一、軟件測(cè)試
大型軟件系統(tǒng)的開發(fā)是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程，其中因?yàn)槿说囊蛩囟a(chǎn)生的錯(cuò)誤非常多，因此軟件在開發(fā)過(guò)程必須要有相應(yīng)的質(zhì)量保證活動(dòng)，而軟件測(cè)試則是保證質(zhì)量的關(guān)鍵措施。正像軟件熵（software entropy）所描述的那樣：一個(gè)程序從設(shè)計(jì)很好的狀態(tài)開始，隨著新的功能不斷地加入，程序逐漸地失去了原有的結(jié)構(gòu)，最終變成了一團(tuán)亂麻（其實(shí)最初的"很好的狀態(tài)"得加個(gè)問(wèn)號(hào)）。測(cè)試的目的說(shuō)起來(lái)其實(shí)很簡(jiǎn)單也極具吸引力，那就是寫出高質(zhì)量的軟件并解決軟件熵這一問(wèn)題。
可惜的是，軟件開發(fā)人員很少能在編碼的過(guò)程中就進(jìn)行軟件測(cè)試，大部分軟件項(xiàng)目都只在最終驗(yàn)收時(shí)才進(jìn)行測(cè)試，有些項(xiàng)目甚至根本沒(méi)有測(cè)試計(jì)劃！隨著軟件質(zhì)量意識(shí)的增強(qiáng)，許多軟件開發(fā)組織開始轉(zhuǎn)向UML、CMM、RUP、XP等軟件工程方法，以期提高軟件質(zhì)量，并使軟件開發(fā)過(guò)程更加可控，好在這些方法對(duì)測(cè)試都提出了很嚴(yán)格的要求，從而使得測(cè)試在軟件開發(fā)過(guò)程的作用開始真正體現(xiàn)出來(lái)。
軟件測(cè)試作為一種系統(tǒng)工程，涉及到整個(gè)軟件開發(fā)過(guò)程的各個(gè)方面，需要管理人員、設(shè)計(jì)人員、開發(fā)人員和測(cè)試人員的共同努力。作為軟件開發(fā)過(guò)程中的主要力量，現(xiàn)今的程序員除了要編寫實(shí)現(xiàn)代碼外，還承擔(dān)著單元測(cè)試這一艱巨任務(wù)，因此必須采用新的工作模式：
單元測(cè)試負(fù)責(zé)對(duì)最小的軟件設(shè)計(jì)單元（模塊）進(jìn)行驗(yàn)證，它使用軟件設(shè)計(jì)文檔中對(duì)模塊的描述作為指南，對(duì)重要的程序分支進(jìn)行測(cè)試以發(fā)現(xiàn)模塊中的錯(cuò)誤。由于軟件模塊并不是一個(gè)單獨(dú)的程序，為了進(jìn)行單元測(cè)試還必須編寫大量額外的代碼，從而無(wú)形中增加了開發(fā)人員的工作量，目前解決這一問(wèn)題比較好的方法是使用測(cè)試框架。測(cè)試框架是在用XP方法進(jìn)行單元測(cè)試時(shí)的關(guān)鍵，尤其是在需要構(gòu)造大量測(cè)試用例時(shí)更是如此，因?yàn)槿绻耆揽渴止さ姆绞絹?lái)構(gòu)造和執(zhí)行這些測(cè)試，肯定會(huì)變成一個(gè)花費(fèi)大量時(shí)間并且單調(diào)無(wú)味的工作，而測(cè)試框架則可以很好地解決這些問(wèn)題。
使用Python語(yǔ)言的開發(fā)人員可以使用Steve Purcell編寫的PyUnit作為單元測(cè)試框架，通過(guò)將單元測(cè)試融合到PyUnit這一測(cè)試框架里，Python程序員可以更容易地增加、管理、執(zhí)行測(cè)試用例，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析。此外，使用PyUnit還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)單元測(cè)試（回歸測(cè)試）。
二、規(guī)范Python單元測(cè)試
測(cè)試是一個(gè)貫穿于整個(gè)開發(fā)過(guò)程的連續(xù)過(guò)程，從某個(gè)意義上說(shuō)，軟件開發(fā)的過(guò)程實(shí)際上就是測(cè)試過(guò)程。正如Martin Fowler所說(shuō)的"在你不知道如何測(cè)試代碼之前，就不該編寫程序。而一旦你完成了程序，測(cè)試代碼也應(yīng)該完成。除非測(cè)試成功，你不能認(rèn)為你編寫出了可以工作的程序。"
測(cè)試最基本的原理就是比較預(yù)期結(jié)果是否與實(shí)際執(zhí)行結(jié)果相同，如果相同則測(cè)試成功，否則測(cè)試失敗。為了更好地理解PyUnit這一自動(dòng)測(cè)試框架的作用，先來(lái)看一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，假設(shè)我們要對(duì)例1中的Widget類進(jìn)行測(cè)試：
例1. widget.py# 將要被測(cè)試的類class Widget: def __init__(self, size = (40, 40)): self._size = size def getSize(self): return self._size def resize(self, width, height): if width 0 or height < 0: raise ValueError, "illegal size" self._size = (width, height) def dispose(self): pass |
采用手工方式進(jìn)行單元測(cè)試的Python程序員很可能會(huì)寫出類似例2的測(cè)試代碼來(lái)，
例2. manual.pyfrom widget import Widget# 執(zhí)行測(cè)試的類class TestWidget: def testSize(self): expectedSize = (40, 40); widget = Widget() if widget.getSize() == expectedSize: print "test [Widget]: getSize works perfected!" else: print "test [Widget]: getSize doesn't work!"# 測(cè)試if __name__ == '__main__': myTest = TestWidget() myTest.testSize() |
稍一留心你不難發(fā)現(xiàn)這種手工測(cè)試方法存在許多問(wèn)題。首先，測(cè)試程序的寫法沒(méi)有一定的規(guī)范可以遵循，十個(gè)程序員完全可能寫出十種不同的測(cè)試程序來(lái)，如果每個(gè)Python程序員都有自己不同的設(shè)計(jì)測(cè)試類的方法，光維護(hù)被測(cè)試的類就夠麻煩了，誰(shuí)還顧得上維護(hù)測(cè)試類。其次，需要編寫大量的輔助代碼才能進(jìn)行單元測(cè)試，例1中用于測(cè)試的代碼甚至比被測(cè)試的代碼還要多，而這毫無(wú)疑問(wèn)將增大Python程序員的工作量。
為了讓單元測(cè)試代碼能夠被測(cè)試和維護(hù)人員更容易地理解，最好的解決辦法是讓開發(fā)人員遵循一定的規(guī)范來(lái)編寫用于測(cè)試的代碼，具體到Python程序員來(lái)講，則是要采用PyUnit這一自動(dòng)測(cè)試框架來(lái)構(gòu)造單元測(cè)試用例。目前PyUnit已經(jīng)得到了大多數(shù)Python開發(fā)人員的認(rèn)可，成了事實(shí)上的單元測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。如果采用PyUnit來(lái)進(jìn)行同樣的測(cè)試，則測(cè)試代碼將如例3所示：
例3. auto.pyfrom widget import Widgetimport unittest# 執(zhí)行測(cè)試的類class WidgetTestCase(unittest.TestCase): def setUp(self): self.widget = Widget() def tearDown(self): self.widget = None def testSize(self): self.assertEqual(self.widget.getSize(), (40, 40))# 構(gòu)造測(cè)試集def suite(): suite = unittest.TestSuite() suite.addTest(WidgetTestCase("testSize")) return suite# 測(cè)試if __name__ == "__main__": unittest.main(defaultTest = 'suite') |
在采用PyUnit這一單元測(cè)試框架后，用于測(cè)試的代碼做了相應(yīng)的改動(dòng)：
雖然看起來(lái)有點(diǎn)復(fù)雜，但PyUnit使得所有的Python程序員都可以使用同樣的單元測(cè)試方法，測(cè)試過(guò)程不再是雜亂無(wú)章的了，而是在同一規(guī)范指導(dǎo)下進(jìn)行的有序行為，這就是使用PyUnit這一自動(dòng)單元測(cè)試框架所帶來(lái)的最大好處。
三、自動(dòng)測(cè)試框架PyUnit
在對(duì)軟件測(cè)試?yán)碚摵蚉yUnit有了一個(gè)大致了解之后，下面輔以具體的實(shí)例介紹Python程序員如何借助PyUnit來(lái)進(jìn)行單元測(cè)試。所有的代碼均在Python 2.2.2下調(diào)試通過(guò)，操作系統(tǒng)使用的是Red Hat Linux 9。
3.1 安裝
在Python中進(jìn)行單元測(cè)試時(shí)需要用到PyUnit模塊，Python 2.1及其以后的版本都將PyUnit作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊，但如果你使用的是較老版本的Python，那就要自已動(dòng)手安裝了。在PyUnit的網(wǎng)站（http://sourceforge.net/projects/pyunit）上可以下載到PyUnit最新的源碼包，此處使用的是pyunit-1.4.1.tar.gz。
在下載好PyUnit軟件包后，執(zhí)行下面的命令對(duì)其進(jìn)行解壓縮：
[root@gary source]# tar xzvf pyunit-1.4.1.tar.gz |
要在Python程序中使用PyUnit模塊，最簡(jiǎn)單的辦法是確保PyUni軟件包中的文件unittest.py和unittestgui.py都包含在Python的搜索路徑中，這既可以通過(guò)直接設(shè)置PYTHONPATH環(huán)境變量來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以執(zhí)行以下的命令來(lái)將它們復(fù)制到Python的當(dāng)前搜索路徑中：
[root@gary source]# cd pyunit-1.4.1[root@gary pyunit-1.4.1]# python setup.py install |
3.2 測(cè)試用例TestCase
軟件測(cè)試中最基本的組成單元是測(cè)試用例（test case），PyUnit使用TestCase類來(lái)表示測(cè)試用例，并要求所有用于執(zhí)行測(cè)試的類都必須從該類繼承。TestCase子類實(shí)現(xiàn)的測(cè)試代碼應(yīng)該是自包含（self contained）的，也就是說(shuō)測(cè)試用例既可以單獨(dú)運(yùn)行，也可以和其它測(cè)試用例構(gòu)成集合共同運(yùn)行。
TestCase在PyUnit測(cè)試框架中被視為測(cè)試單元的運(yùn)行實(shí)體，Python程序員可以通過(guò)它派生自定義的測(cè)試過(guò)程與方法（測(cè)試單元），利用Command和Composite設(shè)計(jì)模式，多個(gè)TestCase還可以組合成測(cè)試用例集合。PyUnit測(cè)試框架在運(yùn)行一個(gè)測(cè)試用例時(shí)，TestCase子類定義的setUp()、runTest()和tearDown()方法被依次執(zhí)行，最簡(jiǎn)單的測(cè)試用例只需覆蓋runTest()方法來(lái)執(zhí)行特定的測(cè)試代碼就可以了，如例4所示：
例4. static_single.pyimport unittest# 執(zhí)行測(cè)試的類class WidgetTestCase(unittest.TestCase): def runTest(self): widget = Widget() self.assertEqual(widget.getSize(), (40, 40)) |
而要在PyUnit測(cè)試框架中構(gòu)造上述WidgetTestCase類的一個(gè)實(shí)例，應(yīng)該不帶任何參數(shù)調(diào)用其構(gòu)造函數(shù):
testCase = WidgetTestCase() |
一個(gè)測(cè)試用例通常只對(duì)軟件模塊中的一個(gè)方法進(jìn)行測(cè)試，采用覆蓋runTest()方法來(lái)構(gòu)造測(cè)試用例在PyUnit中稱為靜態(tài)方法，如果要對(duì)同一個(gè)軟件模塊中的多個(gè)方法進(jìn)行測(cè)試，通常需要構(gòu)造多個(gè)執(zhí)行測(cè)試的類，如例5所示：
例5. static_multi.pyimport unittest# 測(cè)試getSize()方法的測(cè)試用例class WidgetSizeTestCase(unittest.TestCase): def runTest(self): widget = Widget() self.assertEqual(widget.getSize(), (40, 40))# 測(cè)試resize()方法的測(cè)試用例class WidgetResizeTestCase(unittest.TestCase): def runTest(self): widget = Widget() widget.resize(100, 100) self.assertEqual(widget.getSize(), (100, 100)) |
采用靜態(tài)方法，Python程序員不得不為每個(gè)要測(cè)試的方法編寫一個(gè)測(cè)試類（該類通過(guò)覆蓋runTest()方法來(lái)執(zhí)行測(cè)試），并在每一個(gè)測(cè)試類中生成一個(gè)待測(cè)試的對(duì)象。在為同一個(gè)軟件模塊編寫測(cè)試用例時(shí)，很多時(shí)候待測(cè)對(duì)象有著相同的初始狀態(tài)，因此采用上述方法的Python程序員不得不在每個(gè)測(cè)試類中為待測(cè)對(duì)象進(jìn)行同樣的初始化工作，而這往往是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)且枯燥的工作。
一種更好的解決辦法是采用PyUnit提供的動(dòng)態(tài)方法，只編寫一個(gè)測(cè)試類來(lái)完成對(duì)整個(gè)軟件模塊的測(cè)試，這樣對(duì)象的初始化工作可以在setUp()方法中完成，而資源的釋放則可以在tearDown()方法中完成，如例6所示：
例6. dynamic.pyimport unittest# 執(zhí)行測(cè)試的類class WidgetTestCase(unittest.TestCase): def setUp(self): self.widget = Widget() def tearDown(self): self.widget.dispose() self.widget = None def testSize(self): self.assertEqual(self.widget.getSize(), (40, 40)) def testResize(self): self.widget.resize(100, 100) self.assertEqual(self.widget.getSize(), (100, 100)) |
采用動(dòng)態(tài)方法最大的好處是測(cè)試類的結(jié)構(gòu)非常好，用于測(cè)試一個(gè)軟件模塊的所有代碼都可以在同一個(gè)類中實(shí)現(xiàn)。動(dòng)態(tài)方法不再覆蓋runTest()方法，而是為測(cè)試類編寫多個(gè)測(cè)試方法（按習(xí)慣這些方法通常以test開頭），在創(chuàng)建TestCase子類的實(shí)例時(shí)必須給出測(cè)試方法的名稱，來(lái)為PyUnit測(cè)試框架指明運(yùn)行該測(cè)試用例時(shí)究竟應(yīng)該調(diào)用測(cè)試類中的哪個(gè)方法：
sizeTestCase = WidgetTestCase("testSize")resizeTestCase = WidgetTestCase("testResize") |
3.3 測(cè)試用例集TestSuite
完整的單元測(cè)試很少只執(zhí)行一個(gè)測(cè)試用例，開發(fā)人員通常都需要編寫多個(gè)測(cè)試用例才能對(duì)某一軟件功能進(jìn)行比較完整的測(cè)試，這些相關(guān)的測(cè)試用例稱為一個(gè)測(cè)試用例集，在PyUnit中是用TestSuite類來(lái)表示的。
在創(chuàng)建了一些TestCase子類的實(shí)例作為測(cè)試用例之后，下一步要做的工作就是用TestSuit類來(lái)組織它們。PyUnit測(cè)試框架允許Python程序員在單元測(cè)試代碼中定義一個(gè)名為suite()的全局函數(shù)，并將其作為整個(gè)單元測(cè)試的入口，PyUnit通過(guò)調(diào)用它來(lái)完成整個(gè)測(cè)試過(guò)程。
def suite(): suite = unittest.TestSuite() suite.addTest(WidgetTestCase("testSize")) suite.addTest(WidgetTestCase("testResize")) return suite |
也可以直接定義一個(gè)TestSuite的子類，并在其初始化方法（__init__）中完成所有測(cè)試用例的添加：
class WidgetTestSuite(unittest.TestSuite): def __init__(self): unittest.TestSuite.__init__(self, map(WidgetTestCase, ("testSize", "testResize"))) |
這樣只需要在suite()方法中返回該類的一個(gè)實(shí)例就可以了：
def suite(): return WidgetTestSuite() |
如果用于測(cè)試的類中所有的測(cè)試方法都以test開，Python程序員甚至可以用PyUnit模塊提供的makeSuite()方法來(lái)構(gòu)造一個(gè)TestSuite：
def suite(): return unittest.makeSuite(WidgetTestCase, "test") |
在PyUnit測(cè)試框架中，TestSuite類可以看成是TestCase類的一個(gè)容器，用來(lái)對(duì)多個(gè)測(cè)試用例進(jìn)行組織，這樣多個(gè)測(cè)試用例可以自動(dòng)在一次測(cè)試中全部完成。事實(shí)上，TestSuite除了可以包含TestCase外，也可以包含TestSuite，從而可以構(gòu)成一個(gè)更加龐大的測(cè)試用例集：
suite1 = mysuite1.TheTestSuite()suite2 = mysuite2.TheTestSuite()alltests = unittest.TestSuite((suite1, suite2)) |
3.4 實(shí)施測(cè)試
編寫測(cè)試用例（TestCase）并將它們組織成測(cè)試用例集（TestSuite）的最終目的只有一個(gè)：實(shí)施測(cè)試并獲得最終結(jié)果。PyUnit使用TestRunner類作為測(cè)試用例的基本執(zhí)行環(huán)境，來(lái)驅(qū)動(dòng)整個(gè)單元測(cè)試過(guò)程。Python開發(fā)人員在進(jìn)行單元測(cè)試時(shí)一般不直接使用TestRunner類，而是使用其子類TextTestRunner來(lái)完成測(cè)試，并將測(cè)試結(jié)果以文本方式顯示出來(lái)：
runner = unittest.TextTestRunner()runner.run(suite) |
使用TestRunner來(lái)實(shí)施測(cè)試的例子如例7所示，
例7. text_runner.pyfrom widget import Widgetimport unittest# 執(zhí)行測(cè)試的類class WidgetTestCase(unittest.TestCase): def setUp(self): self.widget = Widget() def tearDown(self): self.widget.dispose() self.widget = None def testSize(self): self.assertEqual(self.widget.getSize(), (40, 40)) def testResize(self): self.widget.resize(100, 100) self.assertEqual(self.widget.getSize(), (100, 100)) # 測(cè)試if __name__ == "__main__": # 構(gòu)造測(cè)試集 suite = unittest.TestSuite() suite.addTest(WidgetTestCase("testSize")) suite.addTest(WidgetTestCase("testResize")) # 執(zhí)行測(cè)試 runner = unittest.TextTestRunner() runner.run(suite) |
要執(zhí)行該單元測(cè)試，可以使用如下命令：
[xiaowp@gary code]$ python text_runner.py |
運(yùn)行結(jié)果應(yīng)該如下所示，表明執(zhí)行了2個(gè)測(cè)試用例，并且兩者都通過(guò)了測(cè)試：
..----------------------------------------------------------------------Ran 2 tests in 0.000sOK |
如果對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，模擬出錯(cuò)的情形，將會(huì)得到如下結(jié)果：
.F==========================================FAIL: testResize (__main__.WidgetTestCase)----------------------------------------------------------------------Traceback (most recent call last): File "text_runner.py", line 15, in testResize self.assertEqual(self.widget.getSize(), (200, 100)) File "/usr/lib/python2.2/unittest.py", line 286, in failUnlessEqual raise self.failureException, AssertionError: (100, 100) != (200, 100)----------------------------------------------------------------------Ran 2 tests in 0.001sFAILED (failures=1) |
默認(rèn)情況下，TextTestRunner將結(jié)果輸出到sys.stderr上，但如果在創(chuàng)建TextTestRunner類實(shí)例時(shí)將一個(gè)文件對(duì)象傳遞給了構(gòu)造函數(shù)，則輸出結(jié)果將被重定向到該文件中。在Python的交互環(huán)境中驅(qū)動(dòng)單元測(cè)試時(shí)，使用TextTestRunner類是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。
PyUnit模塊中定義了一個(gè)名為main的全局方法，使用它可以很方便地將一個(gè)單元測(cè)試模塊變成可以直接運(yùn)行的測(cè)試腳本，main()方法使用TestLoader類來(lái)搜索所有包含在該模塊中的測(cè)試方法，并自動(dòng)執(zhí)行它們。如果Python程序員能夠按照約定（以test開頭）來(lái)命名所有的測(cè)試方法，那就只需要在測(cè)試模塊的最后加入如下幾行代碼即可：
if __name__ == "__main__": unittest.main() |
使用main()方法來(lái)實(shí)施測(cè)試的例子如例8所示，
例8. main_runner.pyfrom widget import Widgetimport unittest# 執(zhí)行測(cè)試的類class WidgetTestCase(unittest.TestCase): def setUp(self): self.widget = Widget() def tearDown(self): self.widget.dispose() self.widget = None def testSize(self): self.assertEqual(self.widget.getSize(), (40, 40)) def testResize(self): self.widget.resize(100, 100) self.assertEqual(self.widget.getSize(), (100, 100)) # 測(cè)試if __name__ == "__main__": unittest.main() |
要執(zhí)行該單元測(cè)試，可以使用如下命令：
[xiaowp@gary code]$ python main_runner.py |
測(cè)試類WidgetTestCase中的所有測(cè)試方法都將被自動(dòng)執(zhí)行，但如果只想執(zhí)行testSize()方法，可以使用如下命令：
[xiaowp@gary code]$ python main_runner.py WidgetTestCase.testSize |
如果在單元測(cè)試腳本中定義了TestSuite，還可以指定要運(yùn)行的測(cè)試集。使用-h參數(shù)可以查看運(yùn)行該腳本所有可能用到的參數(shù)：
[xiaowp@gary code]$ python main_runner.py -h |
為了使單元測(cè)試更具親合力，PyUnit軟件包中還提供了一個(gè)圖形界面測(cè)試腳本unittestgui.py，將其復(fù)制到當(dāng)前目錄后，可以執(zhí)行下面的命令來(lái)啟動(dòng)該測(cè)試工具，對(duì)main_runner.py腳本中的所有測(cè)試用例進(jìn)行測(cè)試：
[xiaowp@gary code]$ python unittestgui.py main_runner |
該測(cè)試工具動(dòng)行時(shí)的界面如圖1所示：
單擊Start按鈕可以開始執(zhí)行所有測(cè)試用例，測(cè)試結(jié)果將如圖2所示：
使用圖形界面可以更好地進(jìn)行單元測(cè)試，查詢測(cè)試結(jié)果也更加方便。PyUnit對(duì)于沒(méi)有通過(guò)的測(cè)試會(huì)進(jìn)行區(qū)分，指明它是失?。╢ailure）還是錯(cuò)誤（error），失敗是被assert類方法（如assertEqual）檢查到的預(yù)期結(jié)果，而錯(cuò)誤則是由意外情況所引起的。
四、小結(jié)
測(cè)試是保證軟件質(zhì)量的關(guān)鍵，新的軟件開發(fā)方法要求程序員在編寫代碼前先編寫測(cè)試用例，并在軟件開發(fā)過(guò)程中不斷地進(jìn)行單元測(cè)試，從而最大限度地減少缺陷(Bug)的產(chǎn)生。軟件單元測(cè)試是XP方法的基石，測(cè)試框架為程序員進(jìn)行單元測(cè)試提供了統(tǒng)一的規(guī)范，Python程序員可以使用PyUnit作為軟件開發(fā)過(guò)程中的自動(dòng)單元測(cè)試框架。
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