如何有效地测试 Windows API？

我仍然无法向自己证明 TDD 的合理性。正如我在其他问题中提到的，我编写的 90% 的代码绝对不执行任何操作

1. 调用一些Windows API函数并
2. 打印出从所述函数返回的数据。

花在 TDD 下处理代码所需的假数据上的时间是令人难以置信的——我花在花在示例数据上的时间实际上是编写应用程序代码的时间的 5 倍。

这个问题的部分原因是，我经常针对我几乎没有经验的 API 进行编程，这迫使我编写小型应用程序来向我展示真实 API 的行为方式，以便我可以在该 API 之上编写有效的伪造/模拟。首先编写实现与 TDD 相反，但在这种情况下这是不可避免的：我不知道真正的 API 的行为如何，那么我到底如何能够在不使用它的情况下创建 API 的假实现呢？

我读过几本关于这个主题的书，包括 Kent Beck 的《测试驱动开发，通过示例》和 Michael Feathers 的《有效处理遗留代码》，这似乎是 TDD 狂热者的福音。 Feathers 的书在描述打破依赖关系的方式上很接近，但即便如此，提供的示例也有一个共同点：

• 被测程序从被测程序的其他部分获取输入。

我的程序不遵循这种模式。相反，程序本身的唯一输入是它运行的系统。

如何在这样的项目中有效地运用 TDD？在实际使用该 API 之前，我已经将大部分 API 封装在 C++ 类中，但有时包装本身可能会变得相当复杂 https://stackoverflow.com/questions/2531874/how-might-i-wrap-the-findxfile-style-apis-to-the-stl-style-iterator-pattern-in-c，并值得他们自己的测试。

请参阅下面的 FindFirstFile/FindNextFile/FindClose 示例

I use 谷歌模拟 https://github.com/google/googletest/blob/master/googlemock/README.md。对于外部 API，我通常创建一个接口类。假设我要调用 fopen、fwrite、fclose

class FileIOInterface {
public:
  ~virtual FileIOInterface() {}

  virtual FILE* Open(const char* filename, const char* mode) = 0;
  virtual size_t Write(const void* data, size_t size, size_t num, FILE* file) = 0;
  virtual int Close(FILE* file) = 0;
};

实际的实现是这样的

class FileIO : public FileIOInterface {
public:
  virtual FILE* Open(const char* filename, const char* mode) {
    return fopen(filename, mode);
  }

  virtual size_t Write(const void* data, size_t size, size_t num, FILE* file) {
    return fwrite(data, size, num, file);
  }

  virtual int Close(FILE* file) {
    return fclose(file);
  }
};

然后使用 googlemock 我创建一个像这样的 MockFileIO 类

class MockFileIO : public FileIOInterface {
public:
  virtual ~MockFileIO() { }

  MOCK_MEHTOD2(Open, FILE*(const char* filename, const char* mode));
  MOCK_METHOD4(Write, size_t(const void* data, size_t size, size_t num, FILE* file));
  MOCK_METHOD1(Close, int(FILE* file));
}

这使得编写测试变得容易。我不必提供打开/写入/关闭的测试实现。 googlemock 为我处理这个问题。 （注意我使用谷歌测试 http://code.google.com/p/googletest/对于我的单元测试框架。）

假设我有一个这样的函数需要测试

// Writes a file, returns true on success.
bool WriteFile(FileIOInterface fio, const char* filename, const void* data, size_size) {
   FILE* file = fio.Open(filename, "wb");
   if (!file) {
     return false;
   }

   if (fio.Write(data, 1, size, file) != size) {
     return false;
   }

   if (fio.Close(file) != 0) {
     return false;
   }

   return true;
}

这是测试。

TEST(WriteFileTest, SuccessWorks) {
  MockFileIO fio;

  static char data[] = "hello";
  const char* kName = "test";
  File test_file;

  // Tell the mock to expect certain calls and what to 
  // return on those calls.
  EXPECT_CALL(fio, Open(kName, "wb")
      .WillOnce(Return(&test_file));
  EXPECT_CALL(fio, Write(&data, 1, sizeof(data), &test_file))
      .WillOnce(Return(sizeof(data)));
  EXPECT_CALL(file, Close(&test_file))
      .WillOnce(Return(0));

  EXPECT_TRUE(WriteFile(kName, &data, sizeof(data));
}

TEST(WriteFileTest, FailsIfOpenFails) {
  MockFileIO fio;

  static char data[] = "hello";
  const char* kName = "test";
  File test_file;

  // Tell the mock to expect certain calls and what to 
  // return on those calls.
  EXPECT_CALL(fio, Open(kName, "wb")
      .WillOnce(Return(NULL));

  EXPECT_FALSE(WriteFile(kName, &data, sizeof(data));
}

TEST(WriteFileTest, FailsIfWriteFails) {
  MockFileIO fio;

  static char data[] = "hello";
  const char* kName = "test";
  File test_file;

  // Tell the mock to expect certain calls and what to 
  // return on those calls.
  EXPECT_CALL(fio, Open(kName, "wb")
      .WillOnce(Return(&test_file));
  EXPECT_CALL(fio, Write(&data, 1, sizeof(data), &test_file))
      .WillOnce(Return(0));

  EXPECT_FALSE(WriteFile(kName, &data, sizeof(data));
}

TEST(WriteFileTest, FailsIfCloseFails) {
  MockFileIO fio;

  static char data[] = "hello";
  const char* kName = "test";
  File test_file;

  // Tell the mock to expect certain calls and what to 
  // return on those calls.
  EXPECT_CALL(fio, Open(kName, "wb")
      .WillOnce(Return(&test_file));
  EXPECT_CALL(fio, Write(&data, 1, sizeof(data), &test_file))
      .WillOnce(Return(sizeof(data)));
  EXPECT_CALL(file, Close(&test_file))
      .WillOnce(Return(EOF));

  EXPECT_FALSE(WriteFile(kName, &data, sizeof(data));
}

我不必提供 fopen/fwrite/fclose 的测试实现。 googlemock 为我处理这个问题。如果您愿意，您可以使模拟变得严格。如果调用任何不期望的函数或者使用错误的参数调用任何期望的函数，则严格模拟将使测试失败。 Googlemock 提供了大量的帮助器和适配器，因此您通常不需要编写太多代码即可让模拟执行您想要的操作。学习不同的适配器需要几天的时间，但如果您经常使用它，它们很快就会成为第二天性。

这是使用 FindFirstFile、FindNextFile、FindClose 的示例

首先是界面

class FindFileInterface {
public:
  virtual HANDLE FindFirstFile(
    LPCTSTR lpFileName,
    LPWIN32_FIND_DATA lpFindFileData) = 0;

  virtual BOOL FindNextFile(
    HANDLE hFindFile,
    LPWIN32_FIND_DATA lpFindFileData) = 0;

  virtual BOOL FindClose(
    HANDLE hFindFile) = 0;

  virtual DWORD GetLastError(void) = 0;
};

然后实际执行

class FindFileImpl : public FindFileInterface {
public:
  virtual HANDLE FindFirstFile(
    LPCTSTR lpFileName,
    LPWIN32_FIND_DATA lpFindFileData) {
    return ::FindFirstFile(lpFileName, lpFindFileData);
  }

  virtual BOOL FindNextFile(
    HANDLE hFindFile,
    LPWIN32_FIND_DATA lpFindFileData) {
    return ::FindNextFile(hFindFile, lpFindFileData);
  }

  virtual BOOL FindClose(
    HANDLE hFindFile) {
    return ::FindClose(hFindFile);
  }

  virtual DWORD GetLastError(void) {
    return ::GetLastError();
  }
};

使用 gmock 进行模拟

class MockFindFile : public FindFileInterface {
public:
  MOCK_METHOD2(FindFirstFile,
               HANDLE(LPCTSTR lpFileName, LPWIN32_FIND_DATA lpFindFileData));
  MOCK_METHOD2(FindNextFile,
               BOOL(HANDLE hFindFile, LPWIN32_FIND_DATA lpFindFileData));
  MOCK_METHOD1(FindClose, BOOL(HANDLE hFindFile));
  MOCK_METHOD0(GetLastError, DWORD());
};

我需要测试的功能。

DWORD PrintListing(FindFileInterface* findFile, const TCHAR* path) {
  WIN32_FIND_DATA ffd;
  HANDLE hFind;

  hFind = findFile->FindFirstFile(path, &ffd);
  if (hFind == INVALID_HANDLE_VALUE)
  {
     printf ("FindFirstFile failed");
     return 0;
  }

  do {
    if (ffd.dwFileAttributes & FILE_ATTRIBUTE_DIRECTORY) {
       _tprintf(TEXT("  %s   <DIR>\n"), ffd.cFileName);
    } else {
      LARGE_INTEGER filesize;
      filesize.LowPart = ffd.nFileSizeLow;
      filesize.HighPart = ffd.nFileSizeHigh;
      _tprintf(TEXT("  %s   %ld bytes\n"), ffd.cFileName, filesize.QuadPart);
    }
  } while(findFile->FindNextFile(hFind, &ffd) != 0);

  DWORD dwError = findFile->GetLastError();
  if (dwError != ERROR_NO_MORE_FILES) {
    _tprintf(TEXT("error %d"), dwError);
  }

  findFile->FindClose(hFind);
  return dwError;
}

单元测试。

#include <gtest/gtest.h>
#include <gmock/gmock.h>

using ::testing::_;
using ::testing::Return;
using ::testing::DoAll;
using ::testing::SetArgumentPointee;

// Some data for unit tests.
static WIN32_FIND_DATA File1 = {
  FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,  // DWORD    dwFileAttributes;
  { 123, 0, },            // FILETIME ftCreationTime;
  { 123, 0, },            // FILETIME ftLastAccessTime;
  { 123, 0, },            // FILETIME ftLastWriteTime;
  0,                      // DWORD    nFileSizeHigh;
  123,                    // DWORD    nFileSizeLow;
  0,                      // DWORD    dwReserved0;
  0,                      // DWORD    dwReserved1;
  { TEXT("foo.txt") },    // TCHAR   cFileName[MAX_PATH];
  { TEXT("foo.txt") },    // TCHAR    cAlternateFileName[14];
};

static WIN32_FIND_DATA Dir1 = {
  FILE_ATTRIBUTE_DIRECTORY,  // DWORD    dwFileAttributes;
  { 123, 0, },            // FILETIME ftCreationTime;
  { 123, 0, },            // FILETIME ftLastAccessTime;
  { 123, 0, },            // FILETIME ftLastWriteTime;
  0,                      // DWORD    nFileSizeHigh;
  123,                    // DWORD    nFileSizeLow;
  0,                      // DWORD    dwReserved0;
  0,                      // DWORD    dwReserved1;
  { TEXT("foo.dir") },    // TCHAR   cFileName[MAX_PATH];
  { TEXT("foo.dir") },    // TCHAR    cAlternateFileName[14];
};

TEST(PrintListingTest, TwoFiles) {
  const TCHAR* kPath = TEXT("c:\\*");
  const HANDLE kValidHandle = reinterpret_cast<HANDLE>(1234);
  MockFindFile ff;

  EXPECT_CALL(ff, FindFirstFile(kPath, _))
    .WillOnce(DoAll(SetArgumentPointee<1>(Dir1),
                    Return(kValidHandle)));
  EXPECT_CALL(ff, FindNextFile(kValidHandle, _))
    .WillOnce(DoAll(SetArgumentPointee<1>(File1),
                    Return(TRUE)))
    .WillOnce(Return(FALSE));
  EXPECT_CALL(ff, GetLastError())
    .WillOnce(Return(ERROR_NO_MORE_FILES));
  EXPECT_CALL(ff, FindClose(kValidHandle));

  PrintListing(&ff, kPath);
}

TEST(PrintListingTest, OneFile) {
  const TCHAR* kPath = TEXT("c:\\*");
  const HANDLE kValidHandle = reinterpret_cast<HANDLE>(1234);
  MockFindFile ff;

  EXPECT_CALL(ff, FindFirstFile(kPath, _))
    .WillOnce(DoAll(SetArgumentPointee<1>(Dir1),
                    Return(kValidHandle)));
  EXPECT_CALL(ff, FindNextFile(kValidHandle, _))
    .WillOnce(Return(FALSE));
  EXPECT_CALL(ff, GetLastError())
    .WillOnce(Return(ERROR_NO_MORE_FILES));
  EXPECT_CALL(ff, FindClose(kValidHandle));

  PrintListing(&ff, kPath);
}

TEST(PrintListingTest, ZeroFiles) {
  const TCHAR* kPath = TEXT("c:\\*");
  MockFindFile ff;

  EXPECT_CALL(ff, FindFirstFile(kPath, _))
    .WillOnce(Return(INVALID_HANDLE_VALUE));

  PrintListing(&ff, kPath);
}

TEST(PrintListingTest, Error) {
  const TCHAR* kPath = TEXT("c:\\*");
  const HANDLE kValidHandle = reinterpret_cast<HANDLE>(1234);
  MockFindFile ff;

  EXPECT_CALL(ff, FindFirstFile(kPath, _))
    .WillOnce(DoAll(SetArgumentPointee<1>(Dir1),
                    Return(kValidHandle)));
  EXPECT_CALL(ff, FindNextFile(kValidHandle, _))
    .WillOnce(Return(FALSE));
  EXPECT_CALL(ff, GetLastError())
    .WillOnce(Return(ERROR_ACCESS_DENIED));
  EXPECT_CALL(ff, FindClose(kValidHandle));

  PrintListing(&ff, kPath);
}

我不必实现任何模拟函数。