断言 86

4.4.5 JUnit 5的依赖注入 88

4.4.6 传递自定义参数 90

4.4.7 JUnit 5参数化测试 91

4.4.8 内嵌测试类 94

4.4.9 重复测试 96

4.4.10 动态测试 97

4.4.11 分组断言assertAll 98

4.4.12 批量测试 98

4.4.13 利用Maven运行 99

4.4.14 配合Allure生成漂亮的JUnit 5测试报告 101

4.5 TestNG 105

4.6 测试替身 127

4.7 利用EvoSuite自动生成测试用例 155

4.7.1 在Eclipse中运行 155

4.7.2 在命令行中运行 156

4.8 变异测试 157

4.9 在Jenkins中配置JUnit 4、JUnit 5、TestNG和Allure 164

4.10 习题 174

第5章 Python语言动态自动化单元测试框架 176

5.1 unittest 176

5.2 Pytest 182

5.3 Python的模拟对象 197

5.4 变异测试工具mutpy 199

5.5 习题 201

第6章 代码覆盖率工具 202

6.1 C语言覆盖率工具gcov和lcov 202

6.2 Java语言覆盖率工具JaCoCo 207

6.3 Python语言覆盖率工具Coverage和pytest-cov 213

6.4 习题 217

第7章 代码语法规范检查工具 218

7.1 Java语言静态分析工具PMD 218

7.2 Python语言静态分析工具flake8和pylint 225

7.3 多代码语法规范检查平台SonarQube 229

7.4 习题 258

第8章 TDD案例 259

8.1 斐波那契数列 259

8.1.1 初始化 259

8.1.2 第一次需求变更 261

8.1.3 第二次需求变更 263

8.1.4 第三次需求变更 266

8.1.5 第四次需求变更 268

8.2 完善计算器产品代码 271

8.3 利用Jenkins分析TDD代码 292

8.4 习题 297

附录A 在写作过程中发现开源软件中的Bug 298

参考文献 301