一、軟件測試

大型軟件系統(tǒng)的開發(fā)是一個很復(fù)雜的過程，其中因?yàn)槿说囊蛩囟a(chǎn)生的錯誤非常多，因此軟件在開發(fā)過程必須要有相應(yīng)的質(zhì)量保證活動，而軟件測試則是保證質(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)"得加個問號）。測試的目的說起來其實(shí)很簡單也極具吸引力，那就是寫出高質(zhì)量的軟件并解決軟件熵這一問題。

可惜的是，軟件開發(fā)人員很少能在編碼的過程中就進(jìn)行軟件測試，大部分軟件項(xiàng)目都只在最終驗(yàn)收時才進(jìn)行測試，有些項(xiàng)目甚至根本沒有測試計(jì)劃！隨著軟件質(zhì)量意識的增強(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)過程更加可控，好在這些方法對測試都提出了很嚴(yán)格的要求，從而使得測試在軟件開發(fā)過程的作用開始真正體現(xiàn)出來。

軟件測試作為一種系統(tǒng)工程，涉及到整個軟件開發(fā)過程的各個方面，需要管理人員、設(shè)計(jì)人員、開發(fā)人員和測試人員的共同努力。作為軟件開發(fā)過程中的主要力量，現(xiàn)今的程序員除了要編寫實(shí)現(xiàn)代碼外，還承擔(dān)著單元測試這一艱巨任務(wù)，因此必須采用新的工作模式：

•     編寫和維護(hù)一套詳盡的單元測試用例；
•     先構(gòu)造單元測試和驗(yàn)收測試用例，然后再編寫代碼；
•     根據(jù)構(gòu)造的測試用例來編寫代碼。

單元測試負(fù)責(zé)對最小的軟件設(shè)計(jì)單元（模塊）進(jìn)行驗(yàn)證，它使用軟件設(shè)計(jì)文檔中對模塊的描述作為指南，對重要的程序分支進(jìn)行測試以發(fā)現(xiàn)模塊中的錯誤。由于軟件模塊并不是一個單獨(dú)的程序，為了進(jìn)行單元測試還必須編寫大量額外的代碼，從而無形中增加了開發(fā)人員的工作量，目前解決這一問題比較好的方法是使用測試框架。測試框架是在用XP方法進(jìn)行單元測試時的關(guān)鍵，尤其是在需要構(gòu)造大量測試用例時更是如此，因?yàn)槿绻耆揽渴止さ姆绞絹順?gòu)造和執(zhí)行這些測試，肯定會變成一個花費(fèi)大量時間并且單調(diào)無味的工作，而測試框架則可以很好地解決這些問題。

使用Python語言的開發(fā)人員可以使用Steve Purcell編寫的PyUnit作為單元測試框架，通過將單元測試融合到PyUnit這一測試框架里，Python程序員可以更容易地增加、管理、執(zhí)行測試用例，并對測試結(jié)果進(jìn)行分析。此外，使用PyUnit還可以實(shí)現(xiàn)自動單元測試（回歸測試）。

二、規(guī)范Python單元測試

測試是一個貫穿于整個開發(fā)過程的連續(xù)過程，從某個意義上說，軟件開發(fā)的過程實(shí)際上就是測試過程。正如Martin Fowler所說的"在你不知道如何測試代碼之前，就不該編寫程序。而一旦你完成了程序，測試代碼也應(yīng)該完成。除非測試成功，你不能認(rèn)為你編寫出了可以工作的程序。"

測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，如果相同則測試成功，否則測試失敗。為了更好地理解PyUnit這一自動測試框架的作用，先來看一個簡單的例子，假設(shè)我們要對例1中的Widget類進(jìn)行測試：

        例1. widget.py

# 將要被測試的類
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)行單元測試的Python程序員很可能會寫出類似例2的測試代碼來，

    例2. manual.py

from widget import Widget
# 執(zhí)行測試的類
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!"
# 測試
if __name__ == '__main__':
  myTest = TestWidget()
  myTest.testSize()

稍一留心你不難發(fā)現(xiàn)這種手工測試方法存在許多問題。首先，測試程序的寫法沒有一定的規(guī)范可以遵循，十個程序員完全可能寫出十種不同的測試程序來，如果每個Python程序員都有自己不同的設(shè)計(jì)測試類的方法，光維護(hù)被測試的類就夠麻煩了，誰還顧得上維護(hù)測試類。其次，需要編寫大量的輔助代碼才能進(jìn)行單元測試，例1中用于測試的代碼甚至比被測試的代碼還要多，而這毫無疑問將增大Python程序員的工作量。

為了讓單元測試代碼能夠被測試和維護(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)范來編寫用于測試的代碼，具體到Python程序員來講，則是要采用PyUnit這一自動測試框架來構(gòu)造單元測試用例。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)上的單元測試標(biāo)準(zhǔn)。如果采用PyUnit來進(jìn)行同樣的測試，則測試代碼將如例3所示：

    例3. auto.py

from widget import Widget
import unittest
# 執(zhí)行測試的類
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)造測試集
def suite():
  suite = unittest.TestSuite()
  suite.addTest(WidgetTestCase("testSize"))
  return suite
# 測試
if __name__ == "__main__":
  unittest.main(defaultTest = 'suite')

在采用PyUnit這一單元測試框架后，用于測試的代碼做了相應(yīng)的改動：

•     用import語句引入unittest模塊。
•     讓所有執(zhí)行測試的類都繼承于TestCase類，可以將TestCase看成是對特定類進(jìn)行測試的方法的集合。
•     在setUp()方法中進(jìn)行測試前的初始化工作，并在tearDown()方法中執(zhí)行測試后的清除工作，setUp()和tearDown()都是TestCase類中定義的方法。
•     在testSize()中調(diào)用assertEqual()方法，對Widget類中g(shù)etSize()方法的返回值和預(yù)期值進(jìn)行比較，確保兩者是相等的，assertEqual()也是TestCase類中定義的方法。
•     提供名為suite()的全局方法，PyUnit在執(zhí)行測試的過程調(diào)用suit()方法來確定有多少個測試用例需要被執(zhí)行，可以將TestSuite看成是包含所有測試用例的一個容器。

雖然看起來有點(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試方法，測試過程不再是雜亂無章的了，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這一自動單元測試框架所帶來的最大好處。

三、自動測試框架PyUnit

在對軟件測試?yán)碚摵蚉yUnit有了一個大致了解之后，下面輔以具體的實(shí)例介紹Python程序員如何借助PyUnit來進(jìn)行單元測試。所有的代碼均在Python 2.2.2下調(diào)試通過，操作系統(tǒng)使用的是Red Hat Linux 9。

3.1 安裝

在Python中進(jìn)行單元測試時需要用到PyUnit模塊，Python 2.1及其以后的版本都將PyUnit作為一個標(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，這既可以通過直接設(shè)置PYTHONPATH環(huán)境變量來實(shí)現(xiàn)，也可以執(zhí)行以下的命令來將它們復(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 測試用例TestCase

軟件測試中最基本的組成單元是測試用例（test case），PyUnit使用TestCase類來表示測試用例，并要求所有用于執(zhí)行測試的類都必須從該類繼承。TestCase子類實(shí)現(xiàn)的測試代碼應(yīng)該是自包含（self contained）的，也就是說測試用例既可以單獨(dú)運(yùn)行，也可以和其它測試用例構(gòu)成集合共同運(yùn)行。

TestCase在PyUnit測試框架中被視為測試單元的運(yùn)行實(shí)體，Python程序員可以通過它派生自定義的測試過程與方法（測試單元），利用Command和Composite設(shè)計(jì)模式，多個TestCase還可以組合成測試用例集合。PyUnit測試框架在運(yùn)行一個測試用例時，TestCase子類定義的setUp()、runTest()和tearDown()方法被依次執(zhí)行，最簡單的測試用例只需覆蓋runTest()方法來執(zhí)行特定的測試代碼就可以了，如例4所示：

        例4. static_single.py

import unittest
# 執(zhí)行測試的類
class WidgetTestCase(unittest.TestCase):
  def runTest(self):
    widget = Widget()
    self.assertEqual(widget.getSize(), (40, 40))

而要在PyUnit測試框架中構(gòu)造上述WidgetTestCase類的一個實(shí)例，應(yīng)該不帶任何參數(shù)調(diào)用其構(gòu)造函數(shù):

testCase = WidgetTestCase()

一個測試用例通常只對軟件模塊中的一個方法進(jìn)行測試，采用覆蓋runTest()方法來構(gòu)造測試用例在PyUnit中稱為靜態(tài)方法，如果要對同一個軟件模塊中的多個方法進(jìn)行測試，通常需要構(gòu)造多個執(zhí)行測試的類，如例5所示：

        例5. static_multi.py

import unittest
# 測試getSize()方法的測試用例
class WidgetSizeTestCase(unittest.TestCase):
  def runTest(self):
    widget = Widget()
    self.assertEqual(widget.getSize(), (40, 40))
# 測試resize()方法的測試用例
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要測試的方法編寫一個測試類（該類通過覆蓋runTest()方法來執(zhí)行測試），并在每一個測試類中生成一個待測試的對象。在為同一個軟件模塊編寫測試用例時，很多時候待測對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測試類中為待測對象進(jìn)行同樣的初始化工作，而這往往是一項(xiàng)費(fèi)時且枯燥的工作。

一種更好的解決辦法是采用PyUnit提供的動態(tài)方法，只編寫一個測試類來完成對整個軟件模塊的測試，這樣對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.py

import unittest
# 執(zhí)行測試的類
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))

采用動態(tài)方法最大的好處是測試類的結(jié)構(gòu)非常好，用于測試一個軟件模塊的所有代碼都可以在同一個類中實(shí)現(xiàn)。動態(tài)方法不再覆蓋runTest()方法，而是為測試類編寫多個測試方法（按習(xí)慣這些方法通常以test開頭），在創(chuàng)建TestCase子類的實(shí)例時必須給出測試方法的名稱，來為PyUnit測試框架指明運(yùn)行該測試用例時究竟應(yīng)該調(diào)用測試類中的哪個方法：

sizeTestCase = WidgetTestCase("testSize")
resizeTestCase = WidgetTestCase("testResize")

3.3 測試用例集TestSuite

完整的單元測試很少只執(zhí)行一個測試用例，開發(fā)人員通常都需要編寫多個測試用例才能對某一軟件功能進(jìn)行比較完整的測試，這些相關(guān)的測試用例稱為一個測試用例集，在PyUnit中是用TestSuite類來表示的。

在創(chuàng)建了一些TestCase子類的實(shí)例作為測試用例之后，下一步要做的工作就是用TestSuit類來組織它們。PyUnit測試框架允許Python程序員在單元測試代碼中定義一個名為suite()的全局函數(shù)，并將其作為整個單元測試的入口，PyUnit通過調(diào)用它來完成整個測試過程。

def suite():
  suite = unittest.TestSuite()
  suite.addTest(WidgetTestCase("testSize"))
  suite.addTest(WidgetTestCase("testResize"))
  return suite

也可以直接定義一個TestSuite的子類，并在其初始化方法（__init__）中完成所有測試用例的添加：

                        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實(shí)例就可以了：

  def suite():
  return WidgetTestSuite()

如果用于測試的類中所有的測試方法都以test開，Python程序員甚至可以用PyUnit模塊提供的makeSuite()方法來構(gòu)造一個TestSuite：

  def suite():
  return unittest.makeSuite(WidgetTestCase, "test")

在PyUnit測試框架中，TestSuite類可以看成是TestCase類的一個容器，用來對多個測試用例進(jìn)行組織，這樣多個測試用例可以自動在一次測試中全部完成。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)成一個更加龐大的測試用例集：

suite1 = mysuite1.TheTestSuite()
suite2 = mysuite2.TheTestSuite()
alltests = unittest.TestSuite((suite1, suite2))

3.4 實(shí)施測試

編寫測試用例（TestCase）并將它們組織成測試用例集（TestSuite）的最終目的只有一個：實(shí)施測試并獲得最終結(jié)果。PyUnit使用TestRunner類作為測試用例的基本執(zhí)行環(huán)境，來驅(qū)動整個單元測試過程。Python開發(fā)人員在進(jìn)行單元測試時一般不直接使用TestRunner類，而是使用其子類TextTestRunner來完成測試，并將測試結(jié)果以文本方式顯示出來：

runner = unittest.TextTestRunner()
runner.run(suite)

使用TestRunner來實(shí)施測試的例子如例7所示，

    例7. text_runner.py

from widget import Widget
import unittest
# 執(zhí)行測試的類
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))    
# 測試
if __name__ == "__main__":
  # 構(gòu)造測試集
  suite = unittest.TestSuite()
  suite.addTest(WidgetTestCase("testSize"))
  suite.addTest(WidgetTestCase("testResize"))
  
  # 執(zhí)行測試
  runner = unittest.TextTestRunner()
  runner.run(suite)

要執(zhí)行該單元測試，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個測試用例，并且兩者都通過了測試：

..
----------------------------------------------------------------------
Ran 2 tests in 0.000s
OK

如果對數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，模擬出錯的情形，將會得到如下結(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 0.001s
FAILED (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)例時將一個文件對象傳遞給了構(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)動單元測試時，使用TextTestRunner類是一個不錯的選擇。

PyUnit模塊中定義了一個名為main的全局方法，使用它可以很方便地將一個單元測試模塊變成可以直接運(yùn)行的測試腳本，main()方法使用TestLoader類來搜索所有包含在該模塊中的測試方法，并自動執(zhí)行它們。如果Python程序員能夠按照約定（以test開頭）來命名所有的測試方法，那就只需要在測試模塊的最后加入如下幾行代碼即可：

  if __name__ == "__main__":
  unittest.main()

使用main()方法來實(shí)施測試的例子如例8所示，

    例8. main_runner.py

from widget import Widget
import unittest
# 執(zhí)行測試的類
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))  
# 測試
if __name__ == "__main__":
  unittest.main()

要執(zhí)行該單元測試，可以使用如下命令：

[xiaowp@gary code]$ python main_runner.py

測試類WidgetTestCase中的所有測試方法都將被自動執(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

如果在單元測試腳本中定義了TestSuite，還可以指定要運(yùn)行的測試集。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

為了使單元測試更具親合力，PyUnit軟件包中還提供了一個圖形界面測試腳本unittestgui.py，將其復(fù)制到當(dāng)前目錄后，可以執(zhí)行下面的命令來啟動該測試工具，對main_runner.py腳本中的所有測試用例進(jìn)行測試：

[xiaowp@gary code]$ python unittestgui.py main_runner

該測試工具動行時的界面如圖1所示：

圖1. 圖形測試工具

單擊Start按鈕可以開始執(zhí)行所有測試用例，測試結(jié)果將如圖2所示：

圖2 測試結(jié)果

使用圖形界面可以更好地進(jìn)行單元測試，查詢測試結(jié)果也更加方便。PyUnit對于沒有通過的測試會進(jìn)行區(qū)分，指明它是失?。╢ailure）還是錯誤（error），失敗是被assert類方法（如assertEqual）檢查到的預(yù)期結(jié)果，而錯誤則是由意外情況所引起的。

四、小結(jié)

測試是保證軟件質(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試用例，并在軟件開發(fā)過程中不斷地進(jìn)行單元測試，從而最大限度地減少缺陷(Bug)的產(chǎn)生。軟件單元測試是XP方法的基石，測試框架為程序員進(jìn)行單元測試提供了統(tǒng)一的規(guī)范，Python程序員可以使用PyUnit作為軟件開發(fā)過程中的自動單元測試框架。