【可测试性实践】C++ 单元测试&代码覆盖率统计入门

引言

最近在调研C++工程怎么做单元测试和代码覆盖率统计，由于我们工程有使用Boost库，尝试使用Boost.Test来实现单元测试并通过Gcov和Lcov来生成代码覆盖率报告。本文记录完整的搭建测试Demo，希望能带来一定参考。

常用C++单测框架对比

详细说明

1. Google Test (gtest):
   • 优点: 强大的社区支持，丰富的文档，高性能，支持多线程测试。
   • 缺点: Mock功能需要额外的库（如Google Mock）。
2. Catch2:
   • 优点: 代码简洁，测试代码可读性强，单头文件，集成方便。
   • 缺点: Mock功能需要额外的库。
3. Boost.Test:
   • 优点: 功能强大，丰富的断言和测试功能，兼容Boost库。
   • 缺点: 学习曲线较陡，文档虽然丰富但略显复杂。
4. CppUnit:
   • 优点: 基础功能稳定，适合老项目。
   • 缺点: 社区支持较少，文档不丰富，集成和扩展性较差。

使用Boost.Test框架实现单元测试

假设你工程使用是Boost库，可以通过Boost.Test来实现单元测试。

步骤一：安装 Boost 库

如果你还没有安装 Boost 库，可以按照以下步骤进行安装：

在 Linux 上（例如 Ubuntu）

sudo apt-get update
sudo apt-get install libboost-all-dev

在 Windows 上

你可以从 Boost 官方网站下载并安装 Boost 库。

在 Mac 上

可以通过 Homebrew 安装 Boost库：

brew install boost

步骤二：创建项目结构

示例工程结构：

/boost.test
    /src
        add.cpp
        add.h
        main.cpp
    /test
        test_add.cpp
    CMakeLists.txt

步骤三：编写 CMakeLists.txt

在项目根目录下创建或编辑 CMakeLists.txt 文件：

cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
project(boost.test)

# 设置 C++ 标准
set(CMAKE_CXX_STANDARD 11)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED True)

# 查找 Boost 库
find_package(Boost REQUIRED COMPONENTS unit_test_framework)

if(Boost_FOUND)
    include_directories(${Boost_INCLUDE_DIRS})
    link_directories(${Boost_LIBRARY_DIRS})
else()
    message(FATAL_ERROR "Could not find Boost")
endif()

# 添加编译选项以支持代码覆盖率
if(CMAKE_COMPILER_IS_GNUCXX OR CMAKE_CXX_COMPILER_ID)
    set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -fprofile-arcs -ftest-coverage")
    set(CMAKE_EXE_LINKER_FLAGS "${CMAKE_EXE_LINKER_FLAGS} -fprofile-arcs -ftest-coverage")
    set(CMAKE_EXE_LINKER_FLAGS_DEBUG "${CMAKE_EXE_LINKER_FLAGS_DEBUG} -fprofile-arcs -ftest-coverage -lgcov")
    message(STATUS "CMAKE_CXX_FLAGS: ${CMAKE_CXX_FLAGS}")
    message(STATUS "CMAKE_EXE_LINKER_FLAGS: ${CMAKE_EXE_LINKER_FLAGS}")
endif()

# 包含 src 目录，以便找到 add.h
include_directories(${CMAKE_SOURCE_DIR}/src)

# 添加源文件
add_executable(boost.test src/main.cpp src/add.cpp)

# 添加测试可执行文件
add_executable(test_main test/test_add.cpp src/add.cpp)
target_link_libraries(test_main Boost::unit_test_framework)

步骤四：编写源文件

在 src/add.h中添加以下代码：

#ifndef ADD_H
#define ADD_H

int add(int a, int b);

#endif // ADD_H

在src/add.cpp中添加以下代码：

#include "add.h"

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

在 src/main.cpp 中添加以下代码：

#include <iostream>

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {
    std::cout << "2 + 3 = " << add(2, 3) << std::endl;
    return 0;
}

步骤五：编写测试文件

在 test/test_add.cpp 中添加以下代码：

#define BOOST_TEST_MODULE test_main
#include <boost/test/included/unit_test.hpp>
#include "add.h"

BOOST_AUTO_TEST_CASE(test_add) {
    BOOST_CHECK(add(2, 3) == 5);
    BOOST_CHECK(add(0, 0) == 0);
    BOOST_CHECK(add(-1, -1) == -2);
}

步骤六：构建和运行测试

在项目根目录下打开终端或命令提示符，并执行以下命令：

# 创建构建目录
mkdir build
cd build

# 生成构建文件并编译项目
cmake ..
make

# 运行测试
./test_main

你应该会看到类似于以下的输出，表示测试通过：

Running 1 test case...
*** No errors detected

详细说明

• CMakeLists.txt:
  • find_package(Boost REQUIRED COMPONENTS unit_test_framework) 用来查找 Boost 库。
  • add_executable(test_main test/test_main.cpp src/add.cpp) 用来添加测试可执行文件。
  • target_link_libraries(test_main Boost::unit_test_framework) 用来链接 Boost.Test 库。
  • 添加 -fprofile-arcs</font> 和 -ftest-coverage</font> 编译选项，以启用代码覆盖率信息的生成。
• 测试代码:
  • #define BOOST_TEST_MODULE MyTest 定义测试模块名称。
  • #include <boost/test/included/unit_test.hpp> 包含 Boost.Test 的头文件。
  • BOOST_AUTO_TEST_CASE(test_add) 定义一个测试用例。

使用gcov + lcov统计代码覆盖率

准备工作

确保已经安装以下工具：

• CMake：用于构建项目。
• GCC：支持代码覆盖率生成（其他编译器如 Clang 也可以，但这里以 GCC 为例）。
• gcov：GCC 自带的代码覆盖率工具。
• lcov：用于生成 HTML 格式的覆盖率报告。
• genhtml：用于将 lcov 生成的覆盖率数据转换为 HTML 文件。

GCOV 代码覆盖率统计流程

由于gcov生成的代码覆盖率统计文件可视化较低，所以需要借助lcov，genhtml工具直接生成html报告。

生成覆盖率报告

# 生成初始的覆盖率信息
lcov --capture --directory . --output-file coverage.info

# 过滤掉不需要的文件（如系统库和测试框架）
lcov --remove coverage.info '/usr/*' --output-file coverage.info
lcov --remove coverage.info '*/test/*' --output-file coverage.info

# 生成 HTML 报告
genhtml coverage.info --output-directory out

查看覆盖率报告

代码覆盖率总览

add.cpp代码覆盖率统计

main.cpp代码覆盖率统计

遇到问题

笔者的开发环境主要是Mac+VSCode，但Lcov对Mac系统并不太友好，前面的demo工程虽然编译通过了，但生成代码覆盖率报告就报错，猜测Mac的符号表机制跟Linux不太一样，最后还是在私有构建机的Linux环境跑通了。

附录

• https://github.com/google/googletest
• https://github.com/catchorg/Catch2
• https://www.boost.org/doc/libs/1_86_0/libs/test/doc/html/index.html
• https://cppunit.github.io/cppunit/
• https://github.com/linux-test-project/lcov
• https://blog.csdn.net/qq_32534441/article/details/90645316