1、概述
測試優先是測試驅動開發(Test-Driven Development, TDD)的核心思想，它要求在編寫產品代碼前先編寫基於產品代碼的測試代碼。在測試驅動開發的單元測試中，對GUI應用實施自動測試應該是測試驅動開發的軟肋之一。由於界面的操作是有由人來完成的，所以要想在GUI中完成單元自動測試是有一定難度的。Kent Beck在它的《測試驅動開發》中就曾提到過這個問題。
本文將通過一個例子來講解在測試驅動開發中如何針對GUI進行單元測試。這個例子是David Astels著的《測試驅動開發實用指南(影印版)》中一個關於影片列表管理的例子。該書中文版即將在國內出版。書中討論並介紹了開發這個例子的多種方法。筆者將介紹其中的一種，並且為了方便使用C++的朋友的學習，書中的代碼我用C++寫了一遍，類名和變量名盡量和原書保持一致，以方便閱讀該書的C++讀者。在此也要感謝David Astels給我們帶來如此精彩的一本書。
本文敘述背景為：CppUnit1.9.0, Visual C++ 6.0, Windows2000 pro。文中敘述有誤之處，敬請批評指正。如果讀者對CppUnit還沒有一定的了解，可以先參考筆者的另一篇文章《CppUnit測試框架入門》。
2、需求分析
對於這個影片管理的應用，我們主要實現增加、刪除和顯示影片列表的功能。基於這些需求，我們可以畫一張GUI草圖，如圖1：
圖1
界面的控件主要有：一個顯示所有影片的列表listbox控件，一個填寫新的影片名的edit控件,一個增加button控件，一個刪除button控件。由此，我們的開發目標就十分的明確了。
3、編寫UI測試代碼
這部分的UI測試代碼主要是測試各個控件是否正確生成並且是可見的，以及測試一些控件的label文字是否正確。
我們從TestCase繼承一個類TestWidgets用於測試窗口，並添加四個測試，分別測試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是一個窗口類。我們來看看其中的一個測試，請看代碼中的注釋。
void TestWidgets::testAddButton()
{
//得到btn指針
CButton* pAddButton = m_pWindow->GetAddButton();
//檢查是否生成btn
CPPUNIT_ASSERT(pAddButton->m_hWnd);
//檢查btn是否可見
CPPUNIT_ASSERT_EQUAL(TRUE, ::IsWindowVisible(pAddButton->m_hWnd));
CString strText;
pAddButton->GetWindowText(strText);
CString strExpect = "Add";
//檢查btn的Label文字是否正確
CPPUNIT_ASSERT_EQUAL(strExpect, strText);
}
編譯測試代碼，編譯器會給我們一些出錯信息。這要求我們必須馬上編寫產品代碼以讓編譯通過。首先第一個要實現的產品代碼就是MovieListWindow窗口類。
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窗口類中我們實現了需要的控件以及針對這些控件的一些方法，如GetMovieListBox()等，本文在此不做詳述。編譯測試代碼和產品代碼，檢查是否通過。如未通過則繼續檢查產品代碼以使編譯和測試通過。
4、編寫控件行為測試代碼
接下來應該是編寫點擊add button和delete button的測試代碼了。同樣,我們從TestCase繼承出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;
};
你會發現，在TestOperation類中出現了一個成員變量MovieListEditor* m_pEditor。類MovieListEditor是一個用來保存影片數據以及對影片數據進行增加 ，刪除操作的管理類。後面我們會給出它的實現。看看setUp()做了什麼：
void TestOperation::setUp()
{
//創建一個MovieListEditor實例
m_pEditor = new MovieListEditor();
m_MovieNames.RemoveAll();
//將MovieListEditor中的影片列表拷貝到m_MovieNames,為後面測試作准備
for(int n=0; n<m_pEditor->GetMovies()->GetSize(); n++)
{
m_MovieNames.Add(m_pEditor->GetMovies()->GetAt(n));
}
}
我們來看看添加影片的測試，請看代碼注釋：
void TestOperation::testAdd()
{
//拷貝一份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();
//填寫新的影片的名稱
CEdit* pEdit = pWindow->GetMovieField();
pEdit->SetWindowText(LOST_IN_SPACE);
//點擊add btn
CButton* pBtn = pWindow->GetAddButton();
::SendMessage(pBtn->m_hWnd, BM_CLICK, 0, 0);
//檢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());
//檢查列表控件中影片名是否正確
CString strNewMovieName;
pListBox->GetText(pListBox->GetCount()-1, strNewMovieName);
CPPUNIT_ASSERT_EQUAL(LOST_IN_SPACE, strNewMovieName);
//銷毀窗口
pWindow->DestroyWindow();
delete pWindow;
pWindow = NULL;
}
編譯後會有出錯信息，主要的錯誤有：
a)、我們把m_pEditor保存在MovieListWindow中了，這需要我們修改原來的MovieListWindow的構造函數。
b)、沒有MovieListEditor類。
MovieListEditor的實現如下：
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;
};
再次編譯,已經通過.運行測試,發現在：
CPPUNIT_ASSERT_EQUAL(MovieNamesWithAddition.GetSize(), pListBox->GetCount());
測試通不過。檢查後知道原因是，我們在測試代碼裡：
::SendMessage(pBtn->m_hWnd, BM_CLICK, 0, 0);
給add button發送了點擊按鈕的消息，但是在MovieListWindow 窗口中我們沒有加入消息的響應函數，因此測試沒有通過。趕緊添加消息響應函數。
void MovieListWindow::OnClickAddButton()
{
UpdateData();
CString strNewMovieName;
m_MovieField.GetWindowText(strNewMovieName);
if("" != strNewMovieName)
{
m_pEditor->Add(strNewMovieName);
m_MovieListBox.AddString(strNewMovieName);
}
}
編譯、測試、通過。
5、Mock Objects
在刪除操作的單元測試中，我們遇到的一個問題是，影片列表的數據應該是保存在一個文本文件或者數據庫當中的，如果我們編寫的測試依賴於這些實際的文件或數據庫，那麼我們的測試就會受制於這些外部的資源。一旦文件或者數據庫裡的數據發生變化，必然會波及到我們的測試代碼，從而產生錯誤的測試信息。前面的MovieListEditor中我們沒有加入一些初始化的數據,在測試刪除操作時會遇到一些問題 。
這裡，我們引入Mock Objects。Mock Objects用來模擬外部復雜的資源（如數據庫，網絡連接等），使UI可以測試那些依賴於這些復雜外界資源的模塊。例如在測試一個跟數據庫有關系的模塊時，我們並不一定要建立一個真實的數據庫連接，而只需建立一個Mock Objects就可以了。測試所需的數據都存在於這個Mock Objects。可以說，Mock Objects為我們提供了一個輕量級的、可控制的、高效的模型。
在本例中，影片的增加、刪除都會跟文件或數據庫操作發生關系。這時我們就可以利用Mock Objects來隔離測試代碼與文件或數據庫。使用Mock Objects一般有以下幾個步驟：
a)、定義一個外部資源的接口.(這個接口一般是可以在重構過程中提煉出來的)。
b)、定義一個Mock Objects，從外部資源的接口繼承下來，實現外部資源的接口。
c)、創建一個Mock Objects，並設置它的內部期望值。
d)、把創建的這個Mock Objects傳遞給需要測試的模塊進行操作。
e)、操作完畢後將Mock Objects內部的狀態與期待狀態比較。 現在我們就根據這個步驟來實現本例子中的Mock Objects.通過對前面的代碼進行重構,我們可以提煉出一個接口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;
};
請注意它和前面我們定義的MovieListEditor的不同。接下來，我們應該定義一個Mock Objects，當然它是從MovieListEditor繼承下來的：
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;
};
然後給這個Mock Objects設置初識值，我們選擇在它的構造函數裡進行。
mockEditor::mockEditor()
{
m_arMovieList.Add("Star Wars");
m_arMovieList.Add("Star Trek");
m_arMovieList.Add("Stargate");
}
我們添加了三個影片用於測試。接著，應該把這個MockObjects的一個實例傳遞給需要測試的模塊。這裡就是我們要測試的UI(MovieListWindow)。
m_pEditor = new mockEditor();
MovieListWindow *pWindow = new MovieListWindow(m_pEditor);
最後我們來看看經過修改後的新的測試添加影片的方法：
void TestOperation::testAdd()
{
//拷貝一份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();
//填寫新的影片的名稱
CEdit* pEdit = pWindow->GetMovieField();
pEdit->SetWindowText(LOST_IN_SPACE);
//點擊add btn
CButton* pBtn = pWindow->GetAddButton();
::SendMessage(pBtn->m_hWnd, BM_CLICK, 0, 0);
//檢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());
//將Mock Objects的內部數據和期望值進行比較
CPPUNIT_ASSERT_EQUAL(MovieNamesWithAddition.GetSize(),
m_pEditor->GetMovies()->GetSize());
//檢查列表控件中影片名是否正確
CString strNewMovieName;
pListBox->GetText(pListBox->GetCount()-1, strNewMovieName);
CPPUNIT_ASSERT_EQUAL(LOST_IN_SPACE, strNewMovieName);
//將Mock Objects的內部數據和期望值進行比較
int nIndex = m_pEditor->GetMovies()->GetSize();
CPPUNIT_ASSERT_EQUAL(LOST_IN_SPACE, m_pEditor->GetMovies()->GetAt(nIndex-1));
//銷毀窗口
pWindow->DestroyWindow();
delete pWindow;
pWindow = NULL;
}
請注意，這裡測試的數據都是mockEditor裡的，而且在UI進行添加操作後，還將mockEditor內部的狀態與期待狀態做了比較。
CPPUNIT_ASSERT_EQUAL(MovieNamesWithAddition.GetSize(), m_pEditor->GetMovies()->GetSize());
CPPUNIT_ASSERT_EQUAL(LOST_IN_SPACE, m_pEditor->GetMovies()->GetAt(nIndex-1));
其他刪除操作的測試跟添加類似，在此不做詳述。至此，我們就完成了這個GUI應用程序的開發。所有的測試如圖2所示：
圖2
6、源碼說明
本文附帶的代碼包括三個Project，分別是Movie、GuiTestFirst、AppMovieList.Movie是產品代碼.GuiTestFirst是測試代碼 。AppMovieList是使用Movie輸出的產品代碼而寫的應用程序，它從MovieListEditor繼承出一個新的影片管理類MyEditor。它主要是演示如何使用我們提煉出來的MovieListEditor接口 。例如你可以實現CXmlMovieListEditor，CAccessMovieListEditor等等。進入GuiTestFirst打開所有這些工程。AppMovieList運行如圖3所示 ：
圖3
7、總結
a)、對GUI應用實施測試優先開發方法，這在測試驅動開發中並不是必須的，可根據開發的實際情況來選擇。
b)、我們通過引入Mock Objects，我們使測試代碼和外部復雜的資源隔離開來，同時也使我們能夠從中既有代碼中提煉出清晰的接口，使代碼整潔可用。
8、參考資料
