简介
testing是 Go 语言标准库自带的测试库。在 Go 语言中编写测试很简单，只需要遵循 Go 测试的几个约定，与编写正常的 Go 代码没有什么区别。Go 语言中有 3 种类型的测试：单元测试，性能测试，示例测试。下面依次来介绍。
单元测试
单元测试又称为功能性测试，是为了测试函数、模块等代码的逻辑是否正确。接下来我们编写一个库，用于将表示罗马数字的字符串和整数互转。罗马数字是由M/D/C/L/X/V/I这几个字符根据一定的规则组合起来表示一个正整数：
- M=1000，D=500，C=100，L=50，X=10，V=5，I=1；
- 只能表示 1-3999 范围内的整数，不能表示 0 和负数，不能表示 4000 及以上的整数，不能表示分数和小数（当然有其他复杂的规则来表示这些数字，这里暂不考虑）；
- 每个整数只有一种表示方式，一般情况下，连写的字符表示对应整数相加，例如
I=1，II=2，III=3。但是，十位字符（I/X/C/M）最多出现 3 次，所以不能用IIII表示 4，需要在V左边添加一个I（即IV）来表示，不能用VIIII表示 9，需要使用IX代替。另外五位字符（V/L/D）不能连续出现 2 次，所以不能出现VV，需要用X代替。
// roman.go
package roman
import (
"bytes"
"errors"
"regexp"
)
type romanNumPair struct {
Roman string
Num int
}
var (
romanNumParis []romanNumPair
romanRegex *regexp.Regexp
)
var (
ErrOutOfRange = errors.New("out of range")
ErrInvalidRoman = errors.New("invalid roman")
)
func init() {
romanNumParis = []romanNumPair{
{"M", 1000},
{"CM", 900},
{"D", 500},
{"CD", 400},
{"C", 100},
{"XC", 90},
{"L", 50},
{"XL", 40},
{"X", 10},
{"IX", 9},
{"V", 5},
{"IV", 4},
{"I", 1},
}
romanRegex = regexp.MustCompile(`^M{0,3}(CM|CD|D?C{0,3})(XC|XL|L?X{0,3})(IX|IV|V?I{0,3})$`)
}
func ToRoman(n int) (string, error) {
if n <= 0 || n >= 4000 {
return "", ErrOutOfRange
}
var buf bytes.Buffer
for _, pair := range romanNumParis {
for n > pair.Num {
buf.WriteString(pair.Roman)
n -= pair.Num
}
}
return buf.String(), nil
}
func FromRoman(roman string) (int, error) {
if !romanRegex.MatchString(roman) {
return 0, ErrInvalidRoman
}
var result int
var index int
for _, pair := range romanNumParis {
for roman[index:index+len(pair.Roman)] == pair.Roman {
result += pair.Num
index += len(pair.Roman)
}
}
return result, nil
}
在 Go 中编写测试很简单，只需要在待测试功能所在文件的同级目录中创建一个以_test.go结尾的文件。在该文件中，我们可以编写一个个测试函数。测试函数名必须是TestXxxx这个形式，而且Xxxx必须以大写字母开头，另外函数带有一个*testing.T类型的参数：
// roman_test.go
package roman
import (
"testing"
)
func TestToRoman(t *testing.T) {
_, err1 := ToRoman(0)
if err1 != ErrOutOfRange {
t.Errorf("ToRoman(0) expect error:%v got:%v", ErrOutOfRange, err1)
}
roman2, err2 := ToRoman(1)
if err2 != nil {
t.Errorf("ToRoman(1) expect nil error, got:%v", err2)
}
if roman2 != "I" {
t.Errorf("ToRoman(1) expect:%s got:%s", "I", roman2)
}
}
在测试函数中编写的代码与正常的代码没有什么不同，调用相应的函数，返回结果，判断结果与预期是否一致，如果不一致则调用testing.T的Errorf()输出错误信息。运行测试时，这些错误信息会被收集起来，运行结束后统一输出。
测试编写完成之后，使用go test命令运行测试，输出结果：
$ go test
--- FAIL: TestToRoman (0.00s)
roman_test.go:18: ToRoman(1) expect:I got:
FAIL
exit status 1
FAIL github.com/darjun/go-daily-lib/testing 0.172s
我故意将ToRoman()函数中写错了一行代码，n > pair.Num中>应该为>=，单元测试成功找出了错误。修改之后重新运行测试：
$ go test
PASS
ok github.com/darjun/go-daily-lib/testing 0.178s
这次测试都通过了！
我们还可以给go test命令传入-v选项，输出详细的测试信息：
$ go test -v
=== RUN TestToRoman
--- PASS: TestToRoman (0.00s)
PASS
ok github.com/darjun/go-daily-lib/testing 0.174s
在运行每个测试函数前，都输出一行=== RUN，运行结束之后输出--- PASS或--- FAIL信息。
表格驱动测试
在上面的例子中，我们实际上只测试了两种情况，0 和 1。按照这种方式将每种情况都写出来就太繁琐了，Go 中流行使用表格的方式将各个测试数据和结果列举出来：
func TestToRoman(t *testing.T) {
testCases := []struct {
num int
expect string
err error
}{
{0, "", ErrOutOfRange},
{1, "I", nil},
{2, "II", nil},
{3, "III", nil},
{4, "IV", nil},
{5, "V", nil},
{6, "VI", nil},
{7, "VII", nil},
{8, "VIII", nil},
{9, "IX", nil},
{10, "X", nil},
{50, "L", nil},
{100, "C", nil},
{500, "D", nil},
{1000, "M", nil},
{31, "XXXI", nil},
{148, "CXLVIII", nil},
{294, "CCXCIV", nil},
{312, "CCCXII", nil},
{421, "CDXXI", nil},
{528, "DXXVIII", nil},
{621, "DCXXI", nil},
{782, "DCCLXXXII", nil},
{870, "DCCCLXX", nil},
{941, "CMXLI", nil},
{1043, "MXLIII", nil},
{1110, "MCX", nil},
{1226, "MCCXXVI", nil},
{1301, "MCCCI", nil},
{1485, "MCDLXXXV", nil},
{1509, "MDIX", nil},
{1607, "MDCVII", nil},
{1754, "MDCCLIV", nil},
{1832, "MDCCCXXXII", nil},
{1993, "MCMXCIII", nil},
{2074, "MMLXXIV", nil},
{2152, "MMCLII", nil},
{2212, "MMCCXII", nil},
{2343, "MMCCCXLIII", nil},
{2499, "MMCDXCIX", nil},
{2574, "MMDLXXIV", nil},
{2646, "MMDCXLVI", nil},
{2723, "MMDCCXXIII", nil},
{2892, "MMDCCCXCII", nil},
{2975, "MMCMLXXV", nil},
{3051, "MMMLI", nil},
{3185, "MMMCLXXXV", nil},
{3250, "MMMCCL", nil},
{3313, "MMMCCCXIII", nil},
{3408, "MMMCDVIII", nil},
{3501, "MMMDI", nil},
{3610, "MMMDCX", nil},
{3743, "MMMDCCXLIII", nil},
{3844, "MMMDCCCXLIV", nil},
{3888, "MMMDCCCLXXXVIII", nil},
{3940, "MMMCMXL", nil},
{3999, "MMMCMXCIX", nil},
{4000, "", ErrOutOfRange},
}
for _, testCase := range testCases {
got, err := ToRoman(testCase.num)
if got != testCase.expect {
t.Errorf("ToRoman(%d) expect:%s got:%s", testCase.num, testCase.expect, got)
}
if err != testCase.err {
t.Errorf("ToRoman(%d) expect error:%v got:%v", testCase.num, testCase.err, err)
}
}
}
上面将要测试的每种情况列举出来，然后针对每个整数调用ToRoman()函数，比较返回的罗马数字字符串和错误值是否与预期的相符。后续要添加新的测试用例也很方便。
分组和并行
有时候对同一个函数有不同维度的测试，将这些组合在一起有利于维护。例如上面对ToRoman()函数的测试可以分为非法值，单个罗马字符和普通 3 种情况。
为了分组，我对代码做了一定程度的重构，首先抽象一个toRomanCase结构：
type toRomanCase struct {
num int
expect string
err error
}
将所有的测试数据划分到 3 个组中：
var (
toRomanInvalidCases []toRomanCase
toRomanSingleCases []toRomanCase
toRomanNormalCases []toRomanCase
)
func init() {
toRomanInvalidCases = []toRomanCase{
{0, "", roman.ErrOutOfRange},
{4000, "", roman.ErrOutOfRange},
}
toRomanSingleCases = []toRomanCase{
{1, "I", nil},
{5, "V", nil},
// ...
}
toRomanNormalCases = []toRomanCase{
{2, "II", nil},
{3, "III", nil},
// ...
}
}
然后为了避免代码重复，抽象一个运行多个toRomanCase的函数：
func testToRomanCases(cases []toRomanCase, t *testing.T) {
for _, testCase := range cases {
got, err := roman.ToRoman(testCase.num)
if got != testCase.expect {
t.Errorf("ToRoman(%d) expect:%s got:%s", testCase.num, testCase.expect, got)
}
if err != testCase.err {
t.Errorf("ToRoman(%d) expect error:%v got:%v", testCase.num, testCase.err, err)
}
}
}
为每个分组定义一个测试函数：
func testToRomanInvalid(t *testing.T) {
testToRomanCases(toRomanInvalidCases, t)
}
func testToRomanSingle(t *testing.T) {
testToRomanCases(toRomanSingleCases, t)
}
func testToRomanNormal(t *testing.T) {
testToRomanCases(toRomanNormalCases, t)
}
在原来的测试函数中，调用t.Run()运行不同分组的测试函数，t.Run()第一个参数为子测试名，第二个参数为子测试函数：
func TestToRoman(t *testing.T) {
t.Run("Invalid", testToRomanInvalid)
t.Run("Single", testToRomanSingle)
t.Run("Normal", testToRomanNormal)
}
运行：
$ go test -v
=== RUN TestToRoman
=== RUN TestToRoman/Invalid
=== RUN TestToRoman/Single
=== RUN TestToRoman/Normal
--- PASS: TestToRoman (0.00s)
--- PASS: TestToRoman/Invalid (0.00s)
--- PASS: TestToRoman/Single (0.00s)
--- PASS: TestToRoman/Normal (0.00s)
PASS
ok github.com/darjun/go-daily-lib/testing 0.188s
可以看到，依次运行 3 个子测试，子测试名是父测试名和t.Run()指定的名字组合而成的，如TestToRoman/Invalid。
默认情况下，这些测试都是依次顺序执行的。如果各个测试之间没有联系，我们可以让他们并行以加快测试速度。方法也很简单，在testToRomanInvalid/testToRomanSingle/testToRomanNormal这 3 个函数开始处调用t.Parallel()，由于这 3 个函数直接调用了testToRomanCases，也可以只在testToRomanCases函数开头出添加：
func testToRomanCases(cases []toRomanCase, t *testing.T) {
t.Parallel()
// ...
}
运行：
$ go test -v
...
--- PASS: TestToRoman (0.00s)
--- PASS: TestToRoman/Invalid (0.00s)
--- PASS: TestToRoman/Normal (0.00s)
--- PASS: TestToRoman/Single (0.00s)
PASS
ok github.com/darjun/go-daily-lib/testing 0.182s
我们发现测试完成的顺序并不是我们指定的顺序。
另外，这个示例中我将roman_test.go文件移到了roman_test包中，所以需要import "github.com/darjun/go-daily-lib/testing/roman"。这种方式在测试包有循环依赖的情况下非常有用，例如标准库中net/http依赖net/url，url的测试函数依赖net/http，如果把测试放在net/url包中，那么就会导致循环依赖url_test(net/url)->net/http->net/url。这时可以将url_test放在一个独立的包中。
主测试函数
有一种特殊的测试函数，函数名为TestMain()，接受一个*testing.M类型的参数。这个函数一般用于在运行所有测试前执行一些初始化逻辑（如创建数据库链接），或所有测试都运行结束之后执行一些清理逻辑（释放数据库链接）。如果测试文件中定义了这个函数，则go test命令会直接运行这个函数，否者go test会创建一个默认的TestMain()函数。这个函数的默认行为就是运行文件中定义的测试。我们自定义TestMain()函数时，也需要手动调用m.Run()方法运行测试函数，否则测试函数不会运行。默认的TestMain()类似下面代码：
func TestMain(m *testing.M) {
os.Exit(m.Run())
}
下面自定义一个TestMain()函数，打印go test支持的选项：
func TestMain(m *testing.M) {
flag.Parse()
flag.VisitAll(func(f *flag.Flag) {
fmt.Printf("name:%s usage:%s value:%v\n", f.Name, f.Usage, f.Value)
})
os.Exit(m.Run())
}
运行：
$ go test -v
name:test.bench usage:run only benchmarks matching `regexp` value:
name:test.benchmem usage:print memory allocations for benchmarks value:false
name:test.benchtime usage:run each benchmark for duration `d` value:1s
name:test.blockprofile usage:write a goroutine blocking profile to `file` value:
name:test.blockprofilerate usage:set blocking profile `rate` (see runtime.SetBlockProfileRate) value:1
name:test.count usage:run tests and benchmarks `n` times value:1
name:test.coverprofile usage:write a coverage profile to `file` value:
name:test.cpu usage:comma-separated `list` of cpu counts to run each test with value:
name:test.cpuprofile usage:write a cpu profile to `file` value:
name:test.failfast usage:do not start new tests after the first test failure value:false
name:test.list usage:list tests, examples, and benchmarks matching `regexp` then exit value:
name:test.memprofile usage:write an allocation profile to `file` value:
name:test.memprofilerate usage:set memory allocation profiling `rate` (see runtime.MemProfileRate) value:0
name:test.mutexprofile usage:write a mutex contention profile to the named file after execution value:
name:test.mutexprofilefraction usage:if >= 0, calls runtime.SetMutexProfileFraction() value:1
name:test.outputdir usage:write profiles to `dir` value:
name:test.paniconexit0 usage:panic on call to os.Exit(0) value:true
name:test.parallel usage:run at most `n` tests in parallel value:8
name:test.run usage:run only tests and examples matching `regexp` value:
name:test.short usage:run smaller test suite to save time value:false
name:test.testlogfile usage:write test action log to `file` (for use only by cmd/go) value:
name:test.timeout usage:panic test binary after duration `d` (default 0, timeout disabled) value:10m0s
name:test.trace usage:write an execution trace to `file` value:
name:test.v usage:verbose: print additional output value:tru
这些选项也可以通过go help testflag查看。
其他
另一个函数FromRoman()我没有写任何测试，就交给大家了😀
性能测试
性能测试是为了对函数的运行性能进行评测。性能测试也必须在_test.go文件中编写，且函数名必须是BenchmarkXxxx开头。性能测试函数接受一个*testing.B的参数。下面我们编写 3 个计算第 n 个斐波那契数的函数。
第一种方式：递归
func Fib1(n int) int {
if n <= 1 {
return n
}
return Fib1(n-1) + Fib1(n-2)
}
第二种方式：备忘录
func fibHelper(n int, m map[int]int) int {
if n <= 1 {
return n
}
if v, ok := m[n]; ok {
return v
}
v := fibHelper(n-2, m) + fibHelper(n-1, m)
m[n] = v
return v
}
func Fib2(n int) int {
m := make(map[int]int)
return fibHelper(n, m)
}
第三种方式：迭代
func Fib3(n int) int {
if n <= 1 {
return n
}
f1, f2 := 0, 1
for i := 2; i <= n; i++ {
f1, f2 = f2, f1+f2
}
return f2
}
下面我们来测试这 3 个函数的执行效率：
// fib_test.go
func BenchmarkFib1(b *testing.B) {
for i := 0; i < b.N; i++ {
Fib1(20)
}
}
func BenchmarkFib2(b *testing.B) {
for i := 0; i < b.N; i++ {
Fib2(20)
}
}
func BenchmarkFib3(b *testing.B) {
for i := 0; i < b.N; i++ {
Fib3(20)
}
}
需要特别注意的是N，go test会一直调整这个数值，直到测试时间能得出可靠的性能数据为止。运行：
$ go test -bench=.
goos: windows
goarch: amd64
pkg: github.com/darjun/go-daily-lib/testing/fib
cpu: Intel(R) Core(TM) i7-7700 CPU @ 3.60GHz
BenchmarkFib1-8 31110 39144 ns/op
BenchmarkFib2-8 582637 3127 ns/op
BenchmarkFib3-8 191600582 5.588 ns/op
PASS
ok github.com/darjun/go-daily-lib/testing/fib 5.225s
性能测试默认不会执行，需要通过-bench=.指定运行。-bench选项的值是一个简单的模式，.表示匹配所有的，Fib表示运行名字中有Fib的。
上面的测试结果表示Fib1在指定时间内执行了 31110 次，平均每次 39144 ns，Fib2在指定时间内运行了 582637 次，平均每次耗时 3127 ns，Fib3在指定时间内运行了 191600582 次，平均每次耗时 5.588 ns。
其他选项
有一些选项可以控制性能测试的执行。
-benchtime：设置每个测试的运行时间。
$ go test -bench=. -benchtime=30s
运行了更长的时间：
$ go test -bench=. -benchtime=30s
goos: windows
goarch: amd64
pkg: github.com/darjun/go-daily-lib/testing/fib
cpu: Intel(R) Core(TM) i7-7700 CPU @ 3.60GHz
BenchmarkFib1-8 956464 38756 ns/op
BenchmarkFib2-8 17862495 2306 ns/op
BenchmarkFib3-8 1000000000 5.591 ns/op
PASS
ok github.com/darjun/go-daily-lib/testing/fib 113.498s
-benchmem：输出性能测试函数的内存分配情况。
-memprofile file：将内存分配数据写入文件。
-cpuprofile file：将 CPU 采样数据写入文件，方便使用go tool pprof工具分析，详见我的另一篇文章《你不知道的 Go 之 pprof》
运行：
$ go test -bench=. -benchtime=10s -cpuprofile=./cpu.prof -memprofile=./mem.prof
goos: windows
goarch: amd64
pkg: github.com/darjun/fib
BenchmarkFib1-16 356006 33423 ns/op
BenchmarkFib2-16 8958194 1340 ns/op
BenchmarkFib3-16 1000000000 6.60 ns/op
PASS
ok github.com/darjun/fib 33.321s
同时生成了 CPU 采样数据和内存分配数据，通过go tool pprof分析：
$ go tool pprof ./cpu.prof
Type: cpu
Time: Aug 4, 2021 at 10:21am (CST)
Duration: 32.48s, Total samples = 36.64s (112.81%)
Entering interactive mode (type "help" for commands, "o" for options)
(pprof) top10
Showing nodes accounting for 29640ms, 80.90% of 36640ms total
Dropped 153 nodes (cum <= 183.20ms)
Showing top 10 nodes out of 74
flat flat% sum% cum cum%
11610ms 31.69% 31.69% 11620ms 31.71% github.com/darjun/fib.Fib1
6490ms 17.71% 49.40% 6680ms 18.23% github.com/darjun/fib.Fib3
2550ms 6.96% 56.36% 8740ms 23.85% runtime.mapassign_fast64
2050ms 5.59% 61.95% 2060ms 5.62% runtime.stdcall2
1620ms 4.42% 66.38% 2140ms 5.84% runtime.mapaccess2_fast64
1480ms 4.04% 70.41% 12350ms 33.71% github.com/darjun/fib.fibHelper
1480ms 4.04% 74.45% 2960ms 8.08% runtime.evacuate_fast64
1050ms 2.87% 77.32% 1050ms 2.87% runtime.memhash64
760ms 2.07% 79.39% 760ms 2.07% runtime.stdcall7
550ms 1.50% 80.90% 7230ms 19.73% github.com/darjun/fib.BenchmarkFib3
(pprof)
内存：
$ go tool pprof ./mem.prof
Type: alloc_space
Time: Aug 4, 2021 at 10:30am (CST)
Entering interactive mode (type "help" for commands, "o" for options)
(pprof) top10
Showing nodes accounting for 8.69GB, 100% of 8.69GB total
Dropped 12 nodes (cum <= 0.04GB)
flat flat% sum% cum cum%
8.69GB 100% 100% 8.69GB 100% github.com/darjun/fib.fibHelper
0 0% 100% 8.69GB 100% github.com/darjun/fib.BenchmarkFib2
0 0% 100% 8.69GB 100% github.com/darjun/fib.Fib2 (inline)
0 0% 100% 8.69GB 100% testing.(*B).launch
0 0% 100% 8.69GB 100% testing.(*B).runN
(pprof)
示例测试
示例测试用于演示模块或函数的使用。同样地，示例测试也在文件_test.go中编写，并且示例测试函数名必须是ExampleXxx的形式。在Example*函数中编写代码，然后在注释中编写期望的输出，go test会运行该函数，然后将实际输出与期望的做比较。下面摘取自 Go 源码net/url/example_test.go文件中的代码演示了url.Values的用法：
func ExampleValuesGet() {
v := url.Values{}
v.Set("name", "Ava")
v.Add("friend", "Jess")
v.Add("friend", "Sarah")
v.Add("friend", "Zoe")
fmt.Println(v.Get("name"))
fmt.Println(v.Get("friend"))
fmt.Println(v["friend"])
// Output:
// Ava
// Jess
// [Jess Sarah Zoe]
}
注释中Output:后是期望的输出结果，go test会运行这些函数并与期望的结果做比较，比较会忽略空格。
有时候我们输出的顺序是不确定的，这时就需要使用Unordered Output。我们知道url.Values底层类型为map[string][]string，所以可以遍历输出所有的键值，但是输出顺序不确定：
func ExampleValuesAll() {
v := url.Values{}
v.Set("name", "Ava")
v.Add("friend", "Jess")
v.Add("friend", "Sarah")
v.Add("friend", "Zoe")
for key, values := range v {
fmt.Println(key, values)
}
// Unordered Output:
// name [Ava]
// friend [Jess Sarah Zoe]
}
运行：
$ go test -v
$ go test -v
=== RUN ExampleValuesGet
--- PASS: ExampleValuesGet (0.00s)
=== RUN ExampleValuesAll
--- PASS: ExampleValuesAll (0.00s)
PASS
ok github.com/darjun/url 0.172s
没有注释，或注释中无Output/Unordered Output的函数会被忽略。
总结
本文介绍了 Go 中的 3 种测试：单元测试，性能测试和示例测试。为了让程序更可靠，让以后的重构更安全、更放心，单元测试必不可少。排查程序中的性能问题，性能测试能派上大用场。示例测试主要是为了演示如何使用某个功能。
大家如果发现好玩、好用的 Go 语言库，欢迎到 Go 每日一库 GitHub 上提交 issue😄
参考
- testing 官方文档: golang.google.cn/pkg/testing…
- Go 每日一库 GitHub：github.com/darjun/go-d…
我
我的博客：darjun.github.io
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