Sistemas Operativos

Tema

Unit Testing con CSpec ​

Introducción ​

¿Qué es CSpec? ​

Es una biblioteca para hacer pruebas unitarias a programas escritos en C, que nos sirven para tener una mayor visión de la robustez del código y asegurar que al menos lo que está testeado anda.

Al definir las pruebas como test cases, se pueden repetir de 1 a N veces, validando que tu programa no rompa aleatoriamente o que no se rompió después de un cambio grande.

¿Y eso de qué me sirve para el TP? ​

Ponele que estás a 6 horas de la entrega, mucho café, tenés que arreglar un bug pero no querés tocar mucho por miedo a romper las demás funcionalidades. "Nah, mejor lo dejo así, ojalá no rompa" <-- Nunca digas eso. Jamás de los jamases. Nun-ca. Abrí el eclipse (o el vi, si estás inspirado) y ponete a revisar el código 😃

Ok, lo arreglaste, tuviste que cambiar el core del TP... ¿cómo sabés que sigue andando todo? Fácil: corré los tests. No hace falta volverte loco revisando logs de 300 líneas, o llenar el debugger de breakpoints. Si tenés un buen conjunto de pruebas, solo tenés que volverlas a correr y ver que pasan luego de hacer los cambios.

OK, compro, ¿cómo lo consigo? ​

Primero tenés que instalarlo. Esto tenés que hacerlo una sola vez por máquina. Si ya lo tenés instalado, no hace falta 😃 Ejecutá en una terminal los siguientes comandos:

bash
git clone https://github.com/mumuki/cspec.git
cd cspec
make
sudo make install

¿Cómo funciona? ​

Antes que nada, vamos a definir algunos conceptos:

  • Test case: Es un bloque de código destinado a probar una funcionalidad. Idealmente se compone de 3 partes:
    • Inicialización: generar el fixture de datos a usar durante la prueba.
    • Operación: llamar a las funciones que hagan falta.
    • Aserciones: validar que los resultados sean los esperados.
  • Suite: Es un conjunto de test cases que prueban una funcionalidad común. Opcionalmente, además, puede contener funciones de inicialización/limpieza a correr antes/después de cada test.
  • Context: Es una agrupación de suites.

Ejemplo en CSpec ​

c
#include <cspecs/cspec.h>
#include <string.h>

context (test_de_strings) {
    describe("strlen") {
        it("devuelve la longitud de la cadena") {
            char* unaCadena = "Empanada";
            int longitud = strlen(unaCadena);
            should_int(longitud) be equal to(8);
        } end
        it("devuelve 0 para una cadena vacía") {
            should_int(strlen("")) be equal to(0);
        } end
    } end
}

Podemos ver que en el contexto test_de_strings, hay una suite para testear strlen que tiene dos test cases. Obviamente uno nunca va a querer testear funciones de la biblioteca estándar de C ¡porque se supone que andan!, pero es solo un ejemplo para que te familiarices con la sintaxis.

Para correr este ejemplo, copiá el código en un prueba.c y compilalo con:

bash
gcc prueba.c -o prueba -lcspecs

Luego, ejecutalo con:

bash
./prueba

Vas a ver algo como:

img01

O sea, que todas tus pruebas pasaron.

¿Y si hubieras escrito mal el test? Si el segundo test fuera...

c
        it("devuelve 0 para una cadena vacía") {
            should_int(strlen("")) be equal to(123);
        } end

... el resultado sería:

img02

Y claro, el segundo test falló, esperaba que devuelva 123 pero devolvió 0.

Configurando el template de la cátedra ​

Para dejar de probar con gcc y usar nuestros tests en un proyecto en C, vamos a crear una carpeta tests en la raíz de nuestro proyecto inicial y crear un archivo ejemplo_test.c para luego agregarle el código que vimos antes.

Nos debería quedar estructurado de la siguiente forma:

ejemplo
├── makefile
├── settings.mk
├── src
│   └── main.c
└── tests
    └── ejemplo_test.c

Y luego modificar el archivo settings.mk para que al compilar se ignore el archivo que contiene la función main, que por defecto es src/main.c:

make
# Source files (*.c) to be excluded from tests compilation
TEST_EXCLUDE=
TEST_EXCLUDE=src/main.c

TIP 1

En general, es una buena práctica que nuestro archivo main.c no tenga casi nada de lógica, sino que simplemente llame a funciones que están en otros archivos. De esta forma, podemos testear todas las funcionalidades de nuestro programa sin que queden demasiadas funciones excluidas por TEST_EXCLUDE.

TIP 2

En caso de que tu proyecto sea una biblioteca de código compartido, no vas a necesitar excluir ningún archivo en el settings.mk ya que no debería haber ningún main en tu proyecto.

Usando el template de la cátedra ​

El makefile de la cátedra ya incluye todo lo necesario para compilar los tests y el código vinculando la biblioteca CSpec. Para esto, simplemente nos queda ejecutar:

sh
make test

Esto nos va a generar un binario llamado {proyecto}_tests, que podremos ejecutar como cualquier otro:

sh
./bin/ejemplo_tests

Desde Visual Studio Code ​

Además, si querés poder ejecutar los tests con el debugger de Visual Studio Code, vamos a tener que editar los archivos tasks.json y launch.json para que se compile y ejecute el binario de los tests[1]:

json
{
  "version": "2.0.0",
  "tasks": [
    {  
      "label": "build-test",  
      "command": "make clean test",  
      "type": "shell",  
      "group": {  
        "kind": "build",  
        "isDefault": true
      },  
      "problemMatcher": ["$gcc"]  
    },  
    // ... otras tareas
  ]
}
json
{
  "version": "0.2.0",
  "configurations": [
    { 
      "name": "test", 
      "type": "cppdbg", 
      "request": "launch", 
      "program": "${workspaceFolder}/bin/${workspaceFolderBasename}_tests", 
      "args": [], 
      "stopAtEntry": false, 
      "cwd": "${workspaceFolder}", 
      "environment": [], 
      "externalConsole": false, 
      "linux": { 
        "MIMode": "gdb"
      }, 
      "osx": { 
        "MIMode": "lldb"
      }, 
      "setupCommands": [ 
        { 
          "description": "Enable pretty-printing for gdb", 
          "text": "-enable-pretty-printing", 
          "ignoreFailures": true
        } 
      ], 
      "preLaunchTask": "build-test"
    }, 
    // ... otras configuraciones
  ]
}

TIP

En caso de que tu proyecto sea una biblioteca de código compartido, vas a tener que crear el archivo launch.json, ya que no se los incluímos por defecto al no tratarse de un proyecto que genere un ejecutable.

Ejemplo 1: Orden, inicialización y limpieza ​

Veamos este otro ejemplo, en donde agregamos una función de inicialización, otra de limpieza, y un test que rompe:

c
#include <cspecs/cspec.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

context (probando_cosas) {
    describe("tests") {
        before {
            printf("Yo inicializo cosas\n");
        } end

        after {
            printf("Yo limpio cosas\n");
        } end

        it("test1") {
            printf("Soy el test 1 y pruebo que 1+1 sea 2\n");
            should_int(1 + 1) be equal to(2);
        } end

        it("test2") {
            printf("Soy el test 2 y doy Segmentation Fault\n");
            char* puntero = NULL;
            *puntero = 9;
        } end

        it("test3") {
            printf("Soy el test 3");
        } end
    } end
}

Si lo compilás y ejecutás como ya sabés, vas a ver algo como esto:

img03

Con esto descubrimos que:

  • El bloque before se ejecuta antes de cada test dentro de la misma suite.
  • El bloque after se ejecuta después de cada test dentro de la misma suite.
  • Si un test rompe (tira segmentation fault) aborta la ejecución de los demás.
  • Los tests corren en orden, aunque tu código nunca debería confiar en esto. Los tests tienen que ser independientes entre sí, y cualquier efecto de lado que tengan debe ser limpiado en el bloque after y reinicializado en el before para que el siguiente test tenga el mismo contexto de ejecución.

Ejemplo 2: Lector de archivos ​

Supongamos que hicimos un par de funciones de manejo de archivos y las queremos testear. El código a probar está a continuación. Básicamente es una función que cuenta el número de ocurrencias de un determinado carácter en un archivo.

c
#ifndef LECTOR_H_
#define LECTOR_H_

int archivo_contar(char* path, char c);

#endif
c
#include "lector.h"

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>

char* leer(char* path);
int obtener_size(char* path);

int archivo_contar(char* path, char c) {
    char* contenido = leer(path);
    if (contenido == NULL) {
        return - 1;
    }

    int cantidad = 0;
    for (int i = 1; i < strlen(contenido); i++) {
        if (contenido[i] == c) {
            cantidad++;
        }
    }

    return cantidad;
}

char* leer(char* path) {
    FILE* archivo = fopen(path, "r");
    if (archivo == NULL) {
        return NULL;
    }
    int size = obtener_size(path);
    char* texto = malloc(size + 1);
    fread(texto, size, sizeof(char), archivo);
    fclose(archivo);
    texto[size] = '\0';
    return texto;
}

int obtener_size(char* path) {
    struct stat stat_file;
    stat(path, &stat_file);
    return stat_file.st_size;
}

Si tuviéramos un archivo algo.txt con el contenido: hola mundo, entonces archivo_contar("algo.txt" , 'o') devolvería 2, ya que hay dos letras o en la cadena. Eso es lo que queremos probar.

Ahora que ya tenemos el código, pasemos a la parte importante. Incluyamos el header a nuestro archivo principal (main.c del proyecto, supongamos):

c
#include "lector.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <cspecs/cspec.h>

context (probando_cosas) {
}

Para arrancar, podemos probar la primer parte, cuando el archivo que recibe como parámetro no existe. Armamos un test case para eso, lo agregamos a un context y vemos que pasa correctamente:

c
#include "lector.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <cspecs/cspec.h>

context (probando_cosas) {
    it("devuelve -1 si el archivo no existe") {
        int cantidad = archivo_contar("askjd.txt", 'f');
        should_int(cantidad) be equal to(-1);
    } end
}

Ahora hay que probar el caso más común, que dado un archivo que exista, lo lea y devuelva la cantidad correcta de ocurrencias:

c
#include "lector.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <cspecs/cspec.h>

context (probando_cosas) {
    it("devuelve -1 si el archivo no existe") {
        int cantidad = archivo_contar("askjd.txt", 'f');
        should_int(cantidad) be equal to(-1);
    } end

    it("devuelve el número exacto de ocurrencias") {
        FILE* archivo = fopen("prueba.txt", "w+");
        fprintf(archivo, "aca hay como 4 as");
        fflush(archivo); // para que se guarde en disco ya
        int cantidad = archivo_contar("prueba.txt", 'a');
        should_int(cantidad) be equal to(4);
    } end
}

¿Lo corremos?

img05

Nos dice que falló, en dónde, y con qué error. A ver qué pasó...

¡Uh!, estábamos recorriendo mal el array, desde 1 en lugar de desde 0:

c
int archivo_contar(char* path, char c) {
    char* contenido = leer(path);
    if (contenido == NULL) {
        return - 1;
    }

    int cantidad = 0;
    for (int i = 1; i < strlen(contenido); i++) {
        if (contenido[i] == c) {
            cantidad++;
        }
    }

    return cantidad;
}

¡Genial! Encontramos un bug gracias al test. Luego de arreglarlo, vemos que está todo bien.

Una cosa que no está tan copada es tener que abrir el archivo en cada test, además de que deja un archivo prueba.txt que no se borra nunca. Además, si nuestro archivo_contar(...) de alguna forma mutara el archivo, los demás tests no harían lo que esperamos. Hagamos un before que cree el archivo y un after que lo borre:

c
#include "lector.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <cspecs/cspec.h>

context (probando_cosas) {
    describe("con archivos inexistentes") {
        it("devuelve -1 si el archivo no existe") {
            int cantidad = archivo_contar("askjd.txt", 'f');
            should_int(cantidad) be equal to(-1);
        } end
    } end

    describe("con archivos que existen") {
        const char* path = "prueba.txt";
        FILE* archivo = NULL;

        before {
            archivo = fopen(path, "w+");
        } end

        after {
            fclose(archivo);
            unlink(path);
        } end

        it("devuelve el número exacto de ocurrencias") {
            fprintf(archivo, "aca hay como 4 as");
            fflush(archivo); // para que se guarde en disco ya
            int cantidad = archivo_contar("prueba.txt", 'a');
            should_int(cantidad) be equal to(4);
        } end
    } end
}

Fijate que que dividimos todo en dos suites según si usaban un archivo o no, quedó mucho más prolijo 😃

Algunos detalles ​

  • En CSpec, los bloques before y after siempre tienen que estar arriba de los test cases, justo abajo de comenzar el bloque describe. No ponerlos al principio puede causar problemas extraños.

  • ¡Hay muchos tipos de aserciones! En estos ejemplos solo usamos should_int pero podés ver el resto en la documentación de CSpec.

  • La so-commons-library usa CSpec para probar sus funcionalidades. Podés ver más ejemplos de cómo testear en la carpeta unit-tests del repositorio.

  • A diferencia de frameworks de test de otras tecnologías, acá ninguna de las aserciones termina con la ejecución del test case si fallan.

Preguntas frecuentes ​

Todo esto no parece código C... ¿Qué es esa sintaxis rara de } end?

No importa, vos fumá. Son macros de preprocesador definidas en las bibliotecas, creadas para que puedas definir los tests de forma más simple. Son bastante útiles para evitar escribir código repetitivo.

¿Cómo puedo organizar mejor los tests?

Lo conveniente sería tener un context por cada archivo a testear, y cada uno de ellos en un archivo diferente.

¿Pueden convivir los tests con mi función main?

Sí, y al ejecutar el programa van a correr las dos cosas (tu main y los tests). Lo ideal sería tener todo el código de dominio (y que se pretenda probar) en una static library y que tanto el proyecto principal como el que contengan tus tests usen esa biblioteca.

Todo muy lindo, pero vos me estás diciendo que haga tests unitarios para probar mi trabajo práctico. El tiempo que toma desarrollar el TP es mucho, apenas llego a la primera instancia de evaluación con horas de diferencia, ¡¿y encima vos me decís que pierda el tiempo haciendo tests?!

En un primer lugar, hacer tests unitarios no es perder el tiempo, estamos probando cada funcionalidad por separado y de manera automatizada.

En un mundo feliz deberías programar los tests para todas las funcionalidades de tu programa, pero sabemos que tiempo no te sobra y entonces te recomendamos que, por lo menos, programes los tests de lo que consideres importante en tu programa.

Creeme, sentarte a hacer los tests en un par de horas para después correrlos cada vez que haya cambios importantes en tu código va a minimizar las "sorpresas" que te podés llevar el día de la entrega y vas a solucionar los errores mucho más rápido que haciendo debugging a mano.



  1. En esta guía explicamos en detalle cada configuración de Visual Studio Code. ↩︎

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