關(guān)于MATLAB單元測試的過程以及結(jié)果分析

在inputParser章節(jié)中，我們通過不斷改進getArea函數(shù)對輸入參數(shù)的處理方法，引入這樣一個觀點：一個可靠的科學工程計算項目必須有一套測試系統(tǒng)，才能防止開發(fā)的過程中算法退化，工程項目的推進必須在算法開發(fā)和算法測試之間不斷迭代完。在inputParser章節(jié)的最后,還根據(jù)直覺提出了一個測試系統(tǒng)所應(yīng)該有的基本功能。在本章中，我們將學習MATLAB提供的測試解決方案：MATLAB單元測試（MATLAB Unit Test）。

基于函數(shù)的（Function-Based）單元測試的構(gòu)造

MATLAB基于函數(shù)的單元測試構(gòu)造很簡單，如圖1所示：用戶通過一個主測試函數(shù)和若干局部測試函數(shù)（也叫做測試點，Local Function）來組織各個測試。而測試的運行則交給MATLAB的單元測試架構(gòu)（以下簡稱Framework）去完成。

圖1 單元測試Framework和測試函數(shù)

主測試函數(shù)和局部測試函數(shù)看上去和普通的MATLAB函數(shù)沒有區(qū)別，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，只是命名上有一些規(guī)定而已，這些特殊的規(guī)定是為了Framework可以和測試函數(shù)契合而規(guī)定的。

圖2 簡單的主測試函數(shù)和若干局部的測試函數(shù)構(gòu)成的一個單元測試

命名規(guī)則如下：

主函數(shù)的名稱由用戶任意指定，和其他的MATLAB函數(shù)文件一樣，該文件的名稱需要和函數(shù)的名稱的相同（如果主函數(shù)的名稱是testmainfunc，該文件名稱則是testmainfunc.m）

在主函數(shù)中，必須調(diào)用一個叫做functiontests的函數(shù)，搜集該函數(shù)中的所有局部函數(shù)，產(chǎn)生一個包含這些局部函數(shù)的函數(shù)局部的測試矩陣并返回給Framework

如下所示：

其中l(wèi)ocalfunctions是一個MATLAB函數(shù)，用來返回所有局部函數(shù)的函數(shù)句柄。局部函數(shù)的命名必須以test開頭，局部函數(shù)只接受一個輸入?yún)?shù)，即測試對象,即下面例子中的形參testCase：

其中testCase由單元測試Framework提供,即Framework將自動的調(diào)用該函數(shù)，并且提供testCase參數(shù)。按照規(guī)定，要運行單元測試中的所有測試，必須調(diào)用runtests函數(shù)：

下面用我們用基于函數(shù)的單元測試來給getArea函數(shù)的構(gòu)造其單元測試。

getArea函數(shù)的單元測試：版本 I

首先給主測試文件起個名字叫做testGetArea，該名字是任意的，為了便于理解名字里面通常包含test,并包含要測試的主要函數(shù)的名字：

在該主函數(shù)中，localfunctions將搜集所有的局部函數(shù)，構(gòu)造函數(shù)句柄數(shù)組并返回測試矩陣。這里自然會有一個問題，這個tests句柄數(shù)組將返回給誰，這就要了解Framework是如何和測試相互作用的。如圖3所示，整個測試從runtests('testmainfunc.m')命令開始， 命令函數(shù)，F(xiàn)ramework將首先調(diào)用testGetArea的主函數(shù)，得到所有的局部函數(shù)的函數(shù)句柄，如空心箭頭線段所示，然后Framework再負責調(diào)用每一個測試局部函數(shù)，并且把testCase當做參數(shù)提供給每個局部函數(shù)，如虛線線段所示。我們可以把Framework想象成一個流水線，用戶只需要通過runtests('testmainfunc.m')把“testmainfunc.m”放到流水線上并且“打開開關(guān)”就可以了。它是MATLAB的類matlab.unittest.FunctionTestCase的對象。

圖3 單元測試Framework和測試函數(shù)的相互作用

返回的testCase是類matlab.unittest.FunctionTestCase的對象，有很多成員驗證方法可以提供給用戶調(diào)用，我們的第一版的getArea函數(shù)如下, 要求函數(shù)接受兩個參數(shù)，并且都是數(shù)值類型：

我們先給這個getArea寫第一個測試點，確保測試getArea函數(shù)在接受兩個參數(shù)的時候，能給出正確的答案：

我們給testGetArea.m添加一個局部函數(shù)叫做testTwoInputs，按照規(guī)定，該局部函數(shù)的名字要以test開頭，后面的名字要能夠盡量反應(yīng)該測試點的實際測試的內(nèi)容。verifyTrue是一個testCase對象所支持的方法，它用來驗證其第一個參數(shù)，作為一個表達式，是否為真。verifyTrue的第二個參數(shù)接受字符串，在測試失敗時提供診斷提示。一個很常見的問題是：getArea是一個極其簡單的函數(shù)，內(nèi)部的工作就是把兩個輸入相乘，在這里驗證getArea(10,22) == 220真的有必要嗎？請讀者記住這個問題，它是理解單元測試的精要之一。下面我們來運行這個測試:

測試返回一個matlab.unittest.TestResult對象，其中包括運行測試的結(jié)果，不出意料我們的函數(shù)通過了這輪簡單的測試。如果函數(shù)沒有通過測試，比如我們故意要驗證一個錯誤的結(jié)果：getArea(10,22) ==0。

Framework將給出詳盡的錯誤報告, 其中Test Diagnostic欄目中報告的就是verifyTrue函數(shù)中的第二個參數(shù)所提供的診斷信息。

我們再添加一個負面測試，回憶第一版的函數(shù)getArea不支持單個參數(shù)，如下：

我們可以利用lasterr函數(shù)得到了這個錯誤的Error ID,這個Error ID將在負面測試中用到。下面是這個負面測試，驗證在只有一個輸入的情況下，getArea函數(shù)能夠如預期報錯。我們給測試添加一個新的測試點，叫做testTwoInputsInvalid。

在testTwoInputsInvalid中，我們使用了測試對象的verifyError成員函數(shù)，它的第一個參數(shù)是函數(shù)句柄，即要執(zhí)行的語言（會出錯的語句），第二個參數(shù)是要驗證的MATLAB錯誤的Error ID, 就是我們前面用lasterr函數(shù)得到的信息。verifyError內(nèi)部還有try和catch,可以運行函數(shù)句柄，捕捉到錯誤，并且把Error ID和第二個參數(shù)做比較。再舉一個例子，我們先在getArea函數(shù)中規(guī)定所有的輸入必須是數(shù)值類型，所以如果輸入的是字符串，getArea將報錯，先再命令行中實驗一下，以便得到Error ID：

然后再把這個負面測試添加到testGetArea中去：

運行一遍，一個正面測試，一個負面測試都全部通過。

getArea函數(shù)的單元測試: 版本II & III

測試的準備和清理工作: Tests Fixtures

驗證方法: Types of Qualification

測試方法論和以測試驅(qū)動開發(fā)(Test-Driven Development)