Golang单元测试与覆盖率的实例讲解

Z时代
2024-01-10
分类：IT

1 概述

C/C++和Java（以及大多数的主流编程语言）都有自己成熟的单元测试框架，前者如Check，后者如JUnit，但这些编程框架本质上仍是第三方产品，为了执行单元测试，我们不得不从头开始搭建测试工程，并且需要依赖于第三方工具才能生成单元测试的覆盖率。

相比之下，Go语言官方则提供了语言级的单元测试支持，即testing包，而且仅通过go工具本身就可以方便地生成覆盖率数据，也就是说，单元测试是Go语言的自带属性，除了好好设计自己的单元测试用例外，开发者不需要操心工程搭建的任何细节。没错，Golang就是这么任性。

2 单元测试

下面我们以《The Go Programming Language》6.5节的比特容器为例，介绍如何通过testing包和go工具集进行单元测试。

2.1 工程目录

不是说好的，Go语言单元测试不需要搭建测试工程么？其实，Golang的测试工程只有一句话：对file.go新建file_test.go文件，并在其中编写测试用例。所以，我们所谓的工程目录其实就是：

$ go env | grep GOPATH
GOPATH="/home/pirlo/go"
$ tree /home/pirlo/go/src/github.com/pirlo-san/let-us-go
/home/pirlo/go/src/github.com/pirlo-san/let-us-go
├── bitvector
│ ├── bitvector.go
│ └── bitvector_test.go
├── LICENSE
└── README.md

/home/pirlo/go是我的GOPATH，其中的github.com/pirlo-san/let-us-go是一个git工程，bitvector则是这个工程下的一个子模块，即比特容器模块，bitvector.go是模块的实现文件，bitvector_test.go则是用于测试比特容器的文件。

2.2 比特容器的实现

Golang没有容器类型，多数容器都是通过map[type]bool实现的，但是通过map实现在某些场景下比较浪费内存，比如容器元素都是一些很小的非负整数的场景：0~31，其实，我们只需要一个uint32类型4个字节就可以了，但是如果采用map[uint32]bool实现，则对每个元素都需要一个uint32的key和bool类型的value。在C/C++语言内，可以很容易地通过位域的方式达到节省内存的目的，那么Golang可不可以采用类似的方式实现呢？当然可以喽。

2.2.1 定义


type IntSet struct {
 words []uint
}
const (
 wordBitCount = (32 << (^uint(0) >> 63))
)

IntSet是我们定义的比特容器类型，是一个结构体，其中唯一的成员是一个uint类型的切片，想象切片的元素被有序排列成一个“比特”数组，如果容器内存在元素N，则这个数组的第N个元素的值就为1，否则就是0.

wordBitCount用于计算uint类型占用的比特数，这个数字在不同的操作系统或CPU上是不同的。

2.2.2 向容器内添加一个元素


// add x into set s
func (s *IntSet) Add(x int) {
 word, index := wordIndex(x)
 for word >= len(s.words) {
  s.words = append(s.words, 0)
 }
 s.words[word] |= (1 << index)
}
func wordIndex(x int) (int, uint) {
 return x / wordBitCount, uint(x) % wordBitCount
}

先获取这个元素在第几个“word”，以及在这个word内的第几个比特，如果words切片长度不够，则一直添加到可以包含待插入的元素为止，最后将对应元素位置的“比特位”设置为1.

2.2.3 判断某元素是否在容器内


// check wether x is in set s
func (s *IntSet) Has(x int) bool {
 word, index := wordIndex(x)
 if word >= len(s.words) {
  return false
 }
 return (s.words[word] & (1 << index)) != 0
}

《The Go Programming Language》内还实现了其它接口，包括String，UnionWith等，完整代码见文末链接。

2.3 单元测试用例

好了，为了测试这个比特容器模块，我们只需要在package目录内定义相应的test文件，并编写用例即可。本例即为bitvector_test.go：


package bitvector
import (
 "testing"
)
func TestAdd(t *testing.T) {
 var s IntSet
 s.Add(1)
 s.Add(2)
 s.Add(3)
 s.Add(4)
 if s.Has(1) == false || s.Has(2) == false || s.Has(3) == false || s.Has(4) == false {
  t.Error("Failed")
 }
 if s.Has(0) == true || s.Has(5) == true || s.Has(100) == true {
  t.Error("Failed")
 }
}

包声明：测试文件也归属于bitvector包，这样测试文件就可以随意访问这个包已导出和未导出的类型、函数、方法等；你可以定义成不同的包，比如package bitvector_test，这样，bitvector包对bitvector_test包来说就是一个外部库，test包只能访问其中已导出的类型、函数、方法等，这个叫做外部测试;

导入testing包：testing包拥有执行Golang单元测试所需要的一切；

编写测试函数：所有测试函数都以Test开头，入参是testing.T类型的指针，在函数内调用被测函数，并对不符合预期的结果调用类似Error、Fatal的函数，其中前者在被调用后会打印出错信息，并继续执行后续用例，而后者则在打印信息后立即终止测试，一般仅在测试出现严重问题，无法继续进行后续用例测试时才需要调用类似Fatal的接口。

2.4 执行单元测试

Golang执行单元测试的命令是go test，如果你在待测package所在的目录，则直接执行go test即可：

$ pwd

/home/pirlo/go/src/github.com/pirlo-san/let-us-go/bitvector

$ go test

PASS

ok github.com/pirlo-san/let-us-go/bitvector 0.004s

不带任何参数的情况下，test仅输出最终的测试结果，如果要看到测试过程，可以指定-v参数：


$ go test -v
=== RUN TestAdd
--- PASS: TestAdd (0.00s)
PASS
ok  github.com/pirlo-san/let-us-go/bitvector 0.004s

每个用例的执行成功与否，以及执行用时都会显示出来。

如果不在当前目录，则需要指定待测模块路径：


$ pwd
/home/pirlo/go
$ go test -v github.com/pirlo-san/let-us-go/bitvector/
=== RUN TestAdd
--- PASS: TestAdd (0.00s)
PASS
ok  github.com/pirlo-san/let-us-go/bitvector 0.004s

甚至，你还可以执行所有模块的测试，方式是以三个点替代具体的模块路径：

$ go test -v ...

3 覆盖率生成

Golang单元测试覆盖率的生成也简单到令人发指。两步：

执行go test时指定-coverprofile参数收集覆盖率数据；

执行go tool cover生成文本、html等可视化格式的覆盖率报告。

3.1 收集覆盖率数据


$ go test -v -coverprofile=cover.out github.com/pirlo-san/let-us-go/bitvector/
=== RUN TestAdd
--- PASS: TestAdd (0.00s)
PASS
coverage: 36.0% of statements
ok  github.com/pirlo-san/let-us-go/bitvector 0.009s
$ ll cover.out 
-rw-rw-r-- 1 pirlo pirlo 1330 Jan 12 23:11 cover.out

3.2 生成html格式的覆盖率报告

$ go tool cover -html=cover.out -o coverage.html

$ ll coverage.html

-rw-rw-r-- 1 pirlo pirlo 4504 Jan 12 23:15 coverage.html

生成的覆盖率报告效果如下：