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： 

    -输入的实际参数与形式参数的个数是否相同 

    -输入的实际参数与形式参数的属性是否匹配 

    -输入的实际参数与形式参数的量纲是否一致 

    -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； 

    -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； 

    -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； 

    -调用预定义函数时所用参数的个数、属性和次序是否正确； 

    -是否存在与当前入口点无关的参数引用； 

    -是否修改了只读型参数； 

    -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： 

-文件属性是否正确； 

-OPEN/CLOSE语句是否正确； 

-格式说明与输入输出语句是否匹配； 

-缓冲区大小与记录长度是否匹配； 

-文件使用前是否已经打开； 

-是否处理了文件尾； 

-是否处理了输入/输出错误； 

-输出信息中是否有文字性错误。 

-局部数据结构测试； 

-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： 

-不合适或不相容的类型说明； 

-变量无初值； 

-变量初始化或省缺值有错； 

-不正确的变量名（拼错或不正确地截断）； 

-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： 

-误解或用错了算符优先级； 

-混合类型运算； 

-变量初值错； 

-精度不够； 

-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：

第一步 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。

第二步 编写所有测试用例的测试体或者测试程序；

第三步 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

2、结对编程的小组采用测试框架 对自己“结对编程”实验的程序模块（类）进行单元测试，提交单元测试报告：

       测试报告包括以下内容：

       1）源码

        2）测试用例设计 （结合单元测试的内容和模块功能设计测试用例）

       3）选择的测试框架介绍、安装过程

       4 ）测试代码

       5）测试结果与分析

三、实验过程记录

1、源码

import random
# 四则运算
def szys():

    ysf = ['＋', '－', '×', '÷']

    f = random.randint(0, 3)   #产生0-3的随机整数，随机产生加减乘除运算

    n1 = random.randint(1, 100)

    n2 = random.randint(1, 100)

    result = 0

    if f == 0:  # 加法

        while n1 + n2 >=100: #控制和不超过100
          n1 = random.randint(1, 100)

          n2 = random.randint(1, 100)

        result = int(n1 + n2)

    elif f == 1:  # 减法，要先比较大小，防止输出负数

        n1, n2 = max(n1, n2), min(n1, n2)

        result =int( n1 - n2)

    elif f == 2:  # 乘法

        while n1 * n2 >=100:  #控制积不超过100
            n1 = random.randint(1, 100)

            n2 = random.randint(1, 100)

        result = int(n1 * n2)

    elif f == 3:  # 除法，要比较大小，并循环取整除

        n1, n2 = max(n1, n2), min(n1, n2)

        while n1 % n2 != 0:
            n1 = random.randint(1, 100)

            n2 = random.randint(1, 100)

            n1, n2 = max(n1, n2), min(n1, n2)

        result = int(n1 / n2)

    print(n1, ysf[f], n2, '= ', end='')

    return result

print('下面将会依次出现10个运算式（每个运算式10分），请输入你的答案')

m=0
n=10 #输出运算式的个数
while n>0:

        result = szys()

        j = input()

        s = int(j)

        if s == result:

            print('right')
            m = m + 1
        else:
            print('error.the answer is', result)
        n=n-1
print('统计结果：','正确', m,'道题目,','错误', 10-m,'道题目。')
print('统计得分：',m*10,'分。')

 2、测试用例

3、选择的测试框架介绍、安装过程

(1)选择的测试框架：unittest;

     本次实验所测试的代码的开发语言为Python,所以选择 unittest 作为测试框架。unittest是Python中的一个单元测试框架，也是xUnit 系列框架中的一员。unittest中最核心的四个概念是:test case, test suite, test runner, test fixture。

unittest单元测试框架主要完成以下三件事：

提供用例组织与执行：当测试用例只有几条的时候可以不考虑用例的组织，但是当测试用例数量较多时，此时就需要考虑用例的规范与组织问题了。unittest单元测试框架就是用来解决这个问题的。

提供丰富的比较方法：既然是测试，就有一个预期结果和实际结果的比较问题。比较就是通过断言来实现，unittest单元测试框架提供了丰富的断言方法。

提供丰富的日志：每一个失败用例我们都希望知道失败的原因，所有用例执行结束我们有希望知道整体执行情况，比如总体执行时间，失败用例数，成功用例数。unittest单元测试框架为我们提供了这些数据。

（2）安装过程

由于unittest是Python中的一个单元测试框架，本次实验中，只需要编写相应测试代码来进行测试，无需安装插件。

4、测试代码

（1）为了能够单独测试到加、减、乘、除四个模块，将源代码调整了一下，放到一个新文件中，szys.py文件代码如下：

import random
n1 = random.randint(1, 100)
n2 = random.randint(1, 100)
def add(n1, n2):
    while n1 + n2 >=100:
        n1 = random.randint(1, 100)
        n2 = random.randint(1, 100)
    return n1 + n2
 
def sub(n1, n2):
    n1, n2 = max(n1, n2), min(n1, n2)
    return n1 - n2
 
def multi(n1, n2):
    while n1 * n2 >=100:  #控制积不超过100
        n1 = random.randint(1, 100)
        n2 = random.randint(1, 100)
    return n1 * n2
 
def divide(n1, n2):
     n1, n2 = max(n1, n2), min(n1, n2)
     return n1 / n2

（2）需要测试的test_szys.py 文件代码如下：

import unittest
from szys import *
 
class TestSzYs(unittest.TestCase):
 
    def setUp(self):
        pass
    
    def tearDown(self):
        pass
        
    def test_add(self):
        self.assertEqual(36, add(12, 24))
        self.assertNotEqual(32, add(12, 24))
 
    def test_sub(self):
        self.assertEqual(10, sub(22, 12))
        self.assertNotEqual(12, sub(22, 12))
 
    def test_multi(self):
        self.assertEqual(6, multi(2, 3))
        self.assertNotEqual(4, multi(2, 3))
 
    def test_divide(self):
        self.assertEqual(3, divide(7, 2))
        self.assertEqual(3.5, divide(7, 2))
 
if __name__ == '__main__':
    unittest.main(verbosity=2)

（3）组织TestSuite，上面的测试用例在执行的时候没有按照顺序执行，如果想要让用例按照自己设置的顺序执行就用到了TestSuite，添加到TestSuite中的case是会按照添加的顺序执行的。并且现在的测试结果只能输出到控制台，为了后续方便查看，现在再新建一个文件，test_suite.py，运行该文件，就会发现目录下生成了 UnittestResult.txt，所有的执行报告均输出到了此文件中。代码如下：

import unittest
from test_szys import TestSzYs
 
if __name__ == '__main__':
    suite = unittest.TestSuite()
 
    tests = [TestSzYs("test_add"), TestSzYs("test_sub"), TestSzYs("test_multi"),TestSzYs("test_divide")]
    suite.addTests(tests)
 
    with open('UnittestResult.txt.txt', 'a') as  f:
        runner = unittest.TextTestRunner(stream=f, verbosity=2)
        runner.run(suite)

 

5、测试结果与分析

(1)运行test_szys.py  文件，运行结果如下图所示，可以看到一共运行了4个测试，失败了1个，并且给出了失败原因，3！=3.5，说明divide方法是有问题的。因为没有定义输出的结果整型还是实型，系统默认为实型，所以结果出错。

第一行给出了每一个用例执行的结果的标识，成功是.，失败是F。从下图可以看出，测试的执行跟方法的顺序没有关系，divide方法写在了第4个，但是却在第2个执行。

 

在源文件szys.py中将输出结果定义为整型后可看到，失败的原因变成了3.5！=3

当把assertEqual 改为assertNotEqual后，测试成功。

 （2）运行 test_suite.py 代码文件，从运行结果可以看出添加到TestSuite中的case是按照添加的顺序执行的并且结果输出到了UnittestResult.txt 文件中,

 

6、push测试报告和测试代码到各自的github仓库

思考题：

比较以下二个工匠的做法，你认为哪种好？结合编码和单元测试，谈谈你的认识。

 

答：我认为工匠一的做法较好。因为在一开始的时候就尽量保证每一块砖都保持水平，当都排完后，我们在进行调整时，就降低了我们的调整难度。在编写代码时，每一步我们都保证要规范，有利也有弊，相对的这会花费不少的时间，程序员就需要有足够的开发时间去完成。

实验小结

        通过这次实验，加深了对单元测试这一部分的了解，并且对基于Python语言代码测试的unittest测试框架也有了进一步的理解，知道了该测试工具各模块函数的用途和用法，并且掌握了如何编写测试的代码。在实验过程中有点混乱，一开始以为单元测试测试的是程序运行结果的正误问题，后来想想不是，它用来对一个模块、一个函数或者一个类来进行正确性检验的测试工作，理解这一部分并且修改代码查看运行结果的不同在本次实验中花费了一段时间，但也加深了自己的印象。我们编写了自己的代码，就有责任对我们的代码编写单元测试，最终受益的也是我们自己。