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= C++ GoogleTest =

GoogleTest（简称gtest）是Google开发的C++单元测试框架，用于编写自动化测试用例。它支持多种测试模式（如单元测试、集成测试），提供丰富的断言宏和测试组织工具，是C++项目中广泛采用的测试解决方案。

== 核心概念 ==
=== 测试用例结构 ===
GoogleTest中测试由以下层级构成：
* '''测试套件（Test Suite）'''：一组相关测试用例的集合
* '''测试用例（Test Case）'''：独立的测试单元
* '''断言（Assertion）'''：验证条件是否满足的检查点

<mermaid>
graph TD
    A[Test Program] --> B[Test Suite 1]
    A --> C[Test Suite 2]
    B --> D[Test Case A]
    B --> E[Test Case B]
    C --> F[Test Case C]
    D --> G[Assertion 1]
    D --> H[Assertion 2]
</mermaid>

=== 断言类型 ===
GoogleTest提供两类断言：
* '''非致命断言'''：<code>EXPECT_*</code>，测试继续执行即使失败
* '''致命断言'''：<code>ASSERT_*</code>，失败时立即终止当前测试

常见断言示例：
{| class="wikitable"
|-
! 断言类型 !! 示例 !! 说明
|-
| 相等检查 || <code>EXPECT_EQ(a, b)</code> || 验证a == b
|-
| 布尔检查 || <code>ASSERT_TRUE(cond)</code> || 验证条件为真
|-
| 异常检查 || <code>EXPECT_THROW(stmt, exc_type)</code> || 验证语句抛出指定异常
|}

== 安装与配置 ==
=== Linux安装 ===
<syntaxhighlight lang="bash">
# 下载源码
git clone https://github.com/google/googletest.git
cd googletest
mkdir build && cd build
cmake ..
make
sudo make install  # 安装到系统目录
</syntaxhighlight>

=== CMake集成 ===
现代C++项目通常通过CMake集成GoogleTest：
<syntaxhighlight lang="cmake">
find_package(GTest REQUIRED)
include_directories(${GTEST_INCLUDE_DIRS})

add_executable(MyTests test1.cpp test2.cpp)
target_link_libraries(MyTests ${GTEST_LIBRARIES} pthread)
</syntaxhighlight>

== 基础用法示例 ==
=== 简单测试用例 ===
<syntaxhighlight lang="cpp">
#include <gtest/gtest.h>

// 被测函数
int Factorial(int n) {
    return n <= 1 ? 1 : n * Factorial(n - 1);
}

// 测试套件定义
TEST(FactorialTest, HandlesPositiveInput) {
    EXPECT_EQ(Factorial(1), 1);
    EXPECT_EQ(Factorial(2), 2);
    EXPECT_EQ(Factorial(3), 6);
    EXPECT_EQ(Factorial(10), 3628800);
}

TEST(FactorialTest, HandlesZeroInput) {
    ASSERT_EQ(Factorial(0), 1);
}

int main(int argc, char **argv) {
    testing::InitGoogleTest(&argc, argv);
    return RUN_ALL_TESTS();
}
</syntaxhighlight>

输出示例：
<pre>
[==========] Running 2 tests from 1 test suite.
[----------] Global test environment set-up.
[----------] 2 tests from FactorialTest
[ RUN      ] FactorialTest.HandlesPositiveInput
[       OK ] FactorialTest.HandlesPositiveInput (0 ms)
[ RUN      ] FactorialTest.HandlesZeroInput
[       OK ] FactorialTest.HandlesZeroInput (0 ms)
[==========] 2 tests from 1 test suite ran. (2 ms total)
[  PASSED  ] 2 tests.
</pre>

== 高级特性 ==
=== 测试夹具（Test Fixtures） ===
用于共享测试配置和资源：
<syntaxhighlight lang="cpp">
class StackTest : public ::testing::Test {
protected:
    void SetUp() override {
        stack.push(1);
        stack.push(2);
    }

    void TearDown() override {
        // 清理代码
    }

    std::stack<int> stack;
};

TEST_F(StackTest, PushIncreasesSize) {
    stack.push(3);
    ASSERT_EQ(stack.size(), 3);
}

TEST_F(StackTest, PopReturnsLastValue) {
    int val = stack.top();
    stack.pop();
    EXPECT_EQ(val, 2);
    EXPECT_EQ(stack.size(), 1);
}
</syntaxhighlight>

=== 参数化测试 ===
允许使用不同参数运行相同测试逻辑：
<syntaxhighlight lang="cpp">
class IsPrimeTest : public ::testing::TestWithParam<int> {};

TEST_P(IsPrimeTest, HandlesVariousInputs) {
    int n = GetParam();
    EXPECT_TRUE(IsPrime(n));
}

INSTANTIATE_TEST_SUITE_P(PrimeValues, IsPrimeTest,
    ::testing::Values(2, 3, 5, 7, 11, 13, 17));
</syntaxhighlight>

=== 类型参数化测试 ===
支持模板测试：
<syntaxhighlight lang="cpp">
template <typename T>
class VectorTest : public ::testing::Test {};

using MyTypes = ::testing::Types<int, float, double>;
TYPED_TEST_SUITE(VectorTest, MyTypes);

TYPED_TEST(VectorTest, InitialSizeIsZero) {
    std::vector<TypeParam> vec;
    EXPECT_EQ(vec.size(), 0);
}
</syntaxhighlight>

== 实际应用案例 ==
=== 数学库测试 ===
验证矩阵运算库的正确性：
<syntaxhighlight lang="cpp">
TEST(MatrixTest, Multiplication) {
    Matrix a = {{1, 2}, {3, 4}};
    Matrix b = {{5, 6}, {7, 8}};
    Matrix expected = {{19, 22}, {43, 50}};
    
    Matrix result = Multiply(a, b);
    
    for (int i = 0; i < 2; ++i) {
        for (int j = 0; j < 2; ++j) {
            EXPECT_NEAR(result[i][j], expected[i][j], 1e-5);
        }
    }
}
</syntaxhighlight>

=== 网络协议测试 ===
验证协议解析器：
<syntaxhighlight lang="cpp">
TEST(ProtocolTest, ParsesValidPacket) {
    Packet p = ParsePacket("\x01\x02\x03\x04");
    EXPECT_EQ(p.header, 0x01);
    EXPECT_EQ(p.length, 0x02);
    EXPECT_EQ(p.type, 0x03);
    EXPECT_EQ(p.checksum, 0x04);
}

TEST(ProtocolTest, ThrowsOnShortPacket) {
    EXPECT_THROW(ParsePacket("\x01\x02"), InvalidPacketError);
}
</syntaxhighlight>

== 最佳实践 ==
* 测试命名应清晰表达测试目的
* 每个测试用例应聚焦单一功能点
* 优先使用<code>EXPECT_</code>而非<code>ASSERT_</code>以获取更多失败信息
* 测试应独立，不依赖执行顺序
* 定期运行测试（建议集成到CI/CD流程中）

== 数学公式支持 ==
当测试涉及数学计算时，可明确表达预期关系：
<math>
\sum_{i=1}^n i^2 = \frac{n(n+1)(2n+1)}{6}
</math>

对应测试用例：
<syntaxhighlight lang="cpp">
TEST(SumOfSquaresTest, ValidatesFormula) {
    int n = 10;
    int expected = n*(n+1)*(2*n+1)/6;
    EXPECT_EQ(SumOfSquares(n), expected);
}
</syntaxhighlight>

== 调试技巧 ==
* 使用<code>--gtest_filter</code>运行特定测试
* <code>--gtest_repeat=N</code>重复测试N次
* <code>--gtest_break_on_failure</code>在失败时启动调试器
* 使用<code>SCOPED_TRACE</code>定位失败位置

通过系统学习GoogleTest，开发者可以构建健壮的测试体系，显著提高C++代码质量和可维护性。

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