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= C++ Catch2 单元测试框架 =

== 简介 ==
'''Catch2''' 是一个现代、轻量级的 C++ 单元测试框架，以其简洁的语法和强大的功能著称。它采用纯头文件设计，无需预编译，支持 BDD（行为驱动开发）风格和传统单元测试风格，是 C++11 及以上版本项目的理想测试工具。

主要特点：
* 零外部依赖，仅需单个头文件
* 测试用例自动注册
* 支持标签化测试组织和过滤
* 提供丰富的断言宏
* 可输出多种格式的测试报告

== 安装与配置 ==
=== 获取 Catch2 ===
从 [https://github.com/catchorg/Catch2 GitHub] 下载最新版本的 <code>catch.hpp</code>，或通过包管理器安装：

<syntaxhighlight lang="bash">
# 使用 vcpkg
vcpkg install catch2

# 使用 conan
conan install catch2/2.13.7
</syntaxhighlight>

=== 基本项目集成 ===
最简单的使用方式是将 <code>catch.hpp</code> 包含到测试文件中：

<syntaxhighlight lang="cpp">
#define CATCH_CONFIG_MAIN  // 生成 main()
#include "catch.hpp"
</syntaxhighlight>

== 核心概念 ==
=== 测试用例 ===
基本测试用例结构：

<syntaxhighlight lang="cpp">
TEST_CASE("测试描述", "[标签1][标签2]") {
    // 测试代码
    REQUIRE(expression);  // 断言
}
</syntaxhighlight>

=== 断言宏 ===
Catch2 提供多种断言风格：

{| class="wikitable"
|+ 主要断言宏
! 类型 !! 宏 !! 说明

| 要求断言 || <code>REQUIRE(expr)</code> || 失败时终止测试用例

| 检查断言 || <code>CHECK(expr)</code> || 失败时继续执行

| 浮点比较 || <code>REQUIRE(1.0 == Approx(0.999).epsilon(0.01))</code> || 带容差的浮点比较

| 异常检查 || <code>REQUIRE_THROWS(expr)</code> || 验证是否抛出异常
|}

== 实际示例 ==
=== 示例1：字符串处理测试 ===
测试字符串反转函数：

<syntaxhighlight lang="cpp">
#include <string>
#include <algorithm>

std::string reverse_string(const std::string& str) {
    std::string result(str);
    std::reverse(result.begin(), result.end());
    return result;
}

TEST_CASE("字符串反转", "[string][algorithm]") {
    SECTION("基本反转") {
        REQUIRE(reverse_string("hello") == "olleh");
        REQUIRE(reverse_string("") == "");
    }
    
    SECTION("Unicode支持") {
        REQUIRE(reverse_string("こんにちは") == "はちにんこ");
    }
}
</syntaxhighlight>

输出示例：
<pre>
All tests passed (4 assertions in 2 test cases)
</pre>

=== 示例2：数学运算测试 ===
测试阶乘函数：

<syntaxhighlight lang="cpp">
unsigned int factorial(unsigned int n) {
    return n <= 1 ? 1 : n * factorial(n - 1);
}

TEST_CASE("阶乘计算", "[math][recursion]") {
    REQUIRE(factorial(0) == 1);
    REQUIRE(factorial(1) == 1);
    REQUIRE(factorial(5) == 120);
    REQUIRE(factorial(10) == 3628800);
}
</syntaxhighlight>

== 高级特性 ==
=== 参数化测试 ===
使用 <code>GENERATE</code> 创建数据驱动测试：

<syntaxhighlight lang="cpp">
TEST_CASE("参数化测试示例", "[generators]") {
    auto x = GENERATE(1, 2, 3, 5, 7);
    
    SECTION("测试素数") {
        REQUIRE(is_prime(x));
    }
}
</syntaxhighlight>

=== BDD 风格 ===
行为驱动开发风格：

<syntaxhighlight lang="cpp">
SCENARIO("银行账户操作", "[account][bdd]") {
    GIVEN("一个新账户") {
        Account account(100);
        
        WHEN("存入50元") {
            account.deposit(50);
            
            THEN("余额正确") {
                REQUIRE(account.balance() == 150);
            }
        }
    }
}
</syntaxhighlight>

=== 测试夹具 ===
共享测试设置：

<syntaxhighlight lang="cpp">
class DatabaseFixture {
protected:
    Database db;
public:
    DatabaseFixture() : db("test.db") { db.connect(); }
    ~DatabaseFixture() { db.disconnect(); }
};

TEST_CASE_METHOD(DatabaseFixture, "数据库查询", "[database]") {
    REQUIRE(db.query("SELECT * FROM users").size() > 0);
}
</syntaxhighlight>

== 测试组织与执行 ==
=== 标签系统 ===
Catch2 的标签可以用于过滤测试：

<mermaid>
graph TD
    A[所有测试] --> B[核心功能]
    A --> C[性能测试]
    A --> D[数据库测试]
    B --> E[字符串处理]
    B --> F[数学运算]
</mermaid>

执行特定标签的测试：
<pre>
./tests [math]          # 只运行数学相关测试
./tests ~[database]     # 排除数据库测试
</pre>

=== 测试报告 ===
支持多种格式输出：
* 控制台 (默认)
* JUnit 格式 (CI 集成)
* XML 格式
* TAP 格式

== 最佳实践 ==
1. 保持测试独立，不依赖执行顺序
2. 为每个测试用例使用描述性名称
3. 合理使用 SECTION 组织相关断言
4. 将慢速测试标记为 <code>[!slow]</code>
5. 定期运行测试，最好集成到构建流程中

== 常见问题 ==
=== 测试未执行 ===
可能原因：
* 未定义 <code>CATCH_CONFIG_MAIN</code>
* 测试被标签过滤排除
* 测试代码未被编译

=== 浮点比较问题 ===
正确方式：
<syntaxhighlight lang="cpp">
REQUIRE(1.0/3.0 == Approx(0.333333).epsilon(0.0001));
</syntaxhighlight>

== 性能考量 ==
Catch2 的编译时开销较大，建议：
* 将测试实现与声明分离
* 使用预编译头
* 在大型项目中考虑拆分测试二进制文件

== 与其他框架比较 ==
{| class="wikitable"
|+ 测试框架对比
! 特性 !! Catch2 !! Google Test !! Boost.Test

| 头文件方式 || ✔️ || ❌ || ❌
| BDD 支持 || ✔️ || ❌ || ✔️
| 标签系统 || ✔️ || ❌ || ✔️
| 断言数量 || 中等 || 多 || 多
| 学习曲线 || 低 || 中 || 高
|}

== 延伸学习 ==
* 测试驱动开发(TDD)方法论
* 模拟对象(Mock)技术
* 代码覆盖率工具
* 持续集成中的测试集成

[[Category:编程语言]]
[[Category:C++]]
[[Category:C++ 调试与测试]]