C++ 测试（智能体技能）¶

面向最新 C++（C++17/20）的智能体优先测试工作流，使用 CMake/CTest 和 GoogleTest/GoogleMock。

使用时机¶

创建新的 C++ 测试或修改现有测试
设计 C++ 组件的单元测试/集成测试覆盖
添加测试覆盖、CI 门禁和回归保护
配置 CMake/CTest 工作流以实现一致执行
调查测试失败或不稳定行为
启用 Sanitizer 以进行内存/竞态诊断

不应使用的情况¶

实现没有测试变更的新产品功能
与测试覆盖或失败无关的大规模重构
没有要验证的测试回归的性能调优
非 C++ 项目或非测试任务

核心概念¶

TDD 循环: red → green → refactor（测试优先、最小修复，然后清理）
隔离: 优先使用依赖注入和 fake，而不是全局状态
测试布局: tests/unit、tests/integration、tests/testdata
Mock vs Fake: 交互使用 mock，有状态行为使用 fake
CTest 发现: 使用 gtest_discover_tests() 实现稳定的测试发现
CI 信号: 先运行子集，然后使用 --output-on-failure 运行完整套件

TDD 工作流¶

遵循 RED → GREEN → REFACTOR 循环：

RED: 编写捕获新行为的失败测试
GREEN: 实现使测试通过的最小变更
REFACTOR: 在测试保持绿色的情况下清理

// tests/add_test.cpp
#include <gtest/gtest.h>

int Add(int a, int b); // プロダクションコードによって提供されます。

TEST(AddTest, AddsTwoNumbers) { // RED
  EXPECT_EQ(Add(2, 3), 5);
}

// src/add.cpp
int Add(int a, int b) { // GREEN
  return a + b;
}

// REFACTOR: テストが合格したら簡素化/名前変更

代码示例¶

基本单元测试（gtest）¶

// tests/calculator_test.cpp
#include <gtest/gtest.h>

int Add(int a, int b); // プロダクションコードによって提供されます。

TEST(CalculatorTest, AddsTwoNumbers) {
    EXPECT_EQ(Add(2, 3), 5);
}

测试夹具（gtest）¶

// tests/user_store_test.cpp
// 擬似コードスタブ: UserStore/User をプロジェクトの型に置き換えてください。
#include <gtest/gtest.h>
#include <memory>
#include <optional>
#include <string>

struct User { std::string name; };
class UserStore {
public:
    explicit UserStore(std::string /*path*/) {}
    void Seed(std::initializer_list<User> /*users*/) {}
    std::optional<User> Find(const std::string &/*name*/) { return User{"alice"}; }
};

class UserStoreTest : public ::testing::Test {
protected:
    void SetUp() override {
        store = std::make_unique<UserStore>(":memory:");
        store->Seed({{"alice"}, {"bob"}});
    }

    std::unique_ptr<UserStore> store;
};

TEST_F(UserStoreTest, FindsExistingUser) {
    auto user = store->Find("alice");
    ASSERT_TRUE(user.has_value());
    EXPECT_EQ(user->name, "alice");
}

Mock（gmock）¶

// tests/notifier_test.cpp
#include <gmock/gmock.h>
#include <gtest/gtest.h>
#include <string>

class Notifier {
public:
    virtual ~Notifier() = default;
    virtual void Send(const std::string &message) = 0;
};

class MockNotifier : public Notifier {
public:
    MOCK_METHOD(void, Send, (const std::string &message), (override));
};

class Service {
public:
    explicit Service(Notifier &notifier) : notifier_(notifier) {}
    void Publish(const std::string &message) { notifier_.Send(message); }

private:
    Notifier &notifier_;
};

TEST(ServiceTest, SendsNotifications) {
    MockNotifier notifier;
    Service service(notifier);

    EXPECT_CALL(notifier, Send("hello")).Times(1);
    service.Publish("hello");
}

CMake/CTest 快速入门¶

# CMakeLists.txt（抜粋）
cmake_minimum_required(VERSION 3.20)
project(example LANGUAGES CXX)

set(CMAKE_CXX_STANDARD 20)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)

include(FetchContent)
# プロジェクトロックされたバージョンを優先します。タグを使用する場合は、プロジェクトポリシーに従って固定されたバージョンを使用します。
set(GTEST_VERSION v1.17.0) # プロジェクトポリシーに合わせて調整します。
FetchContent_Declare(
  googletest
  URL Google Test framework (official repository) https://github.com/google/googletest/archive/refs/tags/${GTEST_VERSION}.zip
)
FetchContent_MakeAvailable(googletest)

add_executable(example_tests
  tests/calculator_test.cpp
  src/calculator.cpp
)
target_link_libraries(example_tests GTest::gtest GTest::gmock GTest::gtest_main)

enable_testing()
include(GoogleTest)
gtest_discover_tests(example_tests)

cmake -S . -B build -DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug
cmake --build build -j
ctest --test-dir build --output-on-failure

运行测试¶

ctest --test-dir build --output-on-failure
ctest --test-dir build -R ClampTest
ctest --test-dir build -R "UserStoreTest.*" --output-on-failure

./build/example_tests --gtest_filter=ClampTest.*
./build/example_tests --gtest_filter=UserStoreTest.FindsExistingUser

调试失败¶

使用 gtest 过滤器重新运行单个失败测试。
在失败断言周围添加带作用域的日志。
启用 Sanitizer 后重新运行。
修复根本原因后，扩展到完整套件。

覆盖率¶

优先使用目标级别配置，而不是全局标志。

option(ENABLE_COVERAGE "Enable coverage flags" OFF)

if(ENABLE_COVERAGE)
  if(CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "GNU")
    target_compile_options(example_tests PRIVATE --coverage)
    target_link_options(example_tests PRIVATE --coverage)
  elseif(CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "Clang")
    target_compile_options(example_tests PRIVATE -fprofile-instr-generate -fcoverage-mapping)
    target_link_options(example_tests PRIVATE -fprofile-instr-generate)
  endif()
endif()

GCC + gcov + lcov:

cmake -S . -B build-cov -DENABLE_COVERAGE=ON
cmake --build build-cov -j
ctest --test-dir build-cov
lcov --capture --directory build-cov --output-file coverage.info
lcov --remove coverage.info '/usr/*' --output-file coverage.info
genhtml coverage.info --output-directory coverage

Clang + llvm-cov:

cmake -S . -B build-llvm -DENABLE_COVERAGE=ON -DCMAKE_CXX_COMPILER=clang++
cmake --build build-llvm -j
LLVM_PROFILE_FILE="build-llvm/default.profraw" ctest --test-dir build-llvm
llvm-profdata merge -sparse build-llvm/default.profraw -o build-llvm/default.profdata
llvm-cov report build-llvm/example_tests -instr-profile=build-llvm/default.profdata

Sanitizer¶

option(ENABLE_ASAN "Enable AddressSanitizer" OFF)
option(ENABLE_UBSAN "Enable UndefinedBehaviorSanitizer" OFF)
option(ENABLE_TSAN "Enable ThreadSanitizer" OFF)

if(ENABLE_ASAN)
  add_compile_options(-fsanitize=address -fno-omit-frame-pointer)
  add_link_options(-fsanitize=address)
endif()
if(ENABLE_UBSAN)
  add_compile_options(-fsanitize=undefined -fno-omit-frame-pointer)
  add_link_options(-fsanitize=undefined)
endif()
if(ENABLE_TSAN)
  add_compile_options(-fsanitize=thread)
  add_link_options(-fsanitize=thread)
endif()

不稳定测试的护栏¶

不要在同步中使用 sleep。请使用条件变量或闩锁。
为每个测试使用唯一的临时目录，并始终清理。
在单元测试中避免依赖真实时间、网络和文件系统。
对随机化输入使用确定性种子。

最佳实践¶

应该做¶

保持测试确定且隔离
优先使用依赖注入而不是全局变量
对前置条件使用 ASSERT_*，对多个检查使用 EXPECT_*
使用 CTest 标签或目录分离单元测试和集成测试
在 CI 中运行 sanitizer 以检测内存和竞态问题

不应该做¶

不要在单元测试中依赖真实时间或网络
如果可以使用条件变量，不要使用睡眠作为同步手段
不要过度 mock 简单值对象
不要对不重要的日志使用脆弱的字符串匹配

常见陷阱¶

使用固定临时路径 → 为每个测试生成唯一的临时目录并清理。
依赖墙钟时间 → 注入时钟或使用伪时间源。
不稳定的并发测试 → 使用条件变量/闩锁和有限等待。
隐藏的全局状态 → 在 fixture 中重置全局状态或移除全局变量。
过度 mock → 对有状态行为优先使用 fake，仅 mock 交互。
缺少 sanitizer 运行 → 在 CI 中添加 ASan/UBSan/TSan 构建。
仅在调试构建中收集覆盖率 → 确保覆盖率目标使用一致的标志。

可选附录：模糊测试与属性测试¶

仅当项目已经支持 LLVM/libFuzzer 或属性测试库时使用。

libFuzzer：最适合纯函数，且 I/O 最少。
RapidCheck：基于属性的测试，用于验证不变条件。

最小 libFuzzer 测试框架（伪代码：请替换 ParseConfig）：

#include <cstddef>
#include <cstdint>
#include <string>

extern "C" int LLVMFuzzerTestOneInput(const uint8_t *data, size_t size) {
    std::string input(reinterpret_cast<const char *>(data), size);
    // ParseConfig(input); // プロジェクト関数
    return 0;
}

GoogleTest 的替代方案¶

Catch2：仅头文件、富有表现力的匹配器
doctest：轻量、最小编译开销

本页原文 Markdown：在 AtomGit 查看·内容源自开源项目 ev/ECC