Bài 57.328 phút đọc

Giả lập phụ thuộc

Sau bài này bạn sẽ làm được

Tiêm phụ thuộc qua con trỏ hàm
Dùng liên kết yếu để thay hàm lúc liên kết
Dùng --wrap của trình liên kết
Chọn cách phù hợp với từng loại phụ thuộc

Hàm của bạn gọi time, rand, fopen, hoặc recv. Bạn không kiểm thử được nó, vì kết quả phụ thuộc vào đồng hồ, may rủi, đĩa, hay mạng. C có bốn cách thay những thứ đó bằng bản giả, và cả bốn đều chạy trong bài này.

#Vấn đề

phien.c, không kiểm thử được

#include "phien.h"
#include "dong_ho.h"

void phien_mo(Phien *p, int het_han_sau) {
    p->tao_luc = lay_gio();
    p->het_han_sau = het_han_sau;
}

int phien_con_song(const Phien *p) {
    return lay_gio() - p->tao_luc < p->het_han_sau;
}

/* dong_ho.c */
time_t lay_gio(void) { return time(NULL); }

Bài kiểm thử duy nhất bạn viết được, và vì sao nó tệ

static void thu_het_han(void) {
    Phien p;
    phien_mo(&p, 2);            /* het han sau 2 giay */
    KT_DUNG(phien_con_song(&p));
    sleep(3);                   /* CHO 3 GIAY THAT */
    KT_DUNG(!phien_con_song(&p));
}

/* Nam van de:
   1. Bo kiem thu cham 3 giay. Voi 50 bai nhu vay la 150 giay.
   2. Khong kiem thu duoc thoi han 30 ngay.
   3. Khong kiem thu duoc DUNG diem het han (giay thu 2).
   4. Chay tren may tai cao co the sleep 3.2 giay va van xanh,
      hoac dong ho he thong nhay va no do ngau nhien.
   5. Khong kiem thu duoc gio quay NGUOC, thu ma thuc su xay ra
      khi may dong bo NTP hoac doi mui gio.

   Bai kiem thu phu thuoc vao thoi gian that la bai kiem thu
   cham, khong on dinh, va khong day du. */

Ranh giới nền tảng

Tập hợp các hàm mà mã của bạn gọi ra bên ngoài: đồng hồ, số ngẫu nhiên, hệ thống tệp, mạng, cấp phát bộ nhớ, biến môi trường. Đó là những chỗ duy nhất cần giả lập. Logic thuần tuý không cần.

Phụ thuộc	Vì sao khó kiểm thử	Nên giả lập
time, clock_gettime	Không lặp lại được, chậm	Luôn luôn
rand, random	Không lặp lại được	Hoặc đặt hạt cố định
fopen, read, write	Cần tệp thật, chậm, phụ thuộc hệ	Thường
socket, recv, send	Cần mạng, không ổn định	Luôn luôn
malloc	Không ép được thất bại	Khi kiểm thử nhánh hết bộ nhớ
getenv	Phụ thuộc môi trường chạy	Thường
Hàm tính toán thuần tuý	Không khó	KHÔNG bao giờ

#Một: con trỏ hàm

phien2.h, phụ thuộc nằm trong cấu trúc

#include <time.h>

typedef time_t (*HamGio)(void *ctx);

typedef struct {
    HamGio  gio;            /* phu thuoc duoc TIEM VAO */
    void   *gio_ctx;
    time_t  tao_luc;
    int     het_han_sau;
} Phien2;

void   phien2_khoi_tao(Phien2 *p, HamGio gio, void *ctx);
void   phien2_mo(Phien2 *p, int het_han_sau);
int    phien2_con_song(const Phien2 *p);
time_t gio_that(void *ctx);

phien2.c

time_t gio_that(void *ctx) { (void)ctx; return time(NULL); }

void phien2_khoi_tao(Phien2 *p, HamGio gio, void *ctx) {
    p->gio     = gio ? gio : gio_that;    /* NULL -> mac dinh that */
    p->gio_ctx = ctx;
    p->tao_luc = 0;
    p->het_han_sau = 0;
}

void phien2_mo(Phien2 *p, int het_han_sau) {
    p->tao_luc = p->gio(p->gio_ctx);
    p->het_han_sau = het_han_sau;
}

int phien2_con_song(const Phien2 *p) {
    return p->gio(p->gio_ctx) - p->tao_luc < p->het_han_sau;
}

kt_tiem.c

/* Dong ho gia: doc tu mot bien do bai kiem thu dieu khien */
static time_t gio_gia(void *ctx) { return *(time_t *)ctx; }

/* Dong ho gia thu hai: dem so lan duoc goi */
static int so_lan = 0;
static time_t gio_dem(void *ctx) { ++so_lan; return *(time_t *)ctx; }

int main(void) {
    KT_NHOM("phien2 voi dong ho tiem qua con tro ham");
    time_t t = 100;
    Phien2 p;
    phien2_khoi_tao(&p, gio_gia, &t);
    phien2_mo(&p, 5);
    KT_BANG_INT(p.tao_luc, 100);
    t = 104; KT_DUNG(phien2_con_song(&p));      /* con 1 giay */
    t = 105; KT_DUNG(!phien2_con_song(&p));     /* dung diem het han */

    KT_NHOM("dem so lan goi phu thuoc");
    so_lan = 0;
    Phien2 q;
    phien2_khoi_tao(&q, gio_dem, &t);
    phien2_mo(&q, 5);
    phien2_con_song(&q);
    phien2_con_song(&q);
    KT_BANG_INT(so_lan, 3);                     /* 1 mo + 2 kiem tra */

    KT_NHOM("NULL thi dung dong ho that");
    Phien2 r;
    phien2_khoi_tao(&r, NULL, NULL);
    KT_DUNG(r.gio == gio_that);
    return KT_TONG_KET();
}

terminal

gcc -std=c11 -D__USE_MINGW_ANSI_STDIO=1 -Wall -Wextra -g kt_tiem.c phien2.c -o kt_tiem.exe

./kt_tiem.exe


-- phien2 voi dong ho tiem qua con tro ham
  ok   p.tao_luc == 100
  ok   phien2_con_song(&p)
  ok   !phien2_con_song(&p)

-- dem so lan goi phu thuoc
  ok   so_lan == 3

-- NULL thi dung dong ho that
  ok   r.gio == gio_that

5 kiem tra, 0 hong

Ba nhược điểm

/* 1. Doi GIAO DIEN cong khai.
      Phien2 gio co them hai truong, va khoi_tao co them hai
      tham so. Moi nguoi dung thu vien deu phai sua ma. */

/* 2. Chi phi luc chay.
      Goi qua con tro ham khong noi tuyen duoc, va tren duong
      nong thi do co the do duoc. Voi dong ho thi khong sao;
      voi mot ham duoc goi hang trieu lan mot giay thi co. */

/* 3. Lan toa.
      Neu phien2 goi mot module khac cung can gia lap, ban phai
      truyen con tro ham xuong ca chuoi goi. Voi 5 tang thi
      giao dien tro nen rat on ao.

      Cach giam: gom cac phu thuoc vao MOT cau truc. */
typedef struct {
    time_t (*gio)(void *);
    int    (*ngau_nhien)(void *);
    FILE  *(*mo_tep)(const char *, const char *, void *);
    void   *ctx;
} NenTang;

void phien3_khoi_tao(Phien3 *p, const NenTang *nt);
/* Mot tham so thay vi sau, va them mot phu thuoc khong doi
   chu ky ham nao ca. */

#Hai: thay tệp khi liên kết

dong_ho_gia.c, bản thật và bản giả có cùng ký hiệu

/* dong_ho.c, ban that, dung khi dung san pham */
#include "dong_ho.h"
time_t lay_gio(void) { return time(NULL); }

/* dong_ho_gia.c, ban gia, dung khi dung bo kiem thu */
#include "dong_ho.h"
time_t gio_gia_tri = 3000;
time_t lay_gio(void) { return gio_gia_tri; }

kt_thay.c

#include "kt.h"
#include "phien.h"
KT_DINH_NGHIA();

extern time_t gio_gia_tri;      /* dieu khien ban gia tu day */

int main(void) {
    KT_NHOM("phien voi dong ho gia (thay tep .c)");
    Phien p;
    gio_gia_tri = 3000;
    phien_mo(&p, 10);
    KT_BANG_INT(p.tao_luc, 3000);
    KT_DUNG(phien_con_song(&p));
    gio_gia_tri = 3010;
    KT_DUNG(!phien_con_song(&p));
    return KT_TONG_KET();
}

terminal

# San pham: lien ket dong_ho.c

gcc -std=c11 chinh.c phien.c dong_ho.c -o ct.exe

# Kiem thu: lien ket dong_ho_gia.c THAY VAO

gcc -std=c11 -D__USE_MINGW_ANSI_STDIO=1 -Wall -Wextra -g kt_thay.c phien.c dong_ho_gia.c -o kt_thay.exe

./kt_thay.exe


-- phien voi dong ho gia (thay tep .c)
  ok   p.tao_luc == 3000
  ok   phien_con_song(&p)
  ok   !phien_con_song(&p)

3 kiem tra, 0 hong

Cách đơn giản nhất, và thường là cách đúng

Không cần đổi một dòng nào trong phien.c. Không cần cờ liên kết đặc biệt. Chỉ là hai tệp .c cùng cài đặt một header, và Makefile chọn tệp nào.

# Makefile
NEN_TANG_THAT := src/dong_ho.c src/tep.c src/mang.c
NEN_TANG_GIA  := kiem-thu/gia/dong_ho.c kiem-thu/gia/tep.c kiem-thu/gia/mang.c

ct.exe: $(LOI_ICH) $(NEN_TANG_THAT)
	$(CC) $(CFLAGS) $^ -o $@

kt.exe: $(KT_SRC) $(LOI_ICH) $(NEN_TANG_GIA)
	$(CC) $(CFLAGS) $^ -o $@

Nhược điểm: tất cả hoặc không có gì

/* Trong MOT chuong trinh, chi co MOT lay_gio.
   Nghia la ban khong the:

     - kiem thu mot phan voi dong ho that va mot phan voi gia
     - co hai phien voi hai dong ho khac nhau
     - kiem thu chinh ban THAT cua lay_gio

   Va van de thu ba la that: neu dong_ho.c co logic (vi du
   chuyen doi mui gio), thi bo kiem thu cua ban KHONG BAO GIO
   chay qua no, vi no luon bi thay bang ban gia.

   Cach chua: giu ban that CANG MONG cang tot.
     dong_ho.c   chi mot dong: return time(NULL);
     mui_gio.c   logic that, kiem thu binh thuong

   Quy tac: ranh gioi nen tang phai mong toi muc khong the sai. */

#Ba: liên kết yếu

dong_ho_yeu.c

#include "dong_ho.h"

/* weak: neu co dinh nghia MANH o noi khac, ban do thang. */
__attribute__((weak)) time_t lay_gio(void) { return time(NULL); }

kt_yeu.c

#include "kt.h"
#include "phien.h"
#include "dong_ho.h"
KT_DINH_NGHIA();

static time_t gio_gia = 1000;

/* Dinh nghia MANH, de len ban yeu trong dong_ho_yeu.c */
time_t lay_gio(void) { return gio_gia; }

int main(void) {
    KT_NHOM("phien voi dong ho gia (lien ket yeu)");
    Phien p;
    gio_gia = 2000;
    phien_mo(&p, 30);
    KT_BANG_INT(p.tao_luc, 2000);
    KT_DUNG(phien_con_song(&p));
    gio_gia = 2030;
    KT_DUNG(!phien_con_song(&p));
    return KT_TONG_KET();
}

terminal

# CA HAI tep deu duoc lien ket, khong co xung dot

gcc -std=c11 -D__USE_MINGW_ANSI_STDIO=1 -Wall -Wextra -g kt_yeu.c phien.c dong_ho_yeu.c -o kt_yeu.exe

./kt_yeu.exe


-- phien voi dong ho gia (lien ket yeu)
  ok   p.tao_luc == 2000
  ok   phien_con_song(&p)
  ok   !phien_con_song(&p)

3 kiem tra, 0 hong

Khác biệt so với cách hai

Cách hai bắt bạn chọn một trong hai tệp khi liên kết. Cách ba liên kết cả hai, và bản mạnh tự động thắng. Nghĩa là danh sách tệp trong Makefile không đổi giữa bản sản phẩm và bản kiểm thử.

/* Ban san pham: chi co dong_ho_yeu.c -> dung ban yeu, tuc that */
gcc chinh.c phien.c dong_ho_yeu.c -o ct.exe

/* Ban kiem thu: them kt_yeu.c co dinh nghia manh -> ban gia thang */
gcc kt_yeu.c phien.c dong_ho_yeu.c -o kt.exe

/* Cung mot danh sach nen tang, chi khac tep kiem thu. */

Ba cái bẫy của liên kết yếu

/* 1. KHONG nam trong chuan C.
      __attribute__((weak)) la mo rong cua GCC va Clang.
      MSVC khong co. Mot so trinh lien ket nhung cung khong.

   2. Im lang khi ban go nham ten.
      Neu ban viet  time_t lay_gio_(void)  thay vi lay_gio,
      thi khong co loi nao ca. Ban yeu duoc dung, bai kiem thu
      goi dong ho THAT, va no do mot cach kho hieu.

      Cach phong: khang dinh trong bai kiem thu rang ban gia
      dang duoc dung. */
KT_BANG_INT(lay_gio(), gio_gia);    /* neu goi ban that thi do ngay */

/* 3. Hanh vi phu thuoc thu tu lien ket voi THU VIEN TINH.
      Voi cac tep .o roi thi trinh lien ket luon chon ban manh.
      Nhung neu ban yeu nam trong mot .a, va trinh lien ket da
      thoa man ky hieu do truoc khi gap .a, thi ket qua co the
      khac. Xem lai Bai 39.6 ve thu tu lien ket. */

#Bốn: --wrap

kt_wrap.c

#include "kt.h"
#include "phien.h"
#include <stdio.h>
KT_DINH_NGHIA();

/* Ban gia cua lay_gio, do ta dieu khien */
static time_t gio_gia = 1000;
time_t __wrap_lay_gio(void) { return gio_gia; }

int main(void) {
    KT_NHOM("phien voi dong ho gia (--wrap)");
    Phien p;
    gio_gia = 1000;
    phien_mo(&p, 60);
    KT_BANG_INT(p.tao_luc, 1000);
    KT_DUNG(phien_con_song(&p));

    gio_gia = 1059;                 /* con 1 giay */
    KT_DUNG(phien_con_song(&p));

    gio_gia = 1060;                 /* dung luc het han */
    KT_DUNG(!phien_con_song(&p));

    gio_gia = 5000;                 /* qua lau */
    KT_DUNG(!phien_con_song(&p));
    return KT_TONG_KET();
}

terminal

# dong_ho.c KHONG doi gi, van la ban that

gcc -std=c11 -D__USE_MINGW_ANSI_STDIO=1 -Wall -Wextra -g kt_wrap.c phien.c dong_ho.c -Wl,--wrap=lay_gio -o kt_wrap.exe

./kt_wrap.exe


-- phien voi dong ho gia (--wrap)
  ok   p.tao_luc == 1000
  ok   phien_con_song(&p)
  ok   phien_con_song(&p)
  ok   !phien_con_song(&p)
  ok   !phien_con_song(&p)

5 kiem tra, 0 hong

Cơ chế: trình liên kết đổi tên hai lần

-Wl,--wrap=lay_gio

/* Trinh lien ket lam DUNG hai viec:

   1. Moi tham chieu toi  lay_gio  trong cac tep .o
      duoc doi thanh     __wrap_lay_gio

   2. Moi tham chieu toi  __real_lay_gio
      duoc doi thanh     lay_gio

   Nen:
     - phien.c goi lay_gio()  ->  thuc te goi __wrap_lay_gio()
     - ban gia cua ban la __wrap_lay_gio  ->  duoc goi
     - ban that lay_gio VAN CON trong chuong trinh, goi duoc
       qua __real_lay_gio

   Diem manh doc nhat: ban gia GOI DUOC ban that. */

extern time_t __real_lay_gio(void);

static int so_lan = 0;
time_t __wrap_lay_gio(void) {
    ++so_lan;                       /* dem */
    if (gio_gia_bat) return gio_gia;
    return __real_lay_gio();        /* hoac chuyen tiep */
}

/* Do la thu ba cach kia deu khong lam duoc mot cach sach se. */

Bốn hạn chế

/* 1. Chi GNU ld va lld ho tro. Khong co tren MSVC.

   2. Chi tac dung voi loi goi GIUA cac don vi bien dich.
      Neu phien.c va dong_ho.c duoc gop bang -flto, hoac neu
      lay_gio duoc dinh nghia trong CHINH phien.c, thi loi goi
      da duoc giai quyet truoc luc lien ket va --wrap khong
      chen vao duoc.

   3. Mot co cho MOI ham. Voi 20 phu thuoc thi dong lien ket
      dai 20 co. Cach giam: */
KT_LDFLAGS := $(addprefix -Wl$(comma)--wrap=,lay_gio malloc fopen recv)

/* 4. Loi go nham ten la im lang.
      Neu ban dinh nghia __wrap_lay_gi (thieu chu o), trinh lien
      ket bao "undefined reference to __wrap_lay_gio", nen truong
      hop nay CO bao loi. Nhung neu ban quen co --wrap thi ban gia
      chi don gian khong duoc goi, va khong co canh bao nao. */

/* Meo phong: khang dinh dau bai kiem thu */
KT_BANG_INT(lay_gio(), gio_gia);

--wrap dùng được cả với hàm thư viện chuẩn

/* Ep malloc that bai de kiem thu nhanh het bo nho: */

extern void *__real_malloc(size_t n);

static int malloc_hong_sau = -1;    /* -1 = khong bao gio hong */

void *__wrap_malloc(size_t n) {
    if (malloc_hong_sau == 0) return NULL;
    if (malloc_hong_sau > 0) --malloc_hong_sau;
    return __real_malloc(n);
}

/* Trong bai kiem thu: */
malloc_hong_sau = 2;                /* lan cap phat thu 3 se that bai */
KT_BANG_INT(nap_cau_hinh(TEP_TOT, &c), -1);
KT_BANG_INT(dang_cap, 0);           /* va khong ro ri */
malloc_hong_sau = -1;

/* Lien ket: */
gcc kt.c src/*.c -Wl,--wrap=malloc -o kt.exe

/* Ky thuat nay goi la TIEM LOI, va no la cach duy nhat kiem thu
   day du cac nhanh het bo nho. Bai 57.2 muc "duong loi". */

#Chọn cách nào

	Con trỏ hàm	Thay tệp	Liên kết yếu	--wrap
C chuẩn	Có	Có	Không	Không
Đổi mã sản phẩm	Có, đổi giao diện	Không	Thêm một thuộc tính	Không
Thay lúc chạy	Có	Không	Không	Không
Nhiều bản giả cùng lúc	Có	Không	Không	Không
Gọi được bản thật	Có, tự lưu	Không	Không	Có, qua __real_
Giả lập được thư viện chuẩn	Không trực tiếp	Không	Không	Có
Đếm số lần gọi	Có	Có, nếu bản giả đếm	Có	Có
Chi phí lúc chạy	Một lần gọi gián tiếp	Không	Không	Không

Giả lập quá nhiều

/* Gia lap ca cac ham noi bo cua chinh minh */ Test(don_hang, tinh_tong) { gia_lap(tinh_thue, tra_ve(10)); gia_lap(tinh_giam_gia, tra_ve(5)); gia_lap(lam_tron, tra_ve(100)); KT_BANG_INT(don_hang_tong(&d), 105); } /* Bai kiem thu nay chi kiem tra mot phep cong. Neu tinh_thue sai, no van xanh. Neu ban doi cach don_hang_tong goi cac ham, no do du ket qua van dung. Day la kiem thu HIEN THUC, khong phai kiem thu HANH VI. No lam moi lan tai cau truc deu pha vo bo kiem thu. */

Giả lập ở ranh giới

/* Chi gia lap ranh gioi nen tang */ Test(don_hang, tinh_tong) { NenTang nt = { .gio = gio_gia, .ctx = &t }; DonHang d; don_hang_khoi_tao(&d, &nt); don_hang_them(&d, "sach", 100000, 2); don_hang_them(&d, "but", 15000, 3); /* Goi ma THAT: tinh_thue, tinh_giam_gia, lam_tron */ KT_BANG_INT(don_hang_tong(&d), 269500); } /* Kiem thu HANH VI: dua vao gi, ra gi. Tai cau truc ben trong thoai mai, bai kiem thu van xanh. Va no thuc su kiem chung logic tinh thue. */

Tự làm thử

Tìm một hàm trong dự án của bạn gọi time và kiểm thử nó bằng con trỏ hàm.
Cài cùng một bản giả bằng cả bốn cách và so sánh số dòng phải sửa.
Dùng --wrap=malloc để ép nhánh hết bộ nhớ chạy và kiểm tra không rò rỉ.
Viết bản giả đếm số lần gọi và kiểm chứng một hàm không gọi thừa.
Thử liên kết yếu, cố ý gõ sai tên bản giả, và quan sát bài kiểm thử hỏng như thế nào.
Gom mọi phụ thuộc nền tảng của một module vào một struct NenTang duy nhất.

Trình chấm điểm tự động sẽ được bổ sung ở giai đoạn sau. Hiện tại bạn tự chạy thử trên máy.

Tóm tắt

Chỉ giả lập ranh giới nền tảng: đồng hồ, ngẫu nhiên, tệp, mạng, cấp phát. Không giả lập logic thuần tuý.
Con trỏ hàm là C chuẩn, thay được lúc chạy, nhiều bản cùng lúc; đổi lại là đổi giao diện.
Thay tệp khi liên kết là cách đơn giản nhất, nhưng tất cả hoặc không có gì.
--wrap là cách duy nhất giả lập malloc hay hàm thư viện chuẩn, và bản giả gọi được bản thật qua __real_.
Giả lập quá nhiều biến kiểm thử hành vi thành kiểm thử hiện thực, và bộ kiểm thử vỡ mỗi lần tái cấu trúc.