前言

测试是软件开发过程中一个必须的环节，测试确保软件的质量符合预期。

对于工程师自己来说，单元测试也是提升自信心的一种方式。

直接交付没有经过测试的代码是不太好的，因为这很可能会浪费整个团队的时间，在一些原本早期就可以发现的问题上。而单元测试，就是发现问题一个很重要的环节。

本文以C 语言为基础，讲解如何进行单元测试并生成测试报告。

在工具上，我们会使用下面这些：

• GCC
• CMake
• Google Test
• gcov
• lcov

演示项目

为了方便本文的讲解，我专门编写了一个演示项目作为代码示例。

演示项目的源码可以在我的Github上获取：paulQuei/gtest-and-coverage^[1]。

你可以通过下面几条命令下载和运行这个项目：

git clone https://github.com/paulQuei/gtest-and-coverage.git
cd gtest-and-coverage
./make_all.sh


要运行这个项目，你的机器上必须先安装好前面提到的工具。如果没有，请阅读下文以了解如何安装它们。

如果你使用的是Mac系统，下文假设你的系统上已经安装了brew^[2]包管理器。如果没有，请通过下面这条命令安装它：

/usr/bin/ruby -e "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/master/install)"


项目结构

演示项目的目录结构如下：

.
├── CMakeLists.txt
├── googletest-release-1.8.1.zip
├── include
│   └── utility.h
├── make_all.sh
├── src
│   └── utility.cpp
└── test
    └── unit_test.cpp
这里演示的内容是：以测试一个我们要提供的软件库为例，讲解如何对其进行单元测试并生成测试报告。

为了简单起见，这个软件库只有一个头文件和一个实现文件。

当然，在实际上的项目中，一个软件库会通常包含更多的文件，不过这并不影响我们要说明的问题。

演示项目中的文件说明如下：

文件名称	说明
make_all.sh	入口文件，会执行：编译，测试和生成报告等所有工作
CMakeLists.txt	项目的编译文件
googletest-release-1.8.1.zip	google test源码压缩包
utility.h	待测试的软件库的头文件
utility.cpp	待测试的软件库的实现文件
unit_test.cpp	对软件库进行单元测试的代码

测试环境

演示项目在如下的环境中测试过。

• MacBook Pro
• 操作系统：macOS Mojave 10.14.1
• 编译器：Apple LLVM version 10.0.0 （clang-1000.11.45.2）
• CMake：cmake version 3.12.1
• Google Test: 1.8.1
• lcov: lcov version 1.13
• Ubuntu
• 操作系统：Ubuntu 16.04.5 LTS
• 编译器：gcc （Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.10） 5.4.0 20160609
• CMake：cmake version 3.5.1
• Google Test：1.8.1
• lcov：lcov version 1.12

关于CMake

为了简化编译的过程，这里使用CMake作为编译工具。关于CMake的更多内容请参见请官网：https://cmake.org^[3]。

关于如何安装CMake请参见这里：Installing CMake^[4]。

另外，你也可以通过一条简单的命令来安装CMake：

• Mac系统：

brew install cmake


• Ubuntu系统

sudo apt install cmake
由于篇幅所限，这里不打算对CMake做过多讲解，读者可以访问其官网或者在网络上搜寻其使用方法。

这里仅仅对演示项目中用到的内容做一下说明。演示项目中的CMakeLists.txt内容如下：

cmake_minimum_required(VERSION 2.8.11) ①
project(utility) ②

set(CMAKE_CXX_STANDARD 11) ③

set(GTEST googletest-release-1.8.1) ④
include_directories("./include" "${GTEST}/googletest/include/")
link_directories("build/gtest/googlemock/gtest/")

SET(CMAKE_CXX_FLAGS  "${CMAKE_CXX_FLAGS} --coverage") ⑤

add_library(${CMAKE_PROJECT_NAME}_lib src/utility.cpp) ⑥

add_executable(unit_test test/unit_test.cpp) ⑦
target_link_libraries(unit_test ${CMAKE_PROJECT_NAME}_lib gtest gtest_main pthread) ⑧
以编号为序，这段代码说明如下：

1. 设置使用的CMake最低版本号为2.8.11。
2. 指定项目的名称为”utility”，项目名称可以通过${CMAKE_PROJECT_NAME}进行引用。
3. 指定使用C 11。
4. 这里的三行是编译google test，并将其头文件路径和编译结果的库文件路径添加到环境中。因为后面在编译单元测试代码的时候需要用到。
5. 添加--coverage到编译器flag中，这个参数是很重要的，因为这是生成代码覆盖率所必须的。关于该编译参数的说明见这里：Program Instrumentation Options^[5]。
6. 编译我们的软件库，这里将生成libutility_lib.a库文件。
7. 编译单元测试的可执行文件。
8. 单元测试的可执行文件需要链接我们开发的软件库以及google test的库。另外，google test依赖了pthread，所以这个库也需要。

关于测试

软件测试有很多种分类方式。从测试的级别来说，可以大致分为：

• 单元测试
• 集成测试
• 系统测试

这其中，单元测试是最局部和具体的。它通常需要对代码中的每一个类和函数进行测试。

单元测试通常由开发者完成，需要针对代码逻辑进行测试。所以它是一种白盒测试^[6]。

关于xUnit

xUnit是几种单元测试框架的总称。最早源于Smalltalk的单元测试框架SUnit，它是由Kent Beck^[7]开发的。

除此之外，还有针对Java语言的JUnit，针对R语言的RUnit。

在本文中，我们使用Google开发的xUnit框架：Google Test。

Google Test介绍

Google Test的项目主页在Github上：Github: Google Test^[8]。

实际上，这个项目中同时包含了GoogleTest和GoogleMock两个工具，本文中我们只会讲解第一个。

Google Test支持的操作系统包含下面这些：

• Linux
• Mac OS X
• Windows
• Cygwin
• MinGW
• Windows Mobile
• Symbian

目前有很多的项目都使用了Google Test，例如下面这些：

• Chromium projects^[9]
• LLVM^[10]
• Protocol Buffers^[11]
• OpenCV^[12]
• tiny-dnn^[13]

编译Google Test

关于如何编译Google Test请参见这里：Generic Build Instructions^[14]。

为了便于读者使用，我们在演示项目中包含了Google Test 1.8.1的源码压缩包。并且在CMake文件中，同时包含了Google Test的编译和使用配置工作。

如果使用演示项目，读者将不需要手动处理Google Test的编译和安装工作。

使用Google Test

演示项目代码说明

为了便于下文说明，演示项目中包含了几个简单的函数。

可以从这里下载源码以便查看其中的内容：paulQuei/gtest-and-coverage^[15]。

演示项目中的软件库包含一个头文件和一个实现文件。头文件内容如下：

// utility.h

#ifndef INCLUDE_UTILITY_
#define INCLUDE_UTILITY_

enum CalcType {
    ADD,
    MINUS,
    MULTIPLE,
    DIVIDE
};

class Utility {
public:
    int ArithmeticCalculation(CalcType op, int a, int b);

    double ArithmeticCalculation(CalcType op, double a, double b);

    bool IsLeapYear(int year);
};

#endif
这个头文件说明如下：

• 头文件包含了三个函数，前两个用来做int和double类型的四则运算。最后一个判断输入的年份是否是闰年。

• 当然，在实际的工程中，前两个函数合并实现为一个泛型函数更为合适。但这里之所以分成两个，是为了查看代码覆盖率所用。

• 关于
  闰年
  说明如下：

• 能被4整除但不能被100整除的年份为普通闰年。
• 能被100整除，也同时能被400整除的为世纪闰年。
• 其他都不是闰年。
• 例如：1997年不是闰年，2000年是闰年，2016年是闰年，2100不是闰年。

这三个函数的实现也不复杂：

// utility.cpp

#include "utility.h"

#include 
#include 

using namespace std;

int Utility::ArithmeticCalculation(CalcType op, int a, int b) {
    if (op == ADD) {
        return a   b;
    } else if (op == MINUS) {
        return a - b;
    } else if (op == MULTIPLE) {
        return a * b;
    } else {
        if (b == 0) {
            cout << "CANNO Divided by 0" << endl;
            return std::numeric_limits::max();
        }
        return a / b;
    }
}

double Utility::ArithmeticCalculation(CalcType op, double a, double b) {
    if (op == ADD) {
        return a   b;
    } else if (op == MINUS) {
        return a - b;
    } else if (op == MULTIPLE) {
        return a * b;
    } else {
        if (b == 0) {
            cout << "CANNO Divided by 0" << endl;
            return std::numeric_limits::max();
        }
        return a / b;
    }
}

bool Utility::IsLeapYear(int year) {
    if (year % 100 == 0