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软件测试

4 min read ··· views #软件测试 / #gcov

单元测试

Gcov 是一个测试覆盖程序，集成在 GCC 中，随 GCC 一起发布。

基本概念

基本块 BB

基本块指一段顺序执行的程序代码：当其中第一条语句被执行后，块内每一条语句都会被执行一次，因此基本块内所有语句的执行次数相同。基本块一般由多个顺序执行的语句后接一个跳转语句组成。

跳转 ARC

从一个 BB 到另一个 BB 的跳转称为一个 ARC。要知道程序中每个语句和分支的执行次数，就必须知道每个 BB 和 ARC 的执行次数。

程序流图

如果把 BB 作为一个节点，一个函数中的所有 BB 就构成一个有向图。根据图论可知，有向图中 BB 的入度和出度相同，因此只要知道部分 BB 或 ARC 的执行次数，就可以推断出全部。这里选择由 ARC 的执行次数来推断 BB 的执行次数，所以只需对部分 ARC 插桩，只要能统计出所有 BB 和 ARC 的执行次数即可。

原理

测试程序首先进行编译预处理，生成汇编文件，并完成插桩。插桩时会在源文件末尾插入一个静态数组，数组的大小等于该源文件中桩点的个数，数组的值就是各桩点的执行次数；每个桩点插入 3~4 条汇编语句，直接写入生成的 *.s 文件。汇编文件经汇编生成目标文件，程序运行过程中由桩点负责收集执行信息。

使用

编译

测试代码 say.c 如下：

#include <stdio.h>

int say(char *what) {
    printf("------ %s\n", what);
    return 0;
}
c

main.c 如下：

#include <stdio.h>

extern int say(const char *);

int main(int argc, const char *argv[]) {

 if (argv[1]) {
	 say("hello");
 } else {
	 say("bye");
 }
 return 0;
}
c

添加 -fprofile-arcs -ftest-coverage -fPIC 编译参数编译程序，生成可执行程序和 *.gcno 文件，其中记录了行信息和程序流图信息：

$ gcc -fprofile-arcs -ftest-coverage -fPIC -O0 say.c main.c

$ ls
a.out  main.c  main.gcno  say.c  say.gcno
sh

数据收集

运行可执行文件，会在相应 *.o 文件所在目录默认生成 *.gcda 文件，其中记录了 *.c 文件中的程序执行情况，包括跳变次数等：

$ ./a.out
------ bye

$ ls
a.out  main.c  main.gcda  main.gcno  say.c  say.gcda  say.gcno
sh

报告生成

针对某个文件的执行情况，可以通过如下命令生成报告，并创建 *.gcov 文件：

$ gcov -a main.c
File 'main.c'
Lines executed:80.00% of 5
Creating 'main.c.gcov'
sh

常用选项如下，更多内容可参考 Invoking gcov：

-b：分支覆盖
-a：所有基本块覆盖
-f：函数覆盖
plaintext

注意事项

  1. 编译时不要添加优化选项，否则代码会发生变化，无法准确定位。
  2. 代码中复杂的宏（如宏展开后是循环或其他控制结构）可以用内联函数代替，因为 gcov 只统计宏调用出现的那一行。
  3. 每行代码最好只包含一条语句。
  4. *.gcno 与 *.gcda 需要匹配，两个文件通过时间戳记录是否匹配。
  5. 若编译动态库，链接时需要添加 -lgcov。

图形化展示

gcov 生成的报告分散在各个源码文件对应的 *.gcov 文件中，难以汇总分析，可视化效果也较差，因此需要转换成可视化的图形报告。lcov 和 gcovr 两个工具可以完成这项工作，两者功能基本相同。其中 gcovr 是一个用 Python 编写的开源软件，大小只有几十 KB。

列表形式

  1. 代码覆盖率
$ gcovr -r .
------------------------------------------------------------------------------
                           GCC Code Coverage Report
Directory: .
------------------------------------------------------------------------------
File                                       Lines    Exec  Cover   Missing
------------------------------------------------------------------------------
main.c                                         5       4    80%   15
say.c                                          3       3   100%
------------------------------------------------------------------------------
TOTAL                                          8       7    87%
------------------------------------------------------------------------------
sh

报告显示程序运行后覆盖了 80% 的代码。

  1. 分支覆盖率
$ gcovr -b -r .
------------------------------------------------------------------------------
                           GCC Code Coverage Report
Directory: .
------------------------------------------------------------------------------
File                                    Branches   Taken  Cover   Missing
------------------------------------------------------------------------------
main.c                                         2       1    50%   14
say.c                                          0       0    --%
------------------------------------------------------------------------------
TOTAL                                          2       1    50%
------------------------------------------------------------------------------
sh

报告显示 main.c 中有一个分支没有执行到。

HTML 文件形式

$ gcovr -r . --html -o xxx.html
$ ls
a.out  main.c  main.gcda  main.gcno  say.c  say.gcda  say.gcno  xxx.html
sh

添加 --html 参数后即可生成 html 文件，用浏览器打开，如下图所示： gcovr_xxx.png

还可以添加 --html-details 选项，为每个代码文件单独生成 html 文件：

$ gcovr -r . --html --html-details -o xxx.html
$ ls
a.out  main.c  main.gcda  main.gcno  say.c  say.gcda  say.gcno  xxx.html  xxx.main.c.html  xxx.say.c.html
sh

可以看到多了 xxx.main.c.html 和 xxx.say.c.html 两个文件，用浏览器打开 xxx.html，如下图所示： gcovr_xxx_detail.png

文件名较之前带上了下划线，单击文件名即可查看具体的代码覆盖情况，如下图所示： gcovr_xxx_main.png|612

测试样例生成

当前主流的商用代码测试软件大都支持测试样例自动生成。这里调研了老牌的测试软件 Parasoft C/C++ test 与国产新推出的测试工具 wings。

对比方面wingsC/C++ test
测试样例生成灵活性可以根据需求，修改赋值次数基于Google Test框架，一次性生成固定组值
测试类型见下方表格见下方表格
生成方式基于xml的值填充基于Google Test框架的测试样例代码
应用范围国产替代，使用较少市场占比极大
获取难易使用依赖于厂家的数据库格式，需要厂家提供转换插件，获取难度大有破解版，可用

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