单元测试实践的主要问题与解决

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。





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。





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。





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。





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。





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。





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。





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。





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。





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。





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。