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從 Google 開源 RE2 庫學習 C++ 測試方案

編輯：關於C++

最近因科研需求，我深入研究 Google 開源的 RE2 正則表達式庫。這個龐大的 C++ 代碼庫對於習慣 Java 的我來說頗具挑戰，每天只能啃一點點。今天研究了其中的測試方法，感覺設計得很不錯，特此分享給大家（C++ 大牛請輕噴）。

為什麼需要自動化測試？

對於 C++ 初學者，平時寫幾個函數測試通常直接在 main 函數中一個個調用。但對於真實項目，方法眾多，若仍在 main 中逐一測試，不僅效率低下，還容易遺漏錯誤。雖然市面上有許多 C++ 自動化測試工具，但我未曾使用，無法評價。這裡我將介紹 Google 在 RE2 庫中採用的測試方案。

核心思想：靜態註冊測試用例

該方案通過宏和靜態對象構造函數，在程序啟動前自動將測試用例註冊到全局數組，然後在 main 中統一執行。以下用簡單例子說明：測試兩個函數 getAsciiNum() 和 getNonAsciiNum()，分別統計字符串中 ASCII 和非 ASCII 字符數量。

第一步：定義測試框架頭文件

// test.h
#define TEST(x, y) \
    void x##y(void); \
    TestRegisterer r##x##y(x##y, #x "." #y); \
    void x##y(void)

void RegisterTest(void (*)(void), const char*);

class TestRegisterer {
public:
    TestRegisterer(void (*fn)(void), const char *s) {
        RegisterTest(fn, s);
    }
};

解析：

TestRegisterer 類的構造函數接受函數指針和描述字符串，調用 RegisterTest 進行註冊。
宏 TEST(x, y) 展開為：前向聲明測試函數、創建靜態 TestRegisterer 對象（構造時自動註冊）、以及測試函數定義的起始大括號。
為何需要前向聲明？若無聲明，編譯器會將 x##y 視為未定義的函數名而報錯。

第二步：編寫具體測試用例

#include <string>
#include <vector>
#include "test.h"

#define arraysize(array) (sizeof(array)/sizeof((array)[0]))
#define CHECK_EQ(x, y) if((x) != (y)) { printf("test failed!\n"); system("pause"); exit(0); }

struct TestFlow {
    const char* flow;
    const int num;
};

static struct TestFlow tests1[] = {
    {"\x02\x97\xa4\xe6\xfe\x0c", 2},
    {"\x05\x97\x35\xe6\xfe\xac\x04", 3},
    {"\xb2\x97\xa5\xe6\x9c\x1c\x58\xaa\x97\x03", 3},
    {"\x32\x97\xa5\x05\x9c\xac\xe8\xaa\x57", 3},
    {"\x42\x01\xa5\x86\x0c\x56\xe8\xaa\x97\x03", 5},
};

static struct TestFlow tests2[] = {
    {"\x02\x97\xa4\xe6\xfe\x0c", 4},
    {"\x05\x97\x35\xe6\xfe\xac\x04", 4},
    {"\xb2\x97\xa5\xe6\x9c\x1c\x58\xaa\x97\x03", 7},
    {"\x32\x97\xa5\x05\x9c\xac\xe8\xaa\x57", 6},
    {"\x42\x01\xa5\x86\x0c\x56\xe8\xaa\x97\x03", 5},
};

int getAsciiNum(const char*);
int getNonAsciiNum(const char*);

TEST(TestAsciiNum, Simple) {
    int failed = 0;
    for (int i = 0; i < arraysize(tests1); i++) {
        const TestFlow& t = tests1[i];
        int num = getAsciiNum(t.flow);
        if (num != t.num) failed++;
    }
    CHECK_EQ(failed, 0);
}

TEST(TestNonAsciiNum, Simple) {
    int failed = 0;
    for (int i = 0; i < arraysize(tests2); i++) {
        const TestFlow& t = tests2[i];
        int num = getNonAsciiNum(t.flow);
        if (num != t.num) failed++;
    }
    CHECK_EQ(failed, 0);
}

// 被測試函數實現
int getAsciiNum(const char* flow) {
    int num = 0, i;
    for(i = 0; i < strlen(flow); i++) {
        if(flow[i] >= 0 && flow[i] < 128) num++;
    }
    return num;
}

int getNonAsciiNum(const char* flow) {
    int num = 0, i;
    for(i = 0; i < strlen(flow); i++) {
        if(flow[i] < 0 || flow[i] >= 128) num++;
    }
    return num;
}

測試用例通過 TEST 宏定義，宏展開後會自動生成註冊代碼。例如 TEST(TestAsciiNum, Simple) 展開為：

void TestAsciiNumSimple(void);
TestRegisterer rTestAsciiNumSimple(TestAsciiNumSimple, "TestAsciiNum.Simple");
void TestAsciiNumSimple(void) { ... }

第三步：測試運行器實現

// test.cpp
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "test.h"

struct Test {
    void (*fn)(void);
    const char *name;
};

static Test tests[10000];
static int ntests;

void RegisterTest(void (*fn)(void), const char *name) {
    tests[ntests].fn = fn;
    tests[ntests++].name = name;
}

int main(int argc, char **argv) {
    for (int i = 0; i < ntests; i++) {
        printf("%s\n", tests[i].name);
        tests[i].fn();
    }
    printf("PASS\n");
    system("pause");
    return 0;
}

關鍵點：

Test 結構體存儲測試函數指針和名稱，最多支持 10000 個測試。
ntests 記錄實際註冊的測試數量。
RegisterTest 將測試信息存入全局數組。
main 遍歷數組，依次打印名稱並執行測試函數。

為什麼 main 一開始 ntests 就不是 0？

這是靜態初始化的魔力。所有測試用例都在 TEST 宏中定義，宏展開會創建全局 TestRegisterer 對象。C++ 標準保證全局對象的構造函數在 main 進入前執行。構造函數調用 RegisterTest，將測試函數註冊到數組，因此進入 main 時 ntests 已經是 2。

測試結果