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[platform/upstream/gtest.git] / docs / primer.md
1 # Googletest Primer
2
3 ## Introduction: Why googletest?
4
5 *googletest* helps you write better C++ tests.
6
7 googletest is a testing framework developed by the Testing Technology team with
8 Google's specific requirements and constraints in mind. Whether you work on
9 Linux, Windows, or a Mac, if you write C++ code, googletest can help you. And it
10 supports *any* kind of tests, not just unit tests.
11
12 So what makes a good test, and how does googletest fit in? We believe:
13
14 1.  Tests should be *independent* and *repeatable*. It's a pain to debug a test
15     that succeeds or fails as a result of other tests. googletest isolates the
16     tests by running each of them on a different object. When a test fails,
17     googletest allows you to run it in isolation for quick debugging.
18 2.  Tests should be well *organized* and reflect the structure of the tested
19     code. googletest groups related tests into test suites that can share data
20     and subroutines. This common pattern is easy to recognize and makes tests
21     easy to maintain. Such consistency is especially helpful when people switch
22     projects and start to work on a new code base.
23 3.  Tests should be *portable* and *reusable*. Google has a lot of code that is
24     platform-neutral; its tests should also be platform-neutral. googletest
25     works on different OSes, with different compilers, with or without
26     exceptions, so googletest tests can work with a variety of configurations.
27 4.  When tests fail, they should provide as much *information* about the problem
28     as possible. googletest doesn't stop at the first test failure. Instead, it
29     only stops the current test and continues with the next. You can also set up
30     tests that report non-fatal failures after which the current test continues.
31     Thus, you can detect and fix multiple bugs in a single run-edit-compile
32     cycle.
33 5.  The testing framework should liberate test writers from housekeeping chores
34     and let them focus on the test *content*. googletest automatically keeps
35     track of all tests defined, and doesn't require the user to enumerate them
36     in order to run them.
37 6.  Tests should be *fast*. With googletest, you can reuse shared resources
38     across tests and pay for the set-up/tear-down only once, without making
39     tests depend on each other.
40
41 Since googletest is based on the popular xUnit architecture, you'll feel right
42 at home if you've used JUnit or PyUnit before. If not, it will take you about 10
43 minutes to learn the basics and get started. So let's go!
44
45 ## Beware of the nomenclature
46
47 {: .callout .note}
48 _Note:_ There might be some confusion arising from different definitions of the
49 terms _Test_, _Test Case_ and _Test Suite_, so beware of misunderstanding these.
50
51 Historically, googletest started to use the term _Test Case_ for grouping
52 related tests, whereas current publications, including International Software
53 Testing Qualifications Board ([ISTQB](http://www.istqb.org/)) materials and
54 various textbooks on software quality, use the term
55 _[Test Suite][istqb test suite]_ for this.
56
57 The related term _Test_, as it is used in googletest, corresponds to the term
58 _[Test Case][istqb test case]_ of ISTQB and others.
59
60 The term _Test_ is commonly of broad enough sense, including ISTQB's definition
61 of _Test Case_, so it's not much of a problem here. But the term _Test Case_ as
62 was used in Google Test is of contradictory sense and thus confusing.
63
64 googletest recently started replacing the term _Test Case_ with _Test Suite_.
65 The preferred API is *TestSuite*. The older TestCase API is being slowly
66 deprecated and refactored away.
67
68 So please be aware of the different definitions of the terms:
69
70
71 Meaning                                                                              | googletest Term         | [ISTQB](http://www.istqb.org/) Term
72 :----------------------------------------------------------------------------------- | :---------------------- | :----------------------------------
73 Exercise a particular program path with specific input values and verify the results | [TEST()](#simple-tests) | [Test Case][istqb test case]
74
75
76 [istqb test case]: http://glossary.istqb.org/en/search/test%20case
77 [istqb test suite]: http://glossary.istqb.org/en/search/test%20suite
78
79 ## Basic Concepts
80
81 When using googletest, you start by writing *assertions*, which are statements
82 that check whether a condition is true. An assertion's result can be *success*,
83 *nonfatal failure*, or *fatal failure*. If a fatal failure occurs, it aborts the
84 current function; otherwise the program continues normally.
85
86 *Tests* use assertions to verify the tested code's behavior. If a test crashes
87 or has a failed assertion, then it *fails*; otherwise it *succeeds*.
88
89 A *test suite* contains one or many tests. You should group your tests into test
90 suites that reflect the structure of the tested code. When multiple tests in a
91 test suite need to share common objects and subroutines, you can put them into a
92 *test fixture* class.
93
94 A *test program* can contain multiple test suites.
95
96 We'll now explain how to write a test program, starting at the individual
97 assertion level and building up to tests and test suites.
98
99 ## Assertions
100
101 googletest assertions are macros that resemble function calls. You test a class
102 or function by making assertions about its behavior. When an assertion fails,
103 googletest prints the assertion's source file and line number location, along
104 with a failure message. You may also supply a custom failure message which will
105 be appended to googletest's message.
106
107 The assertions come in pairs that test the same thing but have different effects
108 on the current function. `ASSERT_*` versions generate fatal failures when they
109 fail, and **abort the current function**. `EXPECT_*` versions generate nonfatal
110 failures, which don't abort the current function. Usually `EXPECT_*` are
111 preferred, as they allow more than one failure to be reported in a test.
112 However, you should use `ASSERT_*` if it doesn't make sense to continue when the
113 assertion in question fails.
114
115 Since a failed `ASSERT_*` returns from the current function immediately,
116 possibly skipping clean-up code that comes after it, it may cause a space leak.
117 Depending on the nature of the leak, it may or may not be worth fixing - so keep
118 this in mind if you get a heap checker error in addition to assertion errors.
119
120 To provide a custom failure message, simply stream it into the macro using the
121 `<<` operator or a sequence of such operators. See the following example, using
122 the [`ASSERT_EQ` and `EXPECT_EQ`](reference/assertions.md#EXPECT_EQ) macros to
123 verify value equality:
124
125 ```c++
126 ASSERT_EQ(x.size(), y.size()) << "Vectors x and y are of unequal length";
127
128 for (int i = 0; i < x.size(); ++i) {
129   EXPECT_EQ(x[i], y[i]) << "Vectors x and y differ at index " << i;
130 }
131 ```
132
133 Anything that can be streamed to an `ostream` can be streamed to an assertion
134 macro--in particular, C strings and `string` objects. If a wide string
135 (`wchar_t*`, `TCHAR*` in `UNICODE` mode on Windows, or `std::wstring`) is
136 streamed to an assertion, it will be translated to UTF-8 when printed.
137
138 GoogleTest provides a collection of assertions for verifying the behavior of
139 your code in various ways. You can check Boolean conditions, compare values
140 based on relational operators, verify string values, floating-point values, and
141 much more. There are even assertions that enable you to verify more complex
142 states by providing custom predicates. For the complete list of assertions
143 provided by GoogleTest, see the [Assertions Reference](reference/assertions.md).
144
145 ## Simple Tests
146
147 To create a test:
148
149 1.  Use the `TEST()` macro to define and name a test function. These are
150     ordinary C++ functions that don't return a value.
151 2.  In this function, along with any valid C++ statements you want to include,
152     use the various googletest assertions to check values.
153 3.  The test's result is determined by the assertions; if any assertion in the
154     test fails (either fatally or non-fatally), or if the test crashes, the
155     entire test fails. Otherwise, it succeeds.
156
157 ```c++
158 TEST(TestSuiteName, TestName) {
159   ... test body ...
160 }
161 ```
162
163 `TEST()` arguments go from general to specific. The *first* argument is the name
164 of the test suite, and the *second* argument is the test's name within the test
165 suite. Both names must be valid C++ identifiers, and they should not contain
166 any underscores (`_`). A test's *full name* consists of its containing test suite and
167 its individual name. Tests from different test suites can have the same
168 individual name.
169
170 For example, let's take a simple integer function:
171
172 ```c++
173 int Factorial(int n);  // Returns the factorial of n
174 ```
175
176 A test suite for this function might look like:
177
178 ```c++
179 // Tests factorial of 0.
180 TEST(FactorialTest, HandlesZeroInput) {
181   EXPECT_EQ(Factorial(0), 1);
182 }
183
184 // Tests factorial of positive numbers.
185 TEST(FactorialTest, HandlesPositiveInput) {
186   EXPECT_EQ(Factorial(1), 1);
187   EXPECT_EQ(Factorial(2), 2);
188   EXPECT_EQ(Factorial(3), 6);
189   EXPECT_EQ(Factorial(8), 40320);
190 }
191 ```
192
193 googletest groups the test results by test suites, so logically related tests
194 should be in the same test suite; in other words, the first argument to their
195 `TEST()` should be the same. In the above example, we have two tests,
196 `HandlesZeroInput` and `HandlesPositiveInput`, that belong to the same test
197 suite `FactorialTest`.
198
199 When naming your test suites and tests, you should follow the same convention as
200 for
201 [naming functions and classes](https://google.github.io/styleguide/cppguide.html#Function_Names).
202
203 **Availability**: Linux, Windows, Mac.
204
205 ## Test Fixtures: Using the Same Data Configuration for Multiple Tests {#same-data-multiple-tests}
206
207 If you find yourself writing two or more tests that operate on similar data, you
208 can use a *test fixture*. This allows you to reuse the same configuration of
209 objects for several different tests.
210
211 To create a fixture:
212
213 1.  Derive a class from `::testing::Test` . Start its body with `protected:`, as
214     we'll want to access fixture members from sub-classes.
215 2.  Inside the class, declare any objects you plan to use.
216 3.  If necessary, write a default constructor or `SetUp()` function to prepare
217     the objects for each test. A common mistake is to spell `SetUp()` as
218     **`Setup()`** with a small `u` - Use `override` in C++11 to make sure you
219     spelled it correctly.
220 4.  If necessary, write a destructor or `TearDown()` function to release any
221     resources you allocated in `SetUp()` . To learn when you should use the
222     constructor/destructor and when you should use `SetUp()/TearDown()`, read
223     the [FAQ](faq.md#CtorVsSetUp).
224 5.  If needed, define subroutines for your tests to share.
225
226 When using a fixture, use `TEST_F()` instead of `TEST()` as it allows you to
227 access objects and subroutines in the test fixture:
228
229 ```c++
230 TEST_F(TestFixtureName, TestName) {
231   ... test body ...
232 }
233 ```
234
235 Like `TEST()`, the first argument is the test suite name, but for `TEST_F()`
236 this must be the name of the test fixture class. You've probably guessed: `_F`
237 is for fixture.
238
239 Unfortunately, the C++ macro system does not allow us to create a single macro
240 that can handle both types of tests. Using the wrong macro causes a compiler
241 error.
242
243 Also, you must first define a test fixture class before using it in a
244 `TEST_F()`, or you'll get the compiler error "`virtual outside class
245 declaration`".
246
247 For each test defined with `TEST_F()`, googletest will create a *fresh* test
248 fixture at runtime, immediately initialize it via `SetUp()`, run the test,
249 clean up by calling `TearDown()`, and then delete the test fixture. Note that
250 different tests in the same test suite have different test fixture objects, and
251 googletest always deletes a test fixture before it creates the next one.
252 googletest does **not** reuse the same test fixture for multiple tests. Any
253 changes one test makes to the fixture do not affect other tests.
254
255 As an example, let's write tests for a FIFO queue class named `Queue`, which has
256 the following interface:
257
258 ```c++
259 template <typename E>  // E is the element type.
260 class Queue {
261  public:
262   Queue();
263   void Enqueue(const E& element);
264   E* Dequeue();  // Returns NULL if the queue is empty.
265   size_t size() const;
266   ...
267 };
268 ```
269
270 First, define a fixture class. By convention, you should give it the name
271 `FooTest` where `Foo` is the class being tested.
272
273 ```c++
274 class QueueTest : public ::testing::Test {
275  protected:
276   void SetUp() override {
277      q1_.Enqueue(1);
278      q2_.Enqueue(2);
279      q2_.Enqueue(3);
280   }
281
282   // void TearDown() override {}
283
284   Queue<int> q0_;
285   Queue<int> q1_;
286   Queue<int> q2_;
287 };
288 ```
289
290 In this case, `TearDown()` is not needed since we don't have to clean up after
291 each test, other than what's already done by the destructor.
292
293 Now we'll write tests using `TEST_F()` and this fixture.
294
295 ```c++
296 TEST_F(QueueTest, IsEmptyInitially) {
297   EXPECT_EQ(q0_.size(), 0);
298 }
299
300 TEST_F(QueueTest, DequeueWorks) {
301   int* n = q0_.Dequeue();
302   EXPECT_EQ(n, nullptr);
303
304   n = q1_.Dequeue();
305   ASSERT_NE(n, nullptr);
306   EXPECT_EQ(*n, 1);
307   EXPECT_EQ(q1_.size(), 0);
308   delete n;
309
310   n = q2_.Dequeue();
311   ASSERT_NE(n, nullptr);
312   EXPECT_EQ(*n, 2);
313   EXPECT_EQ(q2_.size(), 1);
314   delete n;
315 }
316 ```
317
318 The above uses both `ASSERT_*` and `EXPECT_*` assertions. The rule of thumb is
319 to use `EXPECT_*` when you want the test to continue to reveal more errors after
320 the assertion failure, and use `ASSERT_*` when continuing after failure doesn't
321 make sense. For example, the second assertion in the `Dequeue` test is
322 `ASSERT_NE(n, nullptr)`, as we need to dereference the pointer `n` later, which
323 would lead to a segfault when `n` is `NULL`.
324
325 When these tests run, the following happens:
326
327 1.  googletest constructs a `QueueTest` object (let's call it `t1`).
328 2.  `t1.SetUp()` initializes `t1`.
329 3.  The first test (`IsEmptyInitially`) runs on `t1`.
330 4.  `t1.TearDown()` cleans up after the test finishes.
331 5.  `t1` is destructed.
332 6.  The above steps are repeated on another `QueueTest` object, this time
333     running the `DequeueWorks` test.
334
335 **Availability**: Linux, Windows, Mac.
336
337 ## Invoking the Tests
338
339 `TEST()` and `TEST_F()` implicitly register their tests with googletest. So,
340 unlike with many other C++ testing frameworks, you don't have to re-list all
341 your defined tests in order to run them.
342
343 After defining your tests, you can run them with `RUN_ALL_TESTS()`, which
344 returns `0` if all the tests are successful, or `1` otherwise. Note that
345 `RUN_ALL_TESTS()` runs *all tests* in your link unit--they can be from
346 different test suites, or even different source files.
347
348 When invoked, the `RUN_ALL_TESTS()` macro:
349
350 *   Saves the state of all googletest flags.
351
352 *   Creates a test fixture object for the first test.
353
354 *   Initializes it via `SetUp()`.
355
356 *   Runs the test on the fixture object.
357
358 *   Cleans up the fixture via `TearDown()`.
359
360 *   Deletes the fixture.
361
362 *   Restores the state of all googletest flags.
363
364 *   Repeats the above steps for the next test, until all tests have run.
365
366 If a fatal failure happens the subsequent steps will be skipped.
367
368 {: .callout .important}
369 > IMPORTANT: You must **not** ignore the return value of `RUN_ALL_TESTS()`, or
370 > you will get a compiler error. The rationale for this design is that the
371 > automated testing service determines whether a test has passed based on its
372 > exit code, not on its stdout/stderr output; thus your `main()` function must
373 > return the value of `RUN_ALL_TESTS()`.
374 >
375 > Also, you should call `RUN_ALL_TESTS()` only **once**. Calling it more than
376 > once conflicts with some advanced googletest features (e.g., thread-safe
377 > [death tests](advanced.md#death-tests)) and thus is not supported.
378
379 **Availability**: Linux, Windows, Mac.
380
381 ## Writing the main() Function
382
383 Most users should _not_ need to write their own `main` function and instead link
384 with `gtest_main` (as opposed to with `gtest`), which defines a suitable entry
385 point. See the end of this section for details. The remainder of this section
386 should only apply when you need to do something custom before the tests run that
387 cannot be expressed within the framework of fixtures and test suites.
388
389 If you write your own `main` function, it should return the value of
390 `RUN_ALL_TESTS()`.
391
392 You can start from this boilerplate:
393
394 ```c++
395 #include "this/package/foo.h"
396
397 #include "gtest/gtest.h"
398
399 namespace my {
400 namespace project {
401 namespace {
402
403 // The fixture for testing class Foo.
404 class FooTest : public ::testing::Test {
405  protected:
406   // You can remove any or all of the following functions if their bodies would
407   // be empty.
408
409   FooTest() {
410      // You can do set-up work for each test here.
411   }
412
413   ~FooTest() override {
414      // You can do clean-up work that doesn't throw exceptions here.
415   }
416
417   // If the constructor and destructor are not enough for setting up
418   // and cleaning up each test, you can define the following methods:
419
420   void SetUp() override {
421      // Code here will be called immediately after the constructor (right
422      // before each test).
423   }
424
425   void TearDown() override {
426      // Code here will be called immediately after each test (right
427      // before the destructor).
428   }
429
430   // Class members declared here can be used by all tests in the test suite
431   // for Foo.
432 };
433
434 // Tests that the Foo::Bar() method does Abc.
435 TEST_F(FooTest, MethodBarDoesAbc) {
436   const std::string input_filepath = "this/package/testdata/myinputfile.dat";
437   const std::string output_filepath = "this/package/testdata/myoutputfile.dat";
438   Foo f;
439   EXPECT_EQ(f.Bar(input_filepath, output_filepath), 0);
440 }
441
442 // Tests that Foo does Xyz.
443 TEST_F(FooTest, DoesXyz) {
444   // Exercises the Xyz feature of Foo.
445 }
446
447 }  // namespace
448 }  // namespace project
449 }  // namespace my
450
451 int main(int argc, char **argv) {
452   ::testing::InitGoogleTest(&argc, argv);
453   return RUN_ALL_TESTS();
454 }
455 ```
456
457 The `::testing::InitGoogleTest()` function parses the command line for
458 googletest flags, and removes all recognized flags. This allows the user to
459 control a test program's behavior via various flags, which we'll cover in
460 the [AdvancedGuide](advanced.md). You **must** call this function before calling
461 `RUN_ALL_TESTS()`, or the flags won't be properly initialized.
462
463 On Windows, `InitGoogleTest()` also works with wide strings, so it can be used
464 in programs compiled in `UNICODE` mode as well.
465
466 But maybe you think that writing all those `main` functions is too much work? We
467 agree with you completely, and that's why Google Test provides a basic
468 implementation of main(). If it fits your needs, then just link your test with
469 the `gtest_main` library and you are good to go.
470
471 {: .callout .note}
472 NOTE: `ParseGUnitFlags()` is deprecated in favor of `InitGoogleTest()`.
473
474 ## Known Limitations
475
476 *   Google Test is designed to be thread-safe. The implementation is thread-safe
477     on systems where the `pthreads` library is available. It is currently
478     _unsafe_ to use Google Test assertions from two threads concurrently on
479     other systems (e.g. Windows). In most tests this is not an issue as usually
480     the assertions are done in the main thread. If you want to help, you can
481     volunteer to implement the necessary synchronization primitives in
482     `gtest-port.h` for your platform.