代码测试入门
你已经写完了一段程序，它编译通过，看起来也能运行！接下来该怎么办？
答案取决于具体情况。如果你的程序只需一次性运行，随后便可弃置，那么你已代码覆盖率经大功告成。在这种场景下，程序未必需要对所有情况均正确——只要对那一次所需的输入正确即可。
倘若程序完全线性（没有任何条件语句如 if 或 switch），不接受任何输入，且输出结果正确，那么通常也可以宣告完成。此时，你已通过一次运行并验证输出来完成了整个程序的测试。你或许还应在若干不同的系统上编译并运行程序，以确保其行为一致（若结果不一致，往往意味着代码中存在未定义行为，而你的初始系统恰好“蒙对了”）。
然而，绝大多数情况下，你写的程序需要多次运行，包含循环与条件逻辑，并接受某种形式的用户输入。你可能还编写了将来可复用的函数或类。随着需求蔓延，你或许又添加了一些原本未计划的功能，甚至可能打算将程序分发给他人（他们往往会尝试你未曾设想的用法）。在这种情况下，你确实应当验证程序在各种条件下均如预期般工作——这就必须主动进行测试。
程序在某一组输入下运行无误，并不能保证其在所有情况下都正确。
软件测试（又称软件验证）即判定软件是否按预期工作的过程。
测试之难在讨论具体的测试方法之前，先说明为何全面测试程序十分困难。
以下列简单程序为例：
#include
void compare(int x, int y)
{
if (x > y)
std::cout << x << " is greater than " << y << '\n'; // 情况 1
else if (x < y)
std::cout << x << " is less than " << y << '\n'; // 情况 2
else
std::cout << x << " is equal to " << y << '\n'; // 情况 3
}
int main()
{
std::cout << "Enter a number: ";
int x{};
std::cin >> x;
std::cout << "Enter another number: ";
int y{};
std::cin >> y;
compare(x, y);
return 0;
}
假设采用 4 字节整型，如要穷举所有输入组合，需运行程序 18,446,744,073,709,551,616（约 18 百亿亿）次。显然，这根本不现实！
每增加一次用户输入，或每引入一个条件分支，程序可能的执行路径便以乘法方式激增。除最简单程序外，穷举测试所有输入组合几乎立刻变得不可行。
直觉告诉我们，其实并不需要运行 18 百亿亿次。你或许可以合理推断：只要在某一对 x、y 满足 x > y 时情况 1 正确，则对所有 x > y 的组合都应正确。由此可见，我们大概只需运行三次（分别触发 compare() 中的三种情况）即可对程序的正确性抱有足够信心。类似技巧可显著减少所需测试次数，使测试工作变得可控。
测试方法论可长篇累牍——完全可为此另写一章。但因其并非 C++ 特有，下文仅从开发者自测角度作简要而非正式的介绍。接下来几小节将阐述测试代码时应考虑的若干实务事项。
分块测试程序设想一家汽车制造商正在打造一辆定制概念车。你认为他们会：a) 先单独构建（或采购）并测试每个零部件，确认无误后再集成到整车，并再次测试以验证集成成功；最终整车装配完毕后，再进行整体校验，确保一切正常。b) 一次性把所有零部件组装成整车，直到最后再一次性测试。
显然
a) 更合理。然而，许多初学者却按
b) 的方式写代码！
在情形 b) 中，一旦某零部件异常，技师需要排查整辆车才能定位问题——症状可能对应多种原因：无法启动究竟是火花塞、蓄电池、燃油泵，还是其他部件故障？这将浪费大量时间定位问题，且后果可能严重——小修改引发连锁反应。例如，燃油泵尺寸不足或导致发动机重新设计，进而牵动车架变更；最坏情况下，为迁就一个初始小缺陷，可能需要重新设计整车大半部分！
在情形 a) 中，企业边做边测。任何零部件一旦有问题即可立即发现、修复或替换；未经单体验证的部件绝不集成上车，且每完成一步集成便随即重测。如此，可尽早发现意外问题，趁其尚小、易改。
整车最终装配完成时，企业已有充分信心认为整车可正常运行——毕竟所有零部件均已单独及集成验证。虽仍可能在最后阶段发现新问题，但前期测试已将风险降至最低。
该类比同样适用于程序开发，尽管许多初学者并未意识到这一点。你应把代码拆分为若干小函数（或类），编写后即刻编译测试。如此，一旦出错，必定位在最近修改的少量代码中，搜索范围小，调试时间亦大幅缩短。
将代码的某一小部分隔离测试，以确认该“单元”行为正确，称为单元测试。每个单元测试旨在验证该单元的某特定行为符合预期。
最佳实践以小型、定义清晰的单元（函数或类）为单位编写程序；频繁编译，并边写边测。
若程序较短且接受用户输入，尝试多种输入或许足够；但随着程序规模增长，仅靠整体运行越发不足，预先单独测试函数或类的价值便愈加显著。
如何分块测试代码？非正式测试一种做法是在编写程序时同步进行非正式测试。每完成一个代码单元（函数、类或其他离散“包”），即编写若干测试代码验证之，待测试通过后，再删除这些测试代码。例如，对以下 isLowerVowel() 函数，你可写：
#include
// 待测函数
// 为简化，忽略 'y' 有时也算元音的情形
bool isLowerVowel(char c)
{
switch (c)
{
case 'a':
case 'e':
case 'i':
case 'o':
case 'u':
return true;
default:
return false;
}
}
int main()
{
// 临时测试，验证函数
std::cout << isLowerVowel('a') << '\n'; // 应输出 1
std::cout << isLowerVowel('q') << '\n'; // 应输出 0
return 0;
}
若结果依次为 1 与 0，则函数通过基本测试。观察代码亦可合理推断未直接测试的 ’e’、‘i’、‘o’、‘u’ 也应无误。于是可删除这些临时测试代码，继续后续开发。
保留测试用例尽管临时测试快捷方便，但日后你可能需再次测试同一代码。例如，修改函数以新增功能时，希望确保旧功能未被破坏。因此，将测试用例保留以备将来重测更为可取。与其删除，不如将测试移入 testVowel() 函数：
#include
bool isLowerVowel(char c)
{
switch (c)
{
case 'a':
case 'e':
case 'i':
case 'o':
case 'u':
return true;
default:
return false;
}
}
// 当前无调用
// 但保留以备后续重测
void testVowel()
{
std::cout << isLowerVowel('a') << '\n'; // 应输出 1
std::cout << isLowerVowel('q') << '\n'; // 应输出 0
}
int main()
{
return 0;
}
随着测试用例增加，只需继续追加至 testVowel()。
自动化测试函数上述 testVowel() 仍需人工核验结果，至少须记住期望值（若未注释），再比对实际输出。
我们可改进为：测试函数同时包含测试输入与期望结果，并自动比较，无需人工干预。
#include
bool isLowerVowel(char c)
{
switch (c)
{
case 'a':
case 'e':
case 'i':
case 'o':
case 'u':
return true;
default:
return false;
}
}
// 返回首个失败的测试编号；若全部通过则返回 0
int testVowel()
{
if (!isLowerVowel('a')) return 1;
if (isLowerVowel('q')) return 2;
return 0;
}
int main()
{
int result { testVowel() };
if (result != 0)
std::cout << "testVowel() 测试 " << result << " 失败。\n";
else
std::cout << "testVowel() 全部通过。\n";
return 0;
}
如此，你可随时调用 testVowel() 以再次确认未破坏旧功能。测试例程自动给出“全部通过”或指出失败编号，便于定位问题。尤其适用于回溯修改旧代码时的回归测试。
进阶读者更优方式是使用 assert，一旦测试失败即终止程序并打印错误信息，无需手动管理测试编号。
#include
#include
#include
bool isLowerVowel(char c)
{
switch (c)
{
case 'a':
case 'e':
case 'i':
case 'o':
case 'u':
return true;
default:
return false;
}
}
// 任何测试失败即终止程序
int testVowel()
{
#ifdef NDEBUG
// 若定义 NDEBUG，则 assert 被编译器忽略。
// 本函数依赖 assert，故若 NDEBUG 已定义，则直接退出。
std::cerr << "Tests run with NDEBUG defined (asserts compiled out)";
std::abort();
#endif
assert(isLowerVowel('a'));
assert(isLowerVowel('e'));
assert(isLowerVowel('i'));
assert(isLowerVowel('o'));
assert(isLowerVowel('u'));
assert(!isLowerVowel('b'));
assert(!isLowerVowel('q'));
assert(!isLowerVowel('y'));
assert(!isLowerVowel('z'));
return 0;
}
int main()
{
testVowel();
// 若执行至此，说明全部测试通过
std::cout << "All tests succeeded\n";
return 0;
}
关于 assert 的详细内容，请参见——Assert 与 static_assert。
单元测试框架由于编写函数来测试其他函数极为常见且有用，业界已出现一整套框架（称为单元测试框架），旨在简化单元测试的编写、维护与执行。因涉及第三方软件，此处不展开，但你应知晓其存在。
集成测试当每个单元均已独立测试后，即可将其集成至程序并再次测试，以确保集成无误，此过程称为集成测试。集成测试通常更为复杂；现阶段，只需运行程序若干次并抽查集成单元的行为即可。
测验问题 1你应在何时开始测试代码？