使用测试优先方法开发用户界面
本文作者 未知 摘自 机电之家
1、概述
测试优先是测试驱动开发(Test-Driven Development, TDD)的核心思想，它要求在编写产品代码前先编写基于产品代码的测试代码。在测试驱动开发的单元测试中，对GUI应用实施自动测试应该是测试驱动开发的软肋之一。由于界面的操作是有由人来完成的，所以要想在GUI中完成单元自动测试是有一定难度的。Kent Beck在它的《测试驱动开发》中就曾提到过这个问题。
本文将通过一个例子来讲解在测试驱动开发中如何针对GUI进行单元测试。这个例子是 David Astels著的《测试驱动开发实用指南(影印版)》中一个关于影片列表管理的例子。该书中文版即将在国内出版。书中讨论并介绍了开发这个例子的多种方法。笔者将介绍其中的一种，并且为了方便使用C 的朋友的学习，书中的代码我用C 写了一遍，类名和变量名尽量和原书保持一致，以方便阅读该书的C 读者。在此也要感谢David Astels给我们带来如此精彩的一本书。
本文叙述背景为：CppUnit1.9.0, Visual C 6.0, Windows2000 pro。文中叙述有误之处，敬请批评指正。如果读者对CppUnit还没有一定的了解，可以先参考笔者的另一篇文章《CppUnit测试框架入门》。
2、需求分析
对于这个影片管理的应用，我们主要实现增加、删除和显示影片列表的功能。基于这些需求，我们可以画一张GUI草图。
界面的控件主要有：一个显示所有影片的列表listbox控件，一个填写新的影片名的edit控件,一个增加button控件，一个删除button控件。由此，我们的开发目标就十分的明确了。
3、编写UI测试代码
这部分的UI测试代码主要是测试各个控件是否正确生成并且是可见的，以及测试一些控件的label文字是否正确。
我们从TestCase继承一个类TestWidgets用于测试窗口，并添加四个测试，分别测试listbox、edit、add button、delete button。
class TestWidgets : public CppUnit::TestCase
{
CPPUNIT_TEST_SUITE(TestWidgets);
CPPUNIT_TEST(testList);
CPPUNIT_TEST(testField);
CPPUNIT_TEST(testAddButton);
CPPUNIT_TEST(testDeleteButton);
CPPUNIT_TEST_SUITE_END();
public:
TestWidgets();
virtual ~TestWidgets();
public:
virtual void setUp();
virtual void tearDown();
void testList();
void testField();
void testAddButton();
void testDeleteButton();
private:
MovieListWindow* m_pWindow;
};
其中,MovieListWindow是一个窗口类。我们来看看其中的一个测试，请看代码中的注释。
void TestWidgets::testAddButton()
{
//得到btn指针
CButton* pAddButton = m_pWindow->GetAddButton();
//检查是否生成btn
CPPUNIT_ASSERT(pAddButton->m_hWnd);
//检查btn是否可见
CPPUNIT_ASSERT_EQUAL(TRUE, ::IsWindowVisible(pAddButton->m_hWnd)); CString strText;
pAddButton->GetWindowText(strText);
CString strExpect = "Add";
//检查btn的Label文字是否正确
CPPUNIT_ASSERT_EQUAL(strExpect, strText);
}
编译测试代码，编译器会给我们一些出错信息。这要求我们必须马上编写产品代码以让编译通过。首先第一个要实现的产品代码就是MovieListWindow窗口类。
class AFX_EXT_CLASS MovieListWindow : public CDialog
{
public:
MovieListWindow(CWnd* pParent = NULL); // standard constructor
CListBox* GetMovieListBox(){return &m_MovieListBox;};
CEdit* GetMovieField(){return &m_MovieField;};
CButton* GetAddButton(){return &m_AddBtn;};
CButton* GetDeleteButton(){return &m_DeleteBtn;};
void Init();
// Dialog Data
//{{AFX_DATA(MovieListWindow) enum { IDD = IDD_MOVIELISTDLG }; CButton m_AddBtn; CButton m_DeleteBtn;
CEdit m_MovieField;
CListBox m_MovieListBox;
//}}AFX_DATA
// Overrides
// ClassWizard generated virtual function overrides
//{{AFX_VIRTUAL(MovieListWindow)
protected:
virtual void DoDataExchange(CDataExchange* pDX); // DDX/DDV support
//}}AFX_VIRTUAL
// Implementation
protected:
// Generated message map functions
//{{AFX_MSG(MovieListWindow)
//}}AFX_MSG
DECLARE_MESSAGE_MAP()
};
在MovieListWindow窗口类中我们实现了需要的控件以及针对这些控件的一些方法，如GetMovieListBox()等，本文在此不做详述。编译测试代码和产品代码，检查是否通过。如未通过则继续检查产品代码以使编译和测试通过。
4、编写控件行为测试代码
接下来应该是编写点击add button和delete button的测试代码了。同样,我们从TestCase继承出TestOperation：
class TestOperation : public CppUnit::TestCase
{
CPPUNIT_TEST_SUITE(TestOperation);
CPPUNIT_TEST(testMovieList);
CPPUNIT_TEST(testAdd);
CPPUNIT_TEST(testDelete);
CPPUNIT_TEST_SUITE_END();
public:
void testMovieList();
void testAdd();
void testDelete();
public:
void setUp();
void tearDown();
TestOperation();
virtual ~TestOperation();
private:
static CString LOST_IN_SPACE;
CStringArray m_MovieNames;
MovieListWindow* m_pWindow;
MovieListEditor* m_pEditor;
};
你会发现，在TestOperation类中出现了一个成员变量MovieListEditor* m_pEditor。类MovieListEditor是一个用来保存影片数据以及对影片数据进行增加，删除操作的管理类。后面我们会给出它的实现。看看setUp()做了什么：
void TestOperation::setUp()
{
//创建一个MovieListEditor实例
m_pEditor = new MovieListEditor();
m_MovieNames.RemoveAll();
//将MovieListEditor中的影片列表拷贝到m_MovieNames,为后面测试作准备 for(int n=0; n<m_pEditor->GetMovies()->GetSize(); n )
{
m_MovieNames.Add(m_pEditor->GetMovies()->GetAt(n));
}
}
我们来看看添加影片的测试，请看代码注释：
void TestOperation::testAdd()
{
//拷贝一份movie list
CStringArray MovieNamesWithAddition;
for(int n=0; n<m_MovieNames.GetSize(); n )
{
MovieNamesWithAddition.Add(m_MovieNames.GetAt(n)); }
MovieNamesWithAddition.Add(LOST_IN_SPACE);
//生成窗口
MovieListWindow *pWindow = new MovieListWindow(m_pEditor); pWindow->Init();
//填写新的影片的名称
CEdit* pEdit = pWindow->GetMovieField();
pEdit->SetWindowText(LOST_IN_SPACE);
//点击add btn
CButton* pBtn = pWindow->GetAddButton();
::SendMessage(pBtn->m_hWnd, BM_CLICK, 0, 0);
//检查列表控件中是否已加入新的影片
CListBox* pListBox = pWindow->GetMovieListBox();
CPPUNIT_ASSERT_EQUAL(MovieNamesWithAddition.GetSize(), pListBox->GetCount());
//检查列表控件中影片名是否正确
CString strNewMovieName;
pListBox->GetText(pListBox->GetCount()-1, strNewMovieName);
CPPUNIT_ASSERT_EQUAL(LOST_IN_SPACE, strNewMovieName); //销毁窗口
pWindow->DestroyWindow();
delete pWindow;
pWindow = NULL;
}
编译后会有出错信息，主要的错误有：
a)、我们把m_pEditor保存在MovieListWindow中了，这需要我们修改原来的MovieListWindow的构造函数。
b)、没有MovieListEditor类。
MovieListEditor的实现如下：
class AFX_EXT_CLASS MovieListEditor
{
public:
MovieListEditor();
virtual ~MovieListEditor();
public:
virtual CStringArray* GetMovies(){return &m_arMovieList;};
virtual void Add(CString strMovie){m_arMovieList.Add(strMovie);};
virtual void Delete(int nIndex){m_arMovieList.RemoveAt(nIndex);};
private:
CStringArray m_arMovieList;
};
再次编译,已经通过.运行测试,发现在：
CPPUNIT_ASSERT_EQUAL(MovieNamesWithAddition.GetSize(), pListBox->GetCount());
测试通不过。检查后知道原因是，我们在测试代码里：
::SendMessage(pBtn->m_hWnd, BM_CLICK, 0, 0);
给add button发送了点击按钮的消息，但是在MovieListWindow 窗口中我们没有加入消息的响应函数，因此测试没有通过。赶紧添加消息响应函数。
void MovieListWindow::onClickAddButton()
{
UpdateData();
CString strNewMovieName;
m_MovieField.GetWindowText(strNewMovieName);
if("" != strNewMovieName)
{
m_pEditor->Add(strNewMovieName);
m_MovieListBox.AddString(strNewMovieName);
}
}
编译、测试、通过。
5、Mock Objects
在删除操作的单元测试中，我们遇到的一个问题是，影片列表的数据应该是保存在一个文本文件或者数据库当中的，如果我们编写的测试依赖于这些实际的文件或数据库，那么我们的测试就会受制于这些外部的资源。一旦文件或者数据库里的数据发生变化，必然会波及到我们的测试代码，从而产生错误的测试信息。前面的MovieListEditor中我们没有加入一些初始化的数据,在测试删除操作时会遇到一些问题 。
这里，我们引入Mock Objects。Mock Objects用来模拟外部复杂的资源（如数据库，网络连接等），使UI可以测试那些依赖于这些复杂外界资源的模块。例如在测试一个跟数据库有关系的模块时，我们并不一定要建立一个真实的数据库连接，而只需建立一个Mock Objects就可以了。测试所需的数据都存在于这个Mock Objects。可以说，Mock Objects为我们提供了一个轻量级的、可控制的、高效的模型。
在本例中，影片的增加、删除都会跟文件或数据库操作发生关系。这时我们就可以利用Mock Objects来隔离测试代码与文件或数据库。使用Mock Objects一般有以下几个步骤：
a)、定义一个外部资源的接口.(这个接口一般是可以在重构过程中提炼出来的)。 b)、定义一个Mock Objects，从外部资源的接口继承下来，实现外部资源的接口。 c)、创建一个Mock Objects，并设置它的内部期望值。
d)、把创建的这个Mock Objects传递给需要测试的模块进行操作。
e)、操作完毕后将Mock Objects内部的状态与期待状态比较。 现在我们就根据这个步骤来实现本例子中的Mock Objects.通过对前面的代码进行重构,我们可以提炼出一个接口MovieListEditor：
class AFX_EXT_CLASS MovieListEditor
{
public:
MovieListEditor();
virtual ~MovieListEditor();
public:
virtual CStringArray* GetMovies()=0;
virtual void Add(CString strMovie)=0;
virtual void Delete(int nIndex)=0;
};
请注意它和前面我们定义的MovieListEditor的不同。接下来，我们应该定义一个Mock Objects，当然它是从MovieListEditor继承下来的：
class mockEditor : public MovieListEditor
{
public:
mockEditor();
virtual ~mockEditor();
public:
virtual CStringArray* GetMovies(){return &m_arMovieList;};
virtual void Add(CString strMovie){m_arMovieList.Add(strMovie);};
virtual void Delete(int nIndex){m_arMovieList.RemoveAt(nIndex);};
private:
CStringArray m_arMovieList;
};
然后给这个Mock Objects设置初识值，我们选择在它的构造函数里进行。
mockEditor::mockEditor()
{
m_arMovieList.Add("Star Wars");
m_arMovieList.Add("Star Trek");
m_arMovieList.Add("Stargate");
}
我们添加了三个影片用于测试。接着，应该把这个MockObjects的一个实例传递给需要测试的模块。这里就是我们要测试的UI(MovieListWindow)。
m_pEditor = new mockEditor();
MovieListWindow *pWindow = new MovieListWindow(m_pEditor);
最后我们来看看经过修改后的新的测试添加影片的方法：
void TestOperation::testAdd()
{
//拷贝一份movie list
CStringArray MovieNamesWithAddition;
for(int n=0; n<m_MovieNames.GetSize(); n )
{
MovieNamesWithAddition.Add(m_MovieNames.GetAt(n)); }
MovieNamesWithAddition.Add(LOST_IN_SPACE);
//生成窗口
MovieListWindow *pWindow = new MovieListWindow(m_pEditor); pWindow->Init();
//填写新的影片的名称
CEdit* pEdit = pWindow->GetMovieField();
pEdit->SetWindowText(LOST_IN_SPACE);
//点击add btn
CButton* pBtn = pWindow->GetAddButton();
::SendMessage(pBtn->m_hWnd, BM_CLICK, 0, 0);
//检查列表控件中是否已加入新的影片
CListBox* pListBox = pWindow->GetMovieListBox();
CPPUNIT_ASSERT_EQUAL(MovieNamesWithAddition.GetSize(), pListBox->GetCount());
//将Mock Objects的内部数据和期望值进行比较
CPPUNIT_ASSERT_EQUAL(MovieNamesWithAddition.GetSize(), m_pEditor->GetMovies()->GetSize());
//检查列表控件中影片名是否正确
CString strNewMovieName;
pListBox->GetText(pListBox->GetCount()-1, strNewMovieName);
CPPUNIT_ASSERT_EQUAL(LOST_IN_SPACE, strNewMovieName); //将Mock Objects的内部数据和期望值进行比较
int nIndex = m_pEditor->GetMovies()->GetSize();
CPPUNIT_ASSERT_EQUAL(LOST_IN_SPACE,
m_pEditor->GetMovies()->GetAt(nIndex-1));
//销毁窗口
pWindow->DestroyWindow();
delete pWindow;
pWindow = NULL;
}
请注意，这里测试的数据都是mockEditor里的，而且在UI进行添加操作后，还将mockEditor内部的状态与期待状态做了比较。
CPPUNIT_ASSERT_EQUAL(MovieNamesWithAddition.GetSize(),
m_pEditor->GetMovies()->GetSize());
CPPUNIT_ASSERT_EQUAL(LOST_IN_SPACE,
m_pEditor->GetMovies()->GetAt(nIndex-1));
其他删除操作的测试跟添加类似，在此不做详述。至此，我们就完成了这个GUI应用程序的开发。
6、源码说明
本文附带的代码包括三个Project，分别是Movie、 GuiTestFirst、AppMovieList.Movie是产品代码.GuiTestFirst是测试代码。AppMovieList是使用Movie输出的产品代码而写的应用程序，它从MovieListEditor继承出一个新的影片管理类 MyEditor。它主要是演示如何使用我们提炼出来的MovieListEditor接口。例如你可以实现CXmlMovieListEditor，CAccessMovieListEditor等等。进入GuiTestFirst打开所有这些工程。
7、总结
a)、对GUI应用实施测试优先开发方法，这在测试驱动开发中并不是必须的，可根据开发的实际情况来选择。
b)、我们通过引入Mock Objects，我们使测试代码和外部复杂的资源隔离开来，同时也使我们能够从中既有代码中提炼出清晰的接口，使代码整洁可用。
8、参考资料
《测试驱动开发实用指南(影印版)》David Astels
《测试驱动开发(中文版)》Kent Beck
《Endo-Testing: Unit Testing with Mock Objects》Tim Mackinnon, Steve Freeman, Philip Craig
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