Rust编写测试及控制执行

编写测试及控制执行

在 Rust 中，测试是通过函数的方式实现的，它可以用于验证被测试代码的正确性。测试函数往往依次执行以下三种行为：

1. 设置所需的数据或状态
2. 运行想要测试的代码
3. 判断( assert )返回的结果是否符合预期

让我们来看看该如何使用 Rust 提供的特性来按照上述步骤编写测试用例。

测试函数

当使用 Cargo 创建一个 lib 类型的包时，它会为我们自动生成一个测试模块。先来创建一个 lib 类型的 adder 包：

$ cargo new adder --lib
     Created library `adder` project
$ cd adder

创建成功后，在 src/lib.rs 文件中可以发现如下代码:

#[cfg(test)]
mod tests {
    #[test]
    fn it_works() {
        assert_eq!(2 + 2, 4);
    }
}

其中，tests 就是一个测试模块，it_works 则是我们的主角：测试函数。

可以看出，测试函数需要使用 test 属性进行标注。关于属性( attribute )，我们在之前的章节已经见过类似的 derive，使用它可以派生自动实现的 Debug 、Copy 等特征，同样的，使用 test 属性，我们也可以获取 Rust 提供的测试特性。

经过 test 标记的函数就可以被测试执行器发现，并进行运行。当然，在测试模块 tests 中，还可以定义非测试函数，这些函数可以用于设置环境或执行一些通用操作：例如为部分测试函数提供某个通用的功能，这种功能就可以抽象为一个非测试函数。

换而言之，正是因为测试模块既可以定义测试函数又可以定义非测试函数，导致了我们必须提供一个特殊的标记 test，用于告知哪个函数才是测试函数。

assert_eq

在测试函数中，还使用到了一个内置的断言：assert_eq，该宏用于对结果进行断言：2 + 2 是否等于 4。与之类似，Rust 还内置了其它一些实用的断言，具体参见后续章节。

cargo test

下面使用 cargo test 命令来运行项目中的所有测试:

$ cargo test
   Compiling adder v0.1.0 (file:///projects/adder)
    Finished test [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.57s
     Running unittests (target/debug/deps/adder-92948b65e88960b4)

running 1 test
test tests::it_works ... ok

test result: ok. 1 passed; 0 failed; 0 ignored; 0 measured; 0 filtered out; finished in 0.00s

   Doc-tests adder

running 0 tests

test result: ok. 0 passed; 0 failed; 0 ignored; 0 measured; 0 filtered out; finished in 0.00s

上面测试输出中，有几点值得注意:

• 测试用例是分批执行的，running 1 test 表示下面的输出 test result 来自一个测试用例的运行结果。
• test tests::it_works 中包含了测试用例的名称
• test result: ok 中的 ok 表示测试成功通过
• 1 passed 代表成功通过一个测试用例(因为只有一个)，0 failed : 没有测试用例失败，0 ignored 说明我们没有将任何测试函数标记为运行时可忽略，0 filtered 意味着没有对测试结果做任何过滤，0 mesasured 代表基准测试(benchmark)的结果

关于 filtered 和 ignored 的使用，在本章节的后续内容我们会讲到，这里暂且略过。

还有一个很重要的点，输出中的 Doc-tests adder 代表了文档测试，由于我们的代码中没有任何文档测试的内容，因此这里的测试用例数为 0，关于文档测试的详细介绍请参见这里。

大家还可以尝试修改下测试函数的名称，例如修改为 exploration，看看运行结果将如何变化。

失败的测试用例

是时候开始写自己的测试函数了，为了演示，这次我们来写一个会运行失败的:

#[cfg(test)]
mod tests {
    #[test]
    fn exploration() {
        assert_eq!(2 + 2, 4);
    }

    #[test]
    fn another() {
        panic!("Make this test fail");
    }
}

新的测试函数 another 相当简单粗暴，直接使用 panic 来报错，使用 cargo test 运行看看结果：

running 2 tests
test tests::another ... FAILED
test tests::exploration ... ok

failures:

---- tests::another stdout ----
thread 'main' panicked at 'Make this test fail', src/lib.rs:10:9
note: run with `RUST_BACKTRACE=1` environment variable to display a backtrace


failures:
    tests::another

test result: FAILED. 1 passed; 1 failed; 0 ignored; 0 measured; 0 filtered out; finished in 0.00s

error: test failed, to rerun pass '--lib'

从结果看，两个测试函数，一个成功，一个失败，同时在输出中准确的告知了失败的函数名: failures: tests::another，同时还给出了具体的失败原因： tests::another stdout。这两者虽然看起来存在重复，但是前者用于说明每个失败的具体原因，后者用于给出一眼可得结论的汇总信息。

有同学可能会好奇，这两个测试函数以什么方式运行？ 它们会运行在同一个线程中吗？答案是否定的，Rust 在默认情况下会为每一个测试函数启动单独的线程去处理，当主线程 main 发现有一个测试线程死掉时，main 会将相应的测试标记为失败。

事实上，多线程运行测试虽然性能高，但是存在数据竞争的风险，在后文我们会对其进行详细介绍并给出解决方案。

自定义失败信息

默认的失败信息在有时候并不是我们想要的，来看一个例子：

pub fn greeting(name: &str) -> String {
    format!("Hello {}!", name)
}

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;

    #[test]
    fn greeting_contains_name() {
        let result = greeting("Sunface");
        assert!(result.contains("孙飞"));
    }
}

使用 cargo test 运行后，错误如下：

test tests::greeting_contains_name ... FAILED

failures:

---- tests::greeting_contains_name stdout ----
thread 'tests::greeting_contains_name' panicked at 'assertion failed: result.contains(\"孙飞\")', src/lib.rs:12:9
note: run with `RUST_BACKTRACE=1` environment variable to display a backtrace


failures:
    tests::greeting_contains_name

可以看出，这段报错除了告诉我们错误发生的地方，并没有更多的信息，那再来看看该如何提供一些更有用的信息：

fn greeting_contains_name() {
    let result = greeting("Sunface");
    let target = "孙飞";
    assert!(
        result.contains(target),
        "你的问候中并没有包含目标姓名 {} ，你的问候是 `{}`",
        target,
        result
    );
}

这段代码跟之前并无不同，只是为 assert! 新增了几个格式化参数，这种使用方式与 format! 并无区别。再次运行后，输出如下：

---- tests::greeting_contains_name stdout ----
thread 'tests::greeting_contains_name' panicked at '你的问候中并没有包含目标姓名 孙飞 ，你的问候是 `Hello Sunface!`', src/lib.rs:14:9
note: run with `RUST_BACKTRACE=1` environment variable to display a backtrace

这次的报错就清晰太多了，真棒！在测试用例少的时候，也许这种信息还无法体现最大的价值，但是一旦测试多了后，详尽的报错信息将帮助我们更好的进行 Debug。

测试 panic

在之前的例子中，我们通过 panic 来触发报错，但是如果一个函数本来就会 panic ，而我们想要检查这种结果呢？

也就是说，我们需要一个办法来测试一个函数是否会 panic，对此， Rust 提供了 should_panic 属性注解，和 test 注解一样，对目标测试函数进行标注即可：

pub struct Guess {
    value: i32,
}

impl Guess {
    pub fn new(value: i32) -> Guess {
        if value < 1 || value > 100 {
            panic!("Guess value must be between 1 and 100, got {}.", value);
        }

        Guess { value }
    }
}

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;

    #[test]
    #[should_panic]
    fn greater_than_100() {
        Guess::new(200);
    }
}

上面是一个简单的猜数字游戏，Guess 结构体的 new 方法在传入的值不在 [1,100] 之间时，会直接 panic，而在测试函数 greater_than_100 中，我们传入的值 200 显然没有落入该区间，因此 new 方法会直接 panic，为了测试这个预期的 panic 行为，我们使用 #[should_panic] 对其进行了标注。

running 1 test
test tests::greater_than_100 - should panic ... ok

test result: ok. 1 passed; 0 failed; 0 ignored; 0 measured; 0 filtered out; finished in 0.00s

从输出可以看出， panic 的结果被准确的进行了测试，那如果测试函数中的代码不再 panic 呢？例如：

fn greater_than_100() {
    Guess::new(50);
}

此时显然会测试失败，因为我们预期一个 panic，但是 new 函数顺利的返回了一个 Guess 实例:

running 1 test
test tests::greater_than_100 - should panic ... FAILED

failures:

---- tests::greater_than_100 stdout ----
note: test did not panic as expected // 测试并没有按照预期发生 panic

expected

虽然 panic 被成功测试到，但是如果代码发生的 panic 和我们预期的 panic 不符合呢？因为一段糟糕的代码可能会在不同的代码行生成不同的 panic。

鉴于此，我们可以使用可选的参数 expected 来说明预期的 panic 长啥样：

// --snip--
impl Guess {
    pub fn new(value: i32) -> Guess {
        if value < 1 {
            panic!(
                "Guess value must be greater than or equal to 1, got {}.",
                value
            );
        } else if value > 100 {
            panic!(
                "Guess value must be less than or equal to 100, got {}.",
                value
            );
        }

        Guess { value }
    }
}

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;

    #[test]
    #[should_panic(expected = "Guess value must be less than or equal to 100")]
    fn greater_than_100() {
        Guess::new(200);
    }
}

这段代码会通过测试，因为通过增加了 expected ，我们成功指定了期望的 panic 信息，大家可以顺着代码推测下：把 200 带入到 new 函数中看看会触发哪个 panic。

如果注意看，你会发现 expected 的字符串和实际 panic 的字符串可以不同，前者只需要是后者的字符串前缀即可，如果改成 #[should_panic(expected = "Guess value must be less than")]，一样可以通过测试。

这里由于篇幅有限，我们就不再展示测试失败的报错，大家可以自己修改下 expected 的信息，然后看看报错后的输出长啥样。

使用 Result<T, E>

在之前的例子中，panic 扫清一切障碍，但是它也不是万能的，例如你想在测试中使用 ? 操作符进行链式调用该怎么办？那就得请出 Result<T, E> 了：

#[cfg(test)]
mod tests {
    #[test]
    fn it_works() -> Result<(), String> {
        if 2 + 2 == 4 {
            Ok(())
        } else {
            Err(String::from("two plus two does not equal four"))
        }
    }
}

如上所示，测试函数不会再使用 assert_eq! 导致 panic，而是手动进行了逻辑判断，并返回一个 Result。当然，当这么实现时，#[should_panic] 将无法再被使用。

至此，关于如何写测试的基本知识，大家已经了解的差不多了，下面来看看该如何控制测试的执行。

使用 -- 分割命令行参数

大家应该都知道 cargo build 可以将代码编译成一个可执行文件，那你知道 cargo run 和 cargo test 是如何运行的吗？其实道理都一样，这两个也是将代码编译成可执行文件，然后进行运行，唯一的区别就在于这个可执行文件随后会被删除。

正因为如此，cargo test 也可以通过命令行参数来控制测试的执行，例如你可以通过参数来让默认的多线程测试变成单线程下的测试。需要注意的是命令行参数有两种，这两种通过 -- 进行分割：

• 第一种是提供给 cargo test 命令本身的，这些参数在 -- 之前指定
• 第二种是提供给编译后的可执行文件的，在 -- 之后指定

例如我们可以使用 cargo test --help 来查看第一种参数的帮助列表，还可以通过 cargo test -- --help 来查看第二种的帮助列表。

先来看看第二种参数中的其中一个，它可以控制测试是并行运行还是顺序运行。

测试用例的并行或顺序执行

当运行多个测试函数时，默认情况下是为每个测试都生成一个线程，然后通过主线程来等待它们的完成和结果。这种模式的优点很明显，那就是并行运行会让整体测试时间变短很多，运行过大量测试用例的同学都明白并行测试的重要性：生命苦短，我用并行。

但是有利就有弊，并行测试最大的问题就在于共享状态的修改，因为你难以控制测试的运行顺序，因此如果多个测试共享一个数据，那么对该数据的使用也将变得不可控制。

例如，我们有多个测试，它们每个都会往该文件中写入一些自己的数据 ，最后再从文件中读取这些数据进行对比。由于所有测试都是同时运行的，当测试 A 写入数据准备读取并对比时，很有可能会被测试 B 写入新的数据，导致 A 写入的数据被覆盖，然后 A 再读取到的就是 B 写入的数据。结果 A 测试就会失败，而且这种失败还不是因为测试代码不正确导致的！

解决办法也有，我们可以让每个测试写入自己独立的文件中，当然，也可以让所有测试一个接着一个顺序运行:

$ cargo test -- --test-threads=1

首先能注意到的是该命令行参数是第二种类型：提供给编译后的可执行文件的，因为它在 -- 之后进行传递。其次，细心的同学可能会想到，线程数不仅仅可以指定为 1，还可以指定为 4、8，当然，想要顺序运行，就必须是 1。

测试函数中的 println!

默认情况下，如果测试通过，那写入标准输出的内容是不会显示在测试结果中的:

fn prints_and_returns_10(a: i32) -> i32 {
    println!("I got the value {}", a);
    10
}

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;

    #[test]
    fn this_test_will_pass() {
        let value = prints_and_returns_10(4);
        assert_eq!(10, value);
    }

    #[test]
    fn this_test_will_fail() {
        let value = prints_and_returns_10(8);
        assert_eq!(5, value);
    }
}

上面代码使用 println! 输出收到的参数值，来看看测试结果:

running 2 tests
test tests::this_test_will_fail ... FAILED
test tests::this_test_will_pass ... ok

failures:

---- tests::this_test_will_fail stdout ----
I got the value 8
thread 'main' panicked at 'assertion failed: `(left == right)`
  left: `5`,
 right: `10`', src/lib.rs:19:9
note: run with `RUST_BACKTRACE=1` environment variable to display a backtrace


failures:
    tests::this_test_will_fail

test result: FAILED. 1 passed; 1 failed; 0 ignored; 0 measured; 0 filtered out; finished in 0.00s

大家注意看，I got the value 4 并没有被输出，因为该测试顺利通过了，如果就是想要看所有的输出，该怎么办呢？

$ cargo test -- --show-output

如上所示，只需要增加一个参数，具体的输出就不再展示，总之这次大家一定可以顺利看到 I got the value 4 的身影。

指定运行一部分测试

在 Mysql 中有上百万的单元测试，如果使用类似 cargo test 的命令来运行全部的测试，那开发真的工作十分钟，吹牛八小时了。对于 Rust 的中大型项目也一样，每次都运行全部测试是不可接受的，特别是你的工作仅仅是项目中的一部分时。

pub fn add_two(a: i32) -> i32 {
    a + 2
}

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;

    #[test]
    fn add_two_and_two() {
        assert_eq!(4, add_two(2));
    }

    #[test]
    fn add_three_and_two() {
        assert_eq!(5, add_two(3));
    }

    #[test]
    fn one_hundred() {
        assert_eq!(102, add_two(100));
    }
}

如果直接使用 cargo test 运行，那三个测试函数会同时并行的运行：

running 3 tests
test tests::add_three_and_two ... ok
test tests::add_two_and_two ... ok
test tests::one_hundred ... ok

test result: ok. 3 passed; 0 failed; 0 ignored; 0 measured; 0 filtered out; finished in 0.00s

   Doc-tests adder

running 0 tests

test result: ok. 0 passed; 0 failed; 0 ignored; 0 measured; 0 filtered out; finished in 0.00s

就不说上百万测试，就说几百个，想象一下结果会是怎么样，下面我们来看看该如何解决这个问题。

运行单个测试

这个很简单，只需要将指定的测试函数名作为参数即可：

$ cargo test one_hundred
running 1 test
test tests::one_hundred ... ok

test result: ok. 1 passed; 0 failed; 0 ignored; 0 measured; 2 filtered out; finished in 0.00s

此时，只有测试函数 one_hundred 会被运行，其它两个由于名称不匹配，会被直接忽略。同时，在上面的输出中，Rust 也通过 2 filtered out 提示我们：有两个测试函数被过滤了。

但是，如果你试图同时指定多个名称，那抱歉:

$ cargo test one_hundred,add_two_and_two
$ cargo test one_hundred add_two_and_two

这两种方式统统不行，此时就需要使用名称过滤的方式来实现了。

通过名称来过滤测试

我们可以通过指定部分名称的方式来过滤运行相应的测试:

$ cargo test add
running 2 tests
test tests::add_three_and_two ... ok
test tests::add_two_and_two ... ok

test result: ok. 2 passed; 0 failed; 0 ignored; 0 measured; 1 filtered out; finished in 0.00s

事实上，你不仅可以使用前缀，还能使用名称中间的一部分：

$ cargo test and
running 2 tests
test tests::add_two_and_two ... ok
test tests::add_three_and_two ... ok

test result: ok. 2 passed; 0 failed; 0 ignored; 0 measured; 1 filtered out; finished in 0.00s

其中还有一点值得注意，那就是测试模块 tests 的名称也出现在了最终结果中：tests::add_two_and_two，这是非常贴心的细节，也意味着我们可以通过模块名称来过滤测试：

$ cargo test tests

running 3 tests
test tests::add_two_and_two ... ok
test tests::add_three_and_two ... ok
test tests::one_hundred ... ok

test result: ok. 3 passed; 0 failed; 0 ignored; 0 measured; 0 filtered out; finished in 0.00s

忽略部分测试

有时候，一些测试会非常耗时间，因此我们希望在 cargo test 中对它进行忽略，如果使用之前的方式，我们需要将所有需要运行的名称指定一遍，这非常麻烦，好在 Rust 允许通过 ignore 关键字来忽略特定的测试用例:

#[test]
fn it_works() {
    assert_eq!(2 + 2, 4);
}

#[test]
#[ignore]
fn expensive_test() {
    // 这里的代码需要几十秒甚至几分钟才能完成
}

在这里，我们使用 #[ignore] 对 expensive_test 函数进行了标注，看看结果：

$ cargo test
running 2 tests
test expensive_test ... ignored
test it_works ... ok

test result: ok. 1 passed; 0 failed; 1 ignored; 0 measured; 0 filtered out; finished in 0.00s

   Doc-tests adder

running 0 tests

test result: ok. 0 passed; 0 failed; 0 ignored; 0 measured; 0 filtered out; finished in 0.00s

输出中的 test expensive_test ... ignored 意味着该测试函数被忽略了，因此并没有被执行。

当然，也可以通过以下方式运行被忽略的测试函数：

$ cargo test -- --ignored
running 1 test
test expensive_test ... ok

test result: ok. 1 passed; 0 failed; 0 ignored; 0 measured; 1 filtered out; finished in 0.00s

   Doc-tests adder

running 0 tests

test result: ok. 0 passed; 0 failed; 0 ignored; 0 measured; 0 filtered out; finished in 0.00s

组合过滤

上面的方式虽然很强大，但是单独使用依然存在局限性。好在它们还能组合使用，例如还是之前的代码：

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;

    #[test]
    fn it_works() {
        assert_eq!(2 + 2, 4);
    }

    #[test]
    #[ignore]
    fn expensive_test() {
        // 这里的代码需要几十秒甚至几分钟才能完成
    }

    #[test]
    #[ignore]
    fn expensive_run() {
        // 这里的代码需要几十秒甚至几分钟才能完成
    }
}

然后运行 tests 模块中的被忽略的测试函数

$ cargo test tests -- --ignored
running 2 tests
test tests::expensive_test ... ok
test tests::expensive_run ... ok

test result: ok. 2 passed; 0 failed; 0 ignored; 0 measured; 1 filtered out; finished in 0.00s

运行名称中带 run 且被忽略的测试函数：

$ cargo test run -- --ignored
running 1 test
test tests::expensive_run ... ok

test result: ok. 1 passed; 0 failed; 0 ignored; 0 measured; 2 filtered out; finished in 0.00s

类似的还有很多，大家可以自己摸索研究下，总之，熟练掌握测试的使用是非常重要的，虽然包括我在内的很多开发并不喜欢写测试 😃

[dev-dependencies]

与 package.json( Nodejs )文件中的 devDependencies 一样， Rust 也能引入只在开发测试场景使用的外部依赖。

其中一个例子就是 pretty_assertions，它可以用来扩展标准库中的 assert_eq! 和 assert_ne!，例如提供彩色字体的结果对比。

在 Cargo.toml 文件中添加以下内容来引入 pretty_assertions：

# standard crate data is left out
[dev-dependencies]
pretty_assertions = "1"

然后在 src/lib.rs 中添加:

pub fn add(a: i32, b: i32) -> i32 {
    a + b
}

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;
    use pretty_assertions::assert_eq; // 该包仅能用于测试

    #[test]
    fn test_add() {
        assert_eq!(add(2, 3), 5);
    }
}

在 tests 模块中，我们通过 use pretty_assertions::assert_eq; 成功的引入之前添加的包，由于 tests 模块明确的用于测试目的，这种引入并不会报错。 大家可以试试在正常代码(非测试代码)中引入该包，看看会发生什么。

生成测试二进制文件

在有些时候，我们可能希望将测试与别人分享，这种情况下生成一个类似 cargo build 的可执行二进制文件是很好的选择。

事实上，在 cargo test 运行的时候，系统会自动为我们生成一个可运行测试的二进制可执行文件:

$ cargo test
 Finished test [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.00s
     Running unittests (target/debug/deps/study_cargo-0d693f72a0f49166)

这里的 target/debug/deps/study_cargo-0d693f72a0f49166 就是可执行文件的路径和名称，我们直接运行该文件来执行编译好的测试:

$ target/debug/deps/study_cargo-0d693f72a0f49166

running 3 tests
test tests::add_two_and_two ... ok
test tests::add_three_and_two ... ok
test tests::one_hundred ... ok

test result: ok. 3 passed; 0 failed; 0 ignored; 0 measured; 0 filtered out; finished in 0.00s

如果你只想生成编译生成文件，不想看 cargo test 的输出结果，还可以使用 cargo test --no-run.

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