一、实验目的

1）掌握单元测试的方法

2) 学习XUnit测试原理及框架；

3）掌握使用测试框架进行单元测试的方法和过程。

 

二、实验内容与要求

1、了解单元测试的原理与框架

 1.1 单元测试原理

　　单元测试（unit testing），是指对软件中的最小可测试单元进行检查和验证。对于单元测试中单元的含义，一般来说，要根据实际情况去判定其具体含义，如C语言中单元指一个函数，Java里单元指一个类，图形化的软件中可以指一个窗口或一个菜单等。总的来说，单元就是人为规定的最小的被测功能模块。单元测试是在软件开发过程中要进行的最低级别的测试活动，软件的独立单元将在与程序的其他部分相隔离的情况下进行测试。单元测试是由程序员自己来完成，最终受益的也是程序员自己。可以这么说，程序员有责任编写功能代码，同时也就有责任为自己的代码编写单元测试。执行单元测试，就是为了证明这段代码的行为和我们期望的一致。

　　单元测试的内容包括：

　　模块接口测试、局部数据结构测试、路径测试、错误处理测试、边界测试

　　（1）模块接口测试

　　模块接口测试是单元测试的基础。只有在数据能正确流入、流出模块的前提下，其他测试才有意义。模块接口测试也是集成测试的重点，这里进行的测试主要是为后面打好基础。测试接口正确与否应该考虑下列因素：

　　 -输入的实际参数与形式参数的个数是否相同 

　　 -输入的实际参数与形式参数的属性是否匹配 

　　 -输入的实际参数与形式参数的量纲是否一致 

　　-调用其他模块时所给实际参数的个数是否与被调模块的形参个数相同； 

　　-调用其他模块时所给实际参数的属性是否与被调模块的形参属性匹配； 

　　-调用其他模块时所给实际参数的量纲是否与被调模块的形参量纲一致； 

　　-调用预定义函数时所用参数的个数、属性和次序是否正确； 

　　-是否存在与当前入口点无关的参数引用； 

　　-是否修改了只读型参数； 

　　-对全程变量的定义各模块是否一致； 

　　-是否把某些约束作为参数传递。

 

　　如果模块功能包括外部输入输出，还应该考虑下列因素： 

　　-文件属性是否正确； 

　　-OPEN/CLOSE语句是否正确； 

　　-格式说明与输入输出语句是否匹配； 

　　-缓冲区大小与记录长度是否匹配； 

　　-文件使用前是否已经打开； 

　　-是否处理了文件尾； 

　　-是否处理了输入/输出错误； 

　　-输出信息中是否有文字性错误。 

　　-局部数据结构测试； 

　　-边界条件测试； 

　　-模块中所有独立执行通路测试；

　　（2）局部数据结构测试

　　检查局部数据结构是为了保证临时存储在模块内的数据在程序执行过程中完整、正确，局部功能是整个功能运行的基础。重点是一些函数是否正确执行，内部是否运行正确。局部数据结构往往是错误的根源，应仔细设计测试用例，力求发现下面几类错误： 

　　-不合适或不相容的类型说明； 

　　-变量无初值； 

　　-变量初始化或省缺值有错； 

　　-不正确的变量名（拼错或不正确地截断）； 

　　-出现上溢、下溢和地址异常。

　　（3）边界条件测试

　　边界条件测试是单元测试中最重要的一项任务。众所周知，软件经常在边界上失效，采用边界值分析技术，针对边界值及其左、右设计测试用例，很有可能发现新的错误。边界条件测试是一项基础测试，也是后面系统测试中的功能测试的重点，边界测试执行的较好，可以大大提高程序健壮性。

　　（4）独立路径测试

　　在模块中应对每一条独立执行路径进行测试，单元测试的基本任务是保证模块中每条语句至少执行一次。测试目的主要是为了发现因错误计算、不正确的比较和不适当的控制流造成的错误。具体做法就是程序员逐条调试语句。常见的错误包括： 

　　-误解或用错了算符优先级； 

　　-混合类型运算； 

　　-变量初值错； 

　　-精度不够； 

　　-表达式符号错。

　　（5）错误处理测试

　　检查模块的错误处理功能是否包含有错误或缺陷。例如，是否拒绝不合理的输入;出错的描述是否难以理解、是否对错误定位有误、是否出错原因报告有误、是否对错误条件的处理不正确;在对错误处理之前错误条件是否已经引起系统的干预等。

　　通常单元测试在编码阶段进行。在源程序代码编制完成，经过评审和验证，确认没有语法错误之后，就开始进行单元测试的测试用例设计。利用设计文档，设计可以验证程序功能、找出程序错误的多个测试用例。对于每一组输入，应有预期的正确结果。

1.2 测试框架

　　xUnit是各种代码驱动测试框架的统称,这些框架可以测试 软件的不同内容(单元),比如函数和类。xUnit框架的主要优点是,它提供了一个自动化测试的解决方案。可以避免多次编写重复的测试代码。

　　底层是xUnit的framwork，xUnit的类库，提供了对外的功能方法、工具类、api等

　　TestCase(具体的测试用例)去使用framwork

　　TestCase执行后会有TestResult

　　使用TestSuite控制TestCase的组合

　　TestRunner执行器，负责执行case

　　TestListener过程监听，监听case成功失败以及数据结果，输出到结果报告中

　　Unit测试框架包括四个要素：

　　（1）测试目标（对象）

　　一组认定被测对象或被测程序单元测试成功的预定条件或预期结果的设定。Fixture就是被测试的目标，可以是一个函数、一组对象或一个对象。  测试人员在测试前应了解被测试的对象的功能或行为。

　　（2）测试集

　　测试集是一组测试用例，这些测试用例要求有相同的测试Fixture，以保证这些测试不会出现管理上的混乱。

　　（3）测试执行

　　单个单元测试的执行可以按下面的方式进行：

　　第一步 编写 setUp() 函数，目的是：建立针对被测试单元的独立测试环境；举个例子，这可能包含创建临时或代理的数据库、目录，再或者启动一个服务器进程。

　　第二步 编写所有测试用例的测试体或者测试程序；

　　第三步 编写tearDown()函数，目的是：无论测试成功还是失败，都将环境进行清理，以免影响后续的测试；

　　（4）断言  

　　断言实际上就是验证被测程序在测试中的行为或状态的一个函数或者宏。断言的失败会引发异常，终止测试的执行。

1.3 面向特定语言的，基于xUnit框架的自动化测试框架

　　Junit  ： 主要测试用Java语言编写的代码

　　CPPunit：主要测试用C++语言编写的代码

　　unittest ， PyUnit：主要测试用python语言编写的代码

　　MiniUnit:   主要用于测试C语言编写的代码

 

2、测试源码

package pair;

import java.util.Random;
import java.util.Scanner;

public class Pair_programming {

	private int left;
	private int right;
	private int operator;
	
	// 读取和写入get、set
	public void Setleft(int left) {
		this.left = left ;
	}	
	public int Getleft() {
		return left;
	}
	public void Setright(int right) {
		this.right = right ;
	}	
	public int Getright() {
		return right;
	}
	public void Setoperator(int operator) {
		this.operator = operator ;
	}	
	public int Getoperator() {
		return operator;
	}
	
	/*
	 * function：产生3个随机数，分别对应运算数1、运算数2、运算符 error：random函数如何生成随机数 
	 * write：MaLe
	 * guide：DingTao
	 **/
	public void random() {
		int left, right, operator ;
		Random rand = new Random();
		left = (int) (Math.random() * 100) ;
		right = (int) (Math.random() * 100);
		operator = rand.nextInt(3); // 0-3,0代表+，1代表-，2代表*，3代表/
		Setright(right) ;
		Setleft(left) ;
		Setoperator(operator) ;
	}

	/*
	 * function：创建一个四则运算式
	 * write：DingTao guide：MaLe
	 */
	
	// 加法
	public int add(int left, int right) {
		while (left + right > 100) {
			random() ;
			left = Getleft() ;
			right = Getright() ;
		}
		System.out.println(left + "+" + right + "=" + "?"); // 50+20=?
		return left + right ;
	}
	// 减法
	public int subtract(int left, int right) {
		while (left - right < 0) {
			random() ;
			left = Getleft() ;
			right = Getright() ;
		}
		System.out.println(left + "-" + right + "=" + "?"); // 50-20=?
		return left - right ;
	}
	// 乘法
	public int multiple(int left, int right) {
		while (left * right > 100) {
			random() ;
			left = Getleft() ;
			right = Getright() ;
		}
		System.out.println(left + "*" + right + "=" + "?");
		return left * right ;
	}
	// 除法
	public int division(int left, int right) {
		while (right == 0 || left % right != 0) {
			random() ;
			left = Getleft() ;
			right = Getright() ;
		}
		System.out.println(left + "/" + right + "=" + "?"); // 40/20=?
		return left / right ;
	}
	
	// 创建一个运算式
	public int create() {
		int left, right, operator, sys_answer ;
		left = Getleft() ;
		right = Getright() ;
		operator = Getoperator() ;
		switch (operator) {
		case 0:
			sys_answer = add(left, right) ;
			break;
		case 1:
			sys_answer = subtract(left, right) ;
			break;
		case 2:
			sys_answer = multiple(left, right) ;
			break;
		case 3:
			sys_answer = division(left, right) ;
			break;
		default:
			System.out.println("运算符随机数错误！！！");
			return -1;
		}
		return sys_answer;
	}
	
	public int User_Answer() {
		int answer ;
		Scanner input = new Scanner(System.in) ;
		try {
			System.out.println("请输入答案（正整数）：");
			answer = input.nextInt() ;
			if(answer <0 ) {
				System.out.println("结果需为正，请重新输入：") ;
				return -1;
			}
		} catch(Exception e) {
			System.out.println("请输入整数：") ;
			return -1;
		} 
		return answer ;
	}
	
	public int check(int user_answer, int sys_answer) {
		if(user_answer == sys_answer) {
			return 1;
		}
		else {
			return 0;
		}
	}
	
	
	/*
	 * function:机器创建10道题目，判定对错，给出正确数及分数。 
	 * question:Cannot make a static reference to the non-static method create() from the type main
	 * solve:创建一个Pair_programming类的对象pair,重新调用该对象中的create()函数。
	 * write：Ma Le 、Ding Tao
	 * 
	 */
	public static void main(String[] args) {
		int sys_answer, user_answer, count = 0, score = 0 ;// count正确的题目数
		Pair_programming pair = new Pair_programming() ;
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			pair.random() ;
			sys_answer = pair.create() ;
			do {
				user_answer = pair.User_Answer() ;
			}
			while (user_answer == -1);
			 
			if( pair.check(user_answer, sys_answer) == 1) {
				count++ ;
				score += 10 ;
				System.out.println("true") ;
			} else {
				System.out.println("false") ;
			}
		}
		System.out.println("你做对了" + count + "题目,你的得分为" + score);
	}
}

　　

3、测试用例设计

　　（1）加法用例设计

要求	正常测试用例	边界测试用例
100以内的加法运算	5+20=25 30+40=70	49+51=100 50+52!=102

　　（2）减法用例设计

要求	正常测试用例	边界测试用例
被减数>=减数，即结果不小于0	50-20=30 70-10=60	60-60=0 50-100!=-50

　　（3）乘法用例设计

要求	正常测试用例	边界测试用例
结果小于100	3*10=30 25*3=75	10*10=100 50*100!=5000

　　（4）除法用例设计（被除数等于0，会报算术异常，不考虑）

要求	正常测试用例	不可整除用例
整除且除数不能为0	20/5=4 27/3=9	30/9!=3 71/30!=2

　　（5）输入用例设计

要求	正常测试用例	错误处理用例
自然数（N+）	20(4*50=?) 47(50-3=?)	-11(20-9) A(5*9)

 

4、选择的测试框架介绍、安装过程

（1）选择你的项目，点击鼠标右键，找到properties

 

 

 （2）找到Java Build Path。

 

 （3）找到Libraries，点击Add Library，选择JUnit

 

 （4）点击Next，选择JUnit4，然后Finish，即可

 

 

（5）选择需要单元测试的类，右键new，找到JUnit测试用例，点击next

 

（6）选择New JUnit 4 test，create setUp()和tearDown()，然后Finish即可创建完成。

 

 

 

5、测试代码

import static org.junit.Assert.*;

import org.junit.After;
import org.junit.Before;
import org.junit.Test;

public class Pair_programmingTest {
	public static Pair_programming Pair_Test = new Pair_programming() ;
	@Before
	public void setUp() throws Exception {
	}

	@After
	public void tearDown() throws Exception {
	}

	@Test
	public void testRandom() {
		int left, right, operator ;
		Pair_Test.random() ;
		left = Pair_Test.Getleft() ;
		right = Pair_Test.Getright() ;
		operator = Pair_Test.Getoperator() ;
		assertFalse("随机数产生错误！！", left < 0 || left > 100 || right < 0 || right > 100 || operator < 0 || operator > 3 ) ;
	}

	@Test
	public void testAdd() {
		int answer ;
		answer = Pair_Test.add(5, 20) ;
		assertEquals("加法错误！！", 25, answer) ;
		answer = Pair_Test.add(30, 40) ;
		assertEquals("加法错误！！", 70, answer) ;
		answer = Pair_Test.add(49, 51) ;
		assertEquals("加法错误！！", 100, answer);
		answer = Pair_Test.add(50, 52) ;
		assertNotEquals("加法错误！！", 102, answer);
		
	} 

	@Test
	public void testSubtract() {
		int answer ;
		answer = Pair_Test.subtract(50, 20) ;
		assertEquals("减法错误！！", 30, answer) ;
		answer = Pair_Test.subtract(70, 10) ;
		assertEquals("减法错误！！", 60, answer) ;
		answer = Pair_Test.subtract(60, 60) ;
		assertEquals("减法错误！！", 0, answer) ;
		answer = Pair_Test.subtract(50, 100) ;
		assertTrue("减法错误！！", answer > 0) ;
	}

	@Test
	public void testMultiple() {
		int answer ;
		answer = Pair_Test.multiple(3, 10) ;
		assertEquals("乘法错误！！", 30, answer) ;
		answer = Pair_Test.multiple(25, 3) ;
		assertEquals("乘法错误！！", 75, answer) ;
		answer = Pair_Test.multiple(10, 10) ;
		assertEquals("乘法错误！！", 100, answer) ;
		answer =  Pair_Test.multiple(50, 100) ;
		assertTrue("乘法错误！！", answer <= 100) ;

	}

	@Test
	public void testDivision() {
		int left, right, answer ;
		answer = Pair_Test.division(20, 5) ;
		assertEquals("除法错误！！", 4, answer) ;
		answer = Pair_Test.division(27, 3) ;
		assertEquals("除法错误！！", 9, answer) ;
		
		answer = Pair_Test.division(30, 9) ;
		left = Pair_Test.Getleft();
		right = Pair_Test.Getright();
		if(left/right != 3) {
			assertTrue("除法错误！！", answer != 3);
		}
		answer = Pair_Test.division(71, 30) ;
		left = Pair_Test.Getleft();
		right = Pair_Test.Getright();
		if(left/right != 2) {
			assertTrue("除法错误！！", answer != 2);
		}
		
		answer = Pair_Test.division(40, 0) ;
	}
	
	@Test
	public void testUser_Answer() {
		// 尝试输入字符或小于0的数
		assertFalse("请输入大于0的答案", Pair_Test.User_Answer() < 0) ;
	}
}

　　

6、测试结果与分析

 6.1 总体

　　由于我对加减乘除运算都进行限制，对输入进行了try catch异常处理和大于0的限制，故没有Failures。

 

6.2 修改源代码进行测试

（1）修改加法

	public int add(int left, int right) {
　　　　//对限制注释
/*		while (left + right > 100) {
			random() ;
			left = Getleft() ;
			right = Getright() ;
		}*/
		System.out.println(left + "+" + right + "=" + "?"); // 50+20=?
		return left + right ;
	}

　　我们发现JUnit结果出现了一个Failure，应该是以下代码测试出来的。

        answer = Pair_Test.add(50, 52) ;
        assertNotEquals("加法错误！！", 102, answer);

 

（2）修改减法

    // 减法
    public int subtract(int left, int right) {
/*        while (left - right < 0) {
            random() ;
            left = Getleft() ;
            right = Getright() ;
        }*/
        System.out.println(left + "-" + right + "=" + "?"); // 50-20=?
        return left - right ;
    }

　　我们发现JUnit结果出现了一个Failure，应该是以下代码测试出来的。

　　answer = Pair_Test.subtract(50, 100) ;
　　assertTrue("减法错误！！", answer > 0) ;

（3）修改乘法

    // 乘法
    public int multiple(int left, int right) {
/*        while (left * right > 100) {
            random() ;
            left = Getleft() ;
            right = Getright() ;
        }*/
        System.out.println(left + "*" + right + "=" + "?");
        return left * right ;
    }

 

　　我们发现JUnit结果出现了一个Failure，应该是以下代码测试出来的。

　　answer =  Pair_Test.multiple(50, 100) ;
　　assertTrue("乘法错误！！", answer <= 100) ;

（4）修改除法

    // 除法
    public int division(int left, int right) {
        while (left % right != 0) {
//        while (right == 0 || left % right != 0) {
            random() ;
            left = Getleft() ;
            right = Getright();
        }
        System.out.println(left + "/" + right + "=" + "?"); // 40/20=?
        return left / right ;
    }

 

　　我们发现JUnit结果出现了一个Error，应该是以下代码测试出来的。

　　answer = Pair_Test.division(40, 0) ;

 

    // 除法
    public int division(int left, int right) {
        while (right == 0) {
//        while (right == 0 || left % right != 0) {
            random() ;
            left = Getleft() ;
            right = Getright();
        }
        System.out.println(left + "/" + right + "=" + "?"); // 40/20=?
        return left / right ;
    }

 

　　我们发现JUnit结果出现了一个Failure，应该是以下代码测试出来的。

        answer = Pair_Test.division(30, 9) ;
        left = Pair_Test.Getleft();
        right = Pair_Test.Getright();
        if(left/right != 3) {
            assertTrue("除法错误！！", answer != 3);
        }
        answer = Pair_Test.division(71, 30) ;
        left = Pair_Test.Getleft();
        right = Pair_Test.Getright();
        if(left/right != 2) {
            assertTrue("除法错误！！", answer != 2);
        } 

（5）修改输入

    public int User_Answer() {
        int answer ;
        Scanner input = new Scanner(System.in) ;
//        try {
            System.out.println("请输入答案（正整数）：");
            answer = input.nextInt() ;
            if(answer <0 ) {
                System.out.println("结果需为正，请重新输入：") ;
                return -1;
            }
/*        } catch(Exception e) {
            System.out.println("请输入整数：") ;
            return -1;
        } */
        return answer ;
    }

 

　　我们发现JUnit结果出现了一个Error，应该是以下代码测试出来的。

　　Pair_Test.User_Answer()；

　　

    public int User_Answer() {
        int answer ;
        Scanner input = new Scanner(System.in) ;
        try {
            System.out.println("请输入答案（正整数）：");
            answer = input.nextInt() ;
/*            if(answer <0 ) {
                System.out.println("结果需为正，请重新输入：") ;
                return -1;
            }*/
        } catch(Exception e) {
            System.out.println("请输入整数：") ;
            return -1;
        } 
        return answer ;
    }

 

　　我们发现JUnit结果出现了一个Failure，应该是以下代码测试出来的。

　　assertFalse("请输入大于0的答案", Pair_Test.User_Answer() < 0) ;

 

7、GitHub