单元测试实践的主要问题与解决

来源:dellfox 的博客

摘要:本文是我在“第十届中国系统与软件过程改进年会广东会场”所作演讲的整理稿,主要分享单元测试的一些要点、单元测试实践的主要问题,以及如何来解决这些问题。

一、 单元测试概述

1. 1 什么是单元测试

单元测试,就是针对代码单元的独立测试。为什么需要单元测试呢?这是代码的基本特性决定了的。代码有一个基本特性,就是对数据分类处理。

代码通常会有很多的判定。一个判定,就是一次分类。嵌套的判定,会使分类次数的翻倍。

单元测试实践的主要问题与解决

如果我们在写代码的时候,有一个分类漏掉了,就会产生一个Bug;如果一个分类,虽然写了代码,但是处理不正确,也会产生一个Bug。一个函数要没有错误,必须做到两点:1,对数据的分类必须完整;2,每一个分类的处理必须正确。做到了这两点,就可以说,代码的功能逻辑是正确的。

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那么,如何检测代码的功能逻辑是否正确呢?

调试,是临时的,且不完整的,例如,一个函数有十种输入,调试能覆盖五六种就不错了。而系统测试,并不针对某个具体的函数,不关注某个函数的功能逻辑是否正确。

要检测某个函数的功能逻辑,就必须要依照分类列出数据,检测代码是否对每一个分类都做了处理,而且每一个分类的处理是否正确。

——这就是单元测试。

1. 2 单元测试的基本方法

由上面的分析可以看出,单元测试的基本方法就是:依数据的分类列出输入,执行被测试程序,然后,判断输出是否符合预期。

单元测试实践的主要问题与解决

单元测试能达到什么样的效果呢?那就是:无论别人怎么样,我总是对的!

这里的“别人”,是指关联代码。“我”,是指当前正在编写或测试的代码。单元测试要做到的是,无论关联代码是否有错,都要保证我是对的。具体来说,我要考虑关联代码会产生什么样的数据,这些数据要如何分类处理,只要我的分类和处理是正确的,那么,无论别人怎么样,我总是对的。

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1. 3 单元测试的效益

单元测试的效益可以说是立竿见影,并且会推动整个开发过程的改进。

首先,单元测试可以保证代码的质量。因为只有单元测试,能够全面检测代码单元的功能逻辑,排除代码中大量的、细小的错误。

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其次,排错成本最小。如果在编码阶段同时进行单元测试,排错成本可以忽略不计。但若到了后期,排错成本可能会增长上百倍,要是产品已经到了用户手里,那造成的损失就更难说了。

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第三,提升开发效率。单元测试可以让程序行为一目了然,也就是程序行为可视化。什么叫程序行为呢?就是什么输入下,会执行哪些代码,会产生什么输出。如下图,黑色的代码是当前输入下所执行代码。

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如果我们写几行代码,就可以看到程序的行为,相当于写文章时上下文可见,这可以促进我们的开发思维。如果我们的思维有了偏差,也可以及时发现。如果代码中有了错误,也可以随时排除。

那么,是不是整个项目的所有代码都做了单元测试,才能得到这些效益呢?不是的。80:20规则,在软件开发过程中也存在。也就是说,80%的代码错误,可能存在于20%的代码中;80%的编码、调试成本,可能会消耗在20%的代码上。这20%,就是算法密集度高的代码,也就是功能逻辑复杂的代码。

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这些代码可能只有20%,但是却可能包含了80%的错误,消耗了80%的编码、调试时间,即使只对这部分代码进行单元测试,在提升产品的质量和开发效率方面,也会产生立竿见影的效果。

第四,自动回归。如果没有单元测试,系统测试发现了错误,当然要修改代码,而修改代码可能引入新的错误,又要进行全面的系统测试,这样就可能陷入循环,这通常也是项目延期的主要原因。

如果有了单元测试,修改代码时可以通过回归测试马上检测是否引入了新的错误。所谓回归,就是回复到原来正确的状态。

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正是回归测试,使单元测试对整个开发过程的改进都产生积极影响,使项目适应频繁变化的需求。单元测试是敏捷开发的基础和核心,反过来说,有了单元测试,开发过程会自动趋于敏捷。单元测试也降低了后期测试的压力。

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二、 单元测试实践的主要问题

单元测试有个特点:测试简单独立的代码很容易,但要在实际工作中做好单元测试却很困难。

根据我们的经验,企业在实施单元测试时,通常会面对四大问题——

不愿做:程序员没有单元测试习惯。

没时间:编写测试代码需要耗费大量的时间,项目的周期可能不允许。

做不了:代码具有较高的耦合性,使单元测试难以进行。

做不好:测试效果不能令人满意。我们通常会以覆盖率来衡量测试效果,但要实现高标准的测试覆盖很困难。

三、 解决思路和方法

如何解决上述问题呢?接下来,谈谈一些思路和方法,使用的工具是Visual Unit。Visual Unit,简称VU,是可视化的C/C++单元测试工具。

3. 1 如何解决“不愿做”和“没时间”

对于“不愿做”,我们采用的对策是可视化,这个可视化,是指程序行为可视,后面我会用案例来演示;对于“没时间”,采用的对策是自动化,通过自动生成测试代码、自动打桩等功能,让测试的时间成本最小化。这两者结合起来,就是ETDD开发模式。

那么,ETDD是什么呢?

首先来介绍一下TDD,TDD就是测试驱动开发,这个大家可能听得比较多了。ETDD就是Easy TDD,即:易行版的TDD。ETDD具有以下一些特点:

可视化,在开发过程中,程序行为可视。

自动化,除了测试数据需要人工设定外,其他基本上都自动完成。

现实化,不一定要测试所有代码,在开始阶段,可以只测试功能逻辑复杂的20%代码。

下面,我用一个案例,讲解一下ETDD的过程:

假如我要编写一个函数,它的功能是删除字符串左边的空格。

先写好函数的框架,能通过编译就行。在编写代码前,程序员必须要做的一件事情,是想清楚代码的功能。如果我们想的时候,顺手把它记录下来,就可以让代码的功能更清晰、更明确。

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我们现在来记录代码的功能。这里的记录,不是文字形式的宠统说明,而是数据形式的精确定义,也就是用输入和输出的方式来记录。

首先,记录最基本的功能,也就是最基本、最常见的输入和输出。输入一个左边有空格的字符串,输出是删除左边空格后的字符串,返回值跟参数的输出是一样的。

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然后,记录详细的功能。例如,左边没有空格的,全是空格的,还有空字符串。

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把每种输入的正确输出也记录一下。完成了这个工作后,代码的功能就完全定义下来了。

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现在,我们开始编写代码。我的编码思路是这样的:分为两步,第一步计算左边的空格数量;第二步,将非空格的字符向左移动,覆盖掉左边的空格。

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以下几行代码,计算左边的空格,现在编译一下。CTRL+F7。如果编译通过,测试就会自动运行。

单元测试实践的主要问题与解决

我们可以看到,输入是什么,执行了哪些代码,产生了什么输出。这里,黑色的是当前输入下所执行的代码,未执行的话会显示为红色。这里全是黑色,表示当前输入下执行了全部代码。如果我们想看一下计算左边空格的结果对不对,这是内部的数据,要指定位置后才会打印出来。按ESC键回到开发环境。

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用这种语法可以输出内部数据,适合于程序员开发过程中使用。复杂类型也可以用同样的语法输出。

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另一种输出内部数据的语法是,在左边的代码窗口,在要输出的位置点击一下,右键菜单选择“输出内部数据”,这样填一下就行了。这种方式不会修改产品代码,适合于测试员使用。

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再次执行后,可以看到,左边的空格的数量是4,这是对的,那我们可以继续编写。

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