1 概述

C/C++和Java（以及大多数的主流编程语言）都有自己成熟的单元测试框架，前者如Check，后者如JUnit，但这些编程框架本质上仍是第三方产品，为了执行单元测试，我们不得不从头开始搭建测试工程，并且需要依赖于第三方工具才能生成单元测试的覆盖率。

相比之下，Go语言官方则提供了语言级的单元测试支持，即testing包，而且仅通过go工具本身就可以方便地生成覆盖率数据，也就是说，单元测试是Go语言的自带属性，除了好好设计自己的单元测试用例外，开发者不需要操心工程搭建的任何细节。没错，Golang就是这么任性。

2 单元测试

下面我们以《The Go Programming Language》6.5节的比特容器为例，介绍如何通过testing包和go工具集进行单元测试。

2.1 工程目录

不是说好的，Go语言单元测试不需要搭建测试工程么？其实，Golang的测试工程只有一句话：对file.go新建file_test.go文件，并在其中编写测试用例。所以，我们所谓的工程目录其实就是：

$ go env | grep GOPATH
GOPATH="/home/pirlo/go"
$ tree /home/pirlo/go/src/github.com/pirlo-san/let-us-go
/home/pirlo/go/src/github.com/pirlo-san/let-us-go
├── bitvector
│   ├── bitvector.go
│   └── bitvector_test.go
├── LICENSE
└── README.md

/home/pirlo/go是我的GOPATH，其中的github.com/pirlo-san/let-us-go是一个git工程，bitvector则是这个工程下的一个子模块，即比特容器模块，bitvector.go是模块的实现文件，bitvector_test.go则是用于测试比特容器的文件。

2.2 比特容器的实现

Golang没有容器类型，多数容器都是通过map[type]bool实现的，但是通过map实现在某些场景下比较浪费内存，比如容器元素都是一些很小的非负整数的场景：0~31，其实，我们只需要一个uint32类型4个字节就可以了，但是如果采用map[uint32]bool实现，则对每个元素都需要一个uint32的key和bool类型的value。在C/C++语言内，可以很容易地通过位域的方式达到节省内存的目的，那么Golang可不可以采用类似的方式实现呢？当然可以喽。

2.2.1 定义

type IntSet struct {
    words []uint
}

const (
    wordBitCount = (32 << (^uint(0) >> 63))
)

IntSet是我们定义的比特容器类型，是一个结构体，其中唯一的成员是一个uint类型的切片，想象切片的元素被有序排列成一个“比特”数组，如果容器内存在元素N，则这个数组的第N个元素的值就为1，否则就是0.

wordBitCount用于计算uint类型占用的比特数，这个数字在不同的操作系统或CPU上是不同的。

2.2.2 向容器内添加一个元素

// add x into set s
func (s *IntSet) Add(x int) {
    word, index := wordIndex(x)
    for word >= len(s.words) {
        s.words = append(s.words, 0)
    }
    s.words[word] |= (1 << index)
}

func wordIndex(x int) (int, uint) {
    return x / wordBitCount, uint(x) % wordBitCount
}

先获取这个元素在第几个“word”，以及在这个word内的第几个比特，如果words切片长度不够，则一直添加到可以包含待插入的元素为止，最后将对应元素位置的“比特位”设置为1.

2.2.3 判断某元素是否在容器内

// check wether x is in set s
func (s *IntSet) Has(x int) bool {
    word, index := wordIndex(x)
    if word >= len(s.words) {
        return false
    }

    return (s.words[word] & (1 << index)) != 0
}

《The Go Programming Language》内还实现了其它接口，包括String，UnionWith等，完整代码见文末链接。

2.3 单元测试用例

好了，为了测试这个比特容器模块，我们只需要在package目录内定义相应的test文件，并编写用例即可。本例即为bitvector_test.go：

package bitvector

import (
    "testing"
)

func TestAdd(t *testing.T) {
    var s IntSet
    s.Add(1)
    s.Add(2)
    s.Add(3)
    s.Add(4)

    if s.Has(1) == false || s.Has(2) == false || s.Has(3) == false || s.Has(4) == false {
        t.Error("Failed")
    }

    if s.Has(0) == true || s.Has(5) == true || s.Has(100) == true {
        t.Error("Failed")
    }
}
  • 包声明：测试文件也归属于bitvector包，这样测试文件就可以随意访问这个包已导出和未导出的类型、函数、方法等；你可以定义成不同的包，比如package bitvector_test，这样，bitvector包对bitvector_test包来说就是一个外部库，test包只能访问其中已导出的类型、函数、方法等，这个叫做外部测试;
  • 导入testing包：testing包拥有执行Golang单元测试所需要的一切；
  • 编写测试函数：所有测试函数都以Test开头，入参是testing.T类型的指针，在函数内调用被测函数，并对不符合预期的结果调用类似Error、Fatal的函数，其中前者在被调用后会打印出错信息，并继续执行后续用例，而后者则在打印信息后立即终止测试，一般仅在测试出现严重问题，无法继续进行后续用例测试时才需要调用类似Fatal的接口。

2.4 执行单元测试

Golang执行单元测试的命令是go test，如果你在待测package所在的目录，则直接执行go test即可：

$ pwd
/home/pirlo/go/src/github.com/pirlo-san/let-us-go/bitvector
$ go test
PASS
ok      github.com/pirlo-san/let-us-go/bitvector    0.004s

不带任何参数的情况下，test仅输出最终的测试结果，如果要看到测试过程，可以指定-v参数：

$ go test -v
=== RUN   TestAdd
--- PASS: TestAdd (0.00s)
PASS
ok      github.com/pirlo-san/let-us-go/bitvector    0.004s

每个用例的执行成功与否，以及执行用时都会显示出来。

如果不在当前目录，则需要指定待测模块路径：

$ pwd
/home/pirlo/go
$ go test -v github.com/pirlo-san/let-us-go/bitvector/
=== RUN   TestAdd
--- PASS: TestAdd (0.00s)
PASS
ok      github.com/pirlo-san/let-us-go/bitvector    0.004s

甚至，你还可以执行所有模块的测试，方式是以三个点替代具体的模块路径：

$ go test -v ...

3 覆盖率生成

Golang单元测试覆盖率的生成也简单到令人发指。两步：

  • 执行go test时指定-coverprofile参数收集覆盖率数据；
  • 执行go tool cover生成文本、html等可视化格式的覆盖率报告。

3.1 收集覆盖率数据

$ go test -v -coverprofile=cover.out github.com/pirlo-san/let-us-go/bitvector/
=== RUN   TestAdd
--- PASS: TestAdd (0.00s)
PASS
coverage: 36.0% of statements
ok      github.com/pirlo-san/let-us-go/bitvector    0.009s
$ ll cover.out 
-rw-rw-r-- 1 pirlo pirlo 1330 Jan 12 23:11 cover.out

3.2 生成html格式的覆盖率报告

$ go tool cover -html=cover.out -o coverage.html
$ ll coverage.html 
-rw-rw-r-- 1 pirlo pirlo 4504 Jan 12 23:15 coverage.html

生成的覆盖率报告效果如下：

python单元测试的覆盖率 单元测试 覆盖率_覆盖率

其中第一行左侧的下拉列表列举了所有文件的覆盖率百分比，正文则以蓝绿色字体标识已覆盖的代码行（本例的Add和Has都已经被测试过了），以红色字体标识未被覆盖的代码行（UnionWith还没有对应的测试用例），灰色字体则是类似类型定义、函数声明等不需要被跟踪的代码行。

4 小结

Golang的单元测试和覆盖率报告生成，过程非常简单迅捷，而且不需要借助任何第三方工具或库，除了本文所述的基本测试场景外，Golang还支持Benchmark测试、内部函数/方法打桩等，有空再聊。