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、了解单元测试的原理与框架
1.1 单元测试原理
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：
①输入的实际参数与形式参数的个数是否相同
②输入的实际参数与形式参数的属性是否匹配
③输入的实际参数与形式参数的量纲是否一致
④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；
⑤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；
⑥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；
⑦调用预定义函数时所用参数的个数、属性和次序是否正确；
⑧是否存在与当前入口点无关的参数引用；
⑨是否修改了只读型参数；
⑩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：
①文件属性是否正确；
②OPEN/CLOSE语句是否正确；
③格式说明与输入输出语句是否匹配；
④缓冲区大小与记录长度是否匹配；
⑤文件使用前是否已经打开；
⑥是否处理了文件尾；
⑦是否处理了输入/输出错误；
⑧输出信息中是否有文字性错误。
⑨局部数据结构测试；
⑩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：
①不合适或不相容的类型说明；
②变量无初值；
③变量初始化或省缺值有错；
④不正确的变量名（拼错或不正确地截断）；
⑤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：
①误解或用错了算符优先级；
②混合类型运算；
③变量初值错；
④精度不够；
⑤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
Unit测试框架包括四个要素：
(1)测试目标（对象）
一组认定被测对象或被测程序单元测试成功的预定条件或预期结果的设定。Fixture就是被测试的目标，可以是一个函数、一组对象或一个对象。 测试人员在测试前应了解被测试的对象的功能或行为。
（2）测试集
测试集是一组测试用例，这些测试用例要求有相同的测试Fixture，以保证这些测试不会出现管理上的混乱。
（3）测试执行
单个单元测试的执行可以按下面的方式进行：
①编写 setUp() 函数，目的是：建立针对被测试单元的独立测试环境；举个例子，这可能包含创建临时或代理的数据库、目录，再或者启动一个服务器进程。
②编写所有测试用例的测试体或者测试程序；
③编写tearDown()函数，目的是：无论测试成功还是失败，都将环境进行清理，以免影响后续的测试；
（4）断言
断言实际上就是验证被测程序在测试中的行为或状态的一个函数或者宏。断言的失败会引发异常，终止测试的执行。
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、实验过程记录
1、测试框架（Junit）
此次测试用例由JAVA编写，在测试框架上选择了Junit。
JUnit 是一个 Java 编程语言的单元测试框架。JUnit 在测试驱动的开发方面有很重要的发展，是起源于 JUnit 的一个统称为 xUnit 的单元测试框架之一。
JUnit 是一个开放的资源框架，用于编写和运行测试。
- 提供注释来识别测试方法。
- 提供断言来测试预期结果。
- 提供测试运行来运行测试。
- JUnit 测试允许你编写代码更快，并能提高质量。
- JUnit 优雅简洁。没那么复杂，花费时间较少。
- JUnit 测试可自动运行并且检查自身结果并提供即时反馈。所以也没有必要人工梳理测试结果报告。
- JUnit 测试可以被组织为测试套件，包含测试用例，甚至其他的测试套件。
- JUnit 在一个条中显示进度。如果运行良好则是绿色；如果运行失败，则变成红色。
2、环境配置
Eclipse中自带Junit，不需要去官网下载。
（1）右击需要测试的工程，点击Properties
（2）依次点击Java Build Path->Libraries->Add Libraries
（3）选择Junit，点击next
（4）点击Finish
（5）导入成功啦
3、待测试项目源程序
//Test2.java
1 import java.util.Random;
2 import java.util.Scanner;
3 public class Test2 {
4 private static Scanner sc;
5 public static void main(String[] args) {
6 System.out.println("输入测试题数目：");
7 sc = new Scanner(System.in);
8 int number=sc.nextInt();
9 double right = 0;
10 double wrong = 0;
11 for (int i = 0; i < number; i++) {
12 System.out.println("第"+(i+1)+"道题,请在下方输入答案：");
13 double op1=(int)(Math.random()*10);
14 double op2=(int)(Math.random()*10);
15 Random r3 = new Random();
16 int m = r3.nextInt(4);
17 char[] chs = {'+','-','*','/'};
18 String Operator = String.valueOf(chs[m]);
19 //生成题目
20 if(Operator.equals("+")){
21 System.out.println(op1+"+"+op2+"=");
22 boolean b = add(op1,op2);
23 if(b == true){
24 right++;System.out.println("right! ");
25 }
26 else{
27 wrong++;System.out.println("no ");
28 System.out.println("right answer: "+(op1+op2));
29 }
30 }
31 else if(Operator.equals("-")){
32 System.out.println(op1+"-"+op2+"=");
33 boolean b =minus(op1,op2);
34 if(b == true){
35 right++;System.out.println("right! ");
36 }
37 else{
38 wrong++;System.out.println("no ");
39 System.out.println("right answer: "+(op1-op2));
40 }
41 }
42 else if(Operator.equals("*")){
43 System.out.println(op1+"×"+op2+"=");
44 boolean b =times(op1,op2);
45 if(b == true){
46 right++;System.out.println("right! ");
47 }
48 else{
49 wrong++;System.out.println("no ");
50 System.out.println("right answer: "+(op1*op2));
51 }
52 }
53 else{
54 System.out.println(op1+"÷"+op2+"=");
55 boolean b =Div(op1,op2);
56 if(b == true){
57 right++;System.out.println("right! ");
58 }else{
59 wrong++;System.out.println("no ");
60 System.out.println("right answer: "+op1/op2);
61 }
62 }
63 }
64 System.out.println("做对了"+right+"道题.");
65 System.out.println("做错了"+wrong+"道题.");
66 System.out.println("正确率为"+(right/(wrong+right))*100+"%");
67 }
68 static boolean add(double x,double y) {
69 Scanner sc = new Scanner(System.in);
70 double num1 = sc.nextDouble();
71 double result = x + y;
72 if(num1 == result){
73 return true;
74 }else{
75 return false;
76 }
77 }
78 static boolean minus(double x,double y) {
79 Scanner sc = new Scanner(System.in);
80 double num1 = sc.nextDouble();
81 double result = x - y;
82 if(num1 == result){
83 return true;
84 }else{
85 return false;
86 }
87 }
88 static boolean times (double x,double y) {
89 Scanner sc = new Scanner(System.in);
90 double num1 = sc.nextDouble();
91 double result = x * y;
92 if(num1 == result){
93 return true;
94 }else{
95 return false;
96 }
97 }
98 static boolean Div(double x,double y) {
99 Scanner sc = new Scanner(System.in);
100 double num1 = sc.nextDouble();
101 double result =x/y;
102 if(num1 == result){
103 return true;
104 }else{
105 return false;
106 }
107 }
108 }
4、创建Test Case类
- 创建一个名为 Test2Test.java 的测试类。
- 向测试类中添加名为testadd()、testminus()、testtimes()、testDiv()的方法。
- 向方法中添加 Annotaion @Test。
- 执行测试条件并且应用 Junit 的 assertEquals API 来检查。
以testadd()为例，解释说明单元测试的编码：
测试源码：
1 //Test2Test.java
2 import static org.junit.Assert.*;
3
4 import java.util.Scanner;
5 import org.junit.After;
6 import org.junit.Before;
7 import org.junit.Test;
8
9 public class Test2Test {
10 public static Test2 Test2_Test = new Test2();
11 @Before
12 public void setUp() throws Exception {
13 }
14
15 @After
16 public void tearDown() throws Exception {
17 }
18
19 @Test
20 public void testadd() {
21 boolean ans = true;
22 boolean val;
23 double num1 = 32;
24 double x=10,y=22;
25 val = Test2_Test.add(x,y);
26 assertEquals("加法错误！",ans,val);
27 }
28 @Test
29 public void testminus() {
30 boolean ans = true;
31 boolean val;
32 double num1 = 16;
33 double x=44,y=28;
34 val = Test2_Test.minus(x,y);
35 assertEquals("减法错误！",ans,val);
36 }
37 @Test
38 public void testtimes() {
39 boolean ans = true;
40 boolean val;
41 double num1 = 72;
42 double x=12,y=6;
43 val = Test2_Test.times(x,y);
44 assertEquals("乘法错误！",ans,val);
45
46 }
47 @Test
48 public void testDiv() {
49 boolean ans = true;
50 boolean val;
51 double num1 = 11;
52 double x=33,y=3;
53 val = Test2_Test.Div(x,y);
54 assertEquals("除法错误！",ans,val);
55
56 }
57 }
5、创建Test Runner类
- 创建一个 TestRunner 类
- 运用 JUnit 的 JUnitCore 类的 runClasses 方法来运行上述测试类的测试案例
- 获取在 Result Object 中运行的测试案例的结果
- 获取 Result Object 的 getFailures() 方法中的失败结果
- 获取 Result object 的 wasSuccessful() 方法中的成功结果
测试运行器源码：
1 //TestRunner.java
2 import org.junit.runner.JUnitCore;
3 import org.junit.runner.Result;
4 import org.junit.runner.notification.Failure;
5
6 public class TestRunner {
7 public static void main(String[] args) {
8 Result result = JUnitCore.runClasses(Test2Test.class);
9 for (Failure failure : result.getFailures()) {
10 System.out.println(failure.toString());
11 }
12 System.out.println(result.wasSuccessful());
13 }
14 }
6、运行测试类
用eclipse编译Test2.java、Test2Test.java、TestRunner.java，分两种情况得到如下结果：
|
四则运算 |
正常测试用例 |
异常测试用例 |
|
加法 |
10+22=32 |
10+22=49 |
|
减法 |
44-28=16 |
44-28=6 |
|
乘法 |
12*6=12 |
12*76=33 |
|
除法 |
33/3=11 |
33/3=10 |
▲全部填写预期结果
▲部分填写预期结果
7、断言与注释的使用说明
7.1 断言
所有的断言都包含在 Assert 类中
public class Assert extends java.lang.Object
这个类提供了很多有用的断言方法来编写测试用例。只有失败的断言才会被记录。Assert 类中的一些有用的方法列式如下：
| 序号 | 方法和描述 |
|---|---|
| 1 | void assertEquals(boolean expected, boolean actual) 检查两个变量或者等式是否平衡 |
| 2 | void assertTrue(boolean expected, boolean actual) 检查条件为真 |
| 3 | void assertFalse(boolean condition) 检查条件为假 |
| 4 | void assertNotNull(Object object) 检查对象不为空 |
| 5 | void assertNull(Object object) 检查对象为空 |
| 6 | void assertSame(boolean condition) assertSame() 方法检查两个相关对象是否指向同一个对象 |
| 7 | void assertNotSame(boolean condition) assertNotSame() 方法检查两个相关对象是否不指向同一个对象 |
| 8 | void assertArrayEquals(expectedArray, resultArray) assertArrayEquals() 方法检查两个数组是否相等 |
由于被测试的对象返回值为Boolean型，在上述陈列的断言方法中选择了asserEquals断言。
7.2 注释
注释就好像你可以在你的代码中添加并且在方法或者类中应用的元标签。JUnit 中的这些注释为我们提供了测试方法的相关信息，哪些方法将会在测试方法前后应用，哪些方法将会在所有方法前后应用，哪些方法将会在执行中被忽略。
JUnit 中的注释的列表以及他们的含义：
| 序号 | 注释和描述 |
|---|---|
| 1 | @Test 这个注释说明依附在 JUnit 的 public void 方法可以作为一个测试案例。 |
| 2 | @Before 有些测试在运行前需要创造几个相似的对象。在 public void 方法加该注释是因为该方法需要在 test 方法前运行。 |
| 3 | @After 如果你将外部资源在 Before 方法中分配，那么你需要在测试运行后释放他们。在 public void 方法加该注释是因为该方法需要在 test 方法后运行。 |
| 4 | @BeforeClass 在 public void 方法加该注释是因为该方法需要在类中所有方法前运行。 |
| 5 | @AfterClass 它将会使方法在所有测试结束后执行。这个可以用来进行清理活动。 |
| 6 | @Ignore 这个注释是用来忽略有关不需要执行的测试的。 |
四、实验小结
1、由于一开始在单元测试编码上的生疏以及被测试的对象返回值为Boolean型相关资料很少，所以在实验初期效率很低，几乎没有进展。通过大量的搜索和阅读，终于在一个不知名的贴吧里找到了类似的方法。最终参考该代码成功编写出了前期四则运算项目的单元测试程序并成功运行。
2、刚开始接触单元测试觉得很难（其实就是不熟悉），后来通过浏览大量的资料，渐渐地对它了解了一些，这次实验由于测试的对象很简易，只引用到很小一部分功能。虽然如此，但是也能在一定程度上体会到单元测试在软件工程中的重要性。
3、在编写测试代码时，遇到无法继承待测试程序中方法的问题，如图所示：
后来在待测试项目程序中将要继承的方法前的“private”去掉便解决了问题。
【参考资料】
★https://wiki.jikexueyuan.com/project/junit/using-assertion.html（超详细）
★https://blog.csdn.net/u014294166/article/details/52454392
★https://blog.csdn.net/fulishafulisha/article/details/80158392
★https://blog.csdn.net/qq_26295547/article/details/83145642
★https://www.it1352.com/977354.html（测试返回值为Boolean类型的对象可参考此代码）
