gtest从一无所知到熟练使用什么是测试夹具/装置（test fixture）

Posted 2022-07-11 奇妙之二进制

在介绍gtest之前补充介绍几个测试术语。

Fixture是软件测试中的一个重要概念。许多人对这个概念感到模糊，原因之一是迄今为止它没有统一的中文翻译。有人叫它测试固件，有人叫它测试装置，还有人叫它测试夹具。我个人没有特别倾向的翻译，因此在文中直接称之为Fixture。

那么，到底什么是Fixture呢？实际上，Fixture概念源于电子学，指的是测试电子元器件所需的辅助装置。后来这个概念被引入到软件测试领域，意指能够提供软件测试所依赖的系统，环境，状态等前置条件的东西。

在我看来，Fixture是一个抽象事物，其抽象性体现在两方面。

一方面，Fixture的功能是抽象的。测试用例的前置条件千变万化，Fixture的具体功能也随之千变万化。例如，一个读取文件内容的测试用例，其前置条件是一个打开的文件，此时Fixture的功能是打开文件；而一个测试HTTP接口的测试用例，其前置条件是一对运行的HTTP服务器/客户端，此时Fixture的功能是创建并启动HTTP服务器/客户端。

另一方面，Fixture的形态也是抽象的。即使是同一个测试用例，在不同测试环境下，Fixture可能存在不同的形态。例如，针对读取文件内容的测试用例，Fixture的作用是打开文件，但是其具体的实现方式有多种可能。既可以是一个双击文件图标的操作，也可以是一行Linux命令，还可以是一段Python脚本。

由于Fixture在功能和形态两方面都是抽象的，因此也不难理解为什么许多人对Fixture有一种似懂非懂的感觉。这里，根据上面的讨论，我们给Fixture下一个自己的定义: Fixture是在软件测试过程中，为测试用例创建其所依赖的前置条件的操作或脚本。

需要补充的是，“凡事有始就有终”，Fixture也一样。在执行测试用例前需要准备环境，那么在用例执行之后还需要恢复环境。因此，Fixture还有一个隐含的功能，那就是在测试结束后，恢复测试环境，回归初始状态。

聊到这里，大家可能还是对Fixture的意义不理解。准备和销毁环境，初始化和清除状态，为什么不直接由测试用例自己来完成？"无中生有"弄出一个Fixture，会不会把简单问题复杂化？

这是好问题。这些操作当然能由测试用例自己来完成。然而，“能不能"不是关键，关键是"好不好”。

软件测试有个特点，那就是针对同一用户场景，往往会设计多个前置条件相同但是测试步骤有差异的测试用例(测试套件Test Suite的概念即源于此)。此时，如果每个用例都各自维护前置条件，不仅存在浪费，而且难以保持一致性。

一种更好的做法是"合并同类项"。当多个用例具有相同的前置条件时，我们可以将前置条件提取出来，作为Fixture，由各个用例共同调用。这种做法效率高，易于维护，一致性也更好。

从设计模式角度来看，这种做法遵守了两大原则。一是"单一数据源"(Single Source of Truth)原则，即完成某一功能的Fixture有且仅有一份；二是"关注点分离"(Separation of Concerns)原则，即让Fixture负责测试环境和状态的准备与销毁工作，让测试用例负责测试主体工作，双方各司其职，职责明细。

至此，我们从理论方面介绍了Fixture的原理和含义。接下来，我们从实践方面看看，Fixture是如何应用于工程实际的。

一种最普遍的实现Fixture的方式是Setup/Teardown。它广泛存在于各种主流的自动化测试框架中，例如C++ Google Test, Java JUnit, Python Unittest, Robot Framework等。

它们共同的特点是基于Setup函数或方法，完成对测试环境和状态的准备工作；基于Teardown函数或方法，完成对测试环境和状态的销毁工作。

在基于Setup/Teardown的测试框架中，测试用例的一般过程包括四部分: Setup -> 执行用例，与被测软件进行交互 -> 验证结果，与期望值进行比较 -> Teardown，回到初始状态。

我们可以定义不同级别的Setup/Teardown方法，来实现不同范围的Fixture共享。例如，在用例中定义的Setup，只在这个用例执行之前调用；在Suite中定义的Setup，只在Suite执行之前调用，在Suite中的所有测试用例执行时不再调用。

基于Setup/Teardown的Fixture实现方式存在时间长，应用范围广，“江湖地位高”。不过，近年来，出现另外一种Fixture实现方式，渐渐被人认识。它就是Pytest Fixture。

Pytest是Python单元测试框架"三剑客"之一。与Python Unitest, Python Nose不同的是，Pytest不仅支持单元测试，还支持各种复杂的功能测试，UI测试和端到端测试。Pytest"宽应用光谱"的原因之一，是它采用了新的Fixture实现方式。

在Pytest中，基于@pytest.fixture装饰器，任意Python函数都可以被注册为Fixture。Fixture的名字即是Python函数的名字。测试用例(即测试函数)通过将Fixture名字声明在输入参数表中的方式，来选择和使用Fixture。

将Fixture定义为函数，可以实现Fixture的模块化。Fixture既可以调用各种库和模块，也可以被其他Fixture以输入参数声明的方式嵌套调用。与Setup/Teardown不同的是，Pytest Fixture不仅可以在Case和Suite范围共享，还可以在Package和Session范围共享。

以输入参数声明方式调用Fixture的另一个好处是可以实现细粒度的Fixture选择和组合。每个测试用例都可以将各自所依赖的Fixture放在输入参数表中，而将不依赖的Fixture剔除。重复出现的Fixture组合可以被封装成一个新的Fixture。Setup/Teardown方式就没有这种灵活度。

另外，Pytest Fixture支持参数化。针对同一个测试用例，根据不同的参数配置，可以在执行用例的过程中动态地调用不同的Fixture。这样，可以实现一个测试用例覆盖多种场景的需求。基于参数化的Fixture，数据驱动测试更容易实现，也更好维护。

大家可以看到，与传统的Setup/Teardown模式相比，Pytest Fixture模式使用更加方便，功能也更强大。个人认为，Pytest Fixture模式未来的前景值得期待。

总结一下，本文介绍了:

1. Test Fixture的产生背景和意义，

2. Test Fixture的概念和特点，

3. 两种Test Fixture实现模式: Setup/Teardown和Pytest Fixture各自的含义和特点。

希望通过阅读本文，大家对"Test Fixture"不再陌生或迷糊，这方面的认识和理解能够上一个台阶。