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# 36 | 代码测试（上）：如何编写 Go 语言单元测试和性能测试用例？
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你好，我是孔令飞。
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从今天开始，我们就进入了服务测试模块，这一模块主要介绍如何测试我们的Go项目。
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在Go项目开发中，我们不仅要开发功能，更重要的是确保这些功能稳定可靠，并且拥有一个不错的性能。要确保这些，就要对代码进行测试。开发人员通常会进行单元测试和性能测试，分别用来测试代码的功能是否正常和代码的性能是否满足需求。
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每种语言通常都有自己的测试包/模块，Go语言也不例外。在Go中，我们可以通过`testing`包对代码进行单元测试和性能测试。这一讲，我会用一些示例来讲解如何编写单元测试和性能测试用例，下一讲则会介绍如何编写其他的测试类型，并介绍 IAM 项目的测试用例。
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## 如何测试 Go 代码？
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Go语言有自带的测试框架`testing`，可以用来实现单元测试（T类型）和性能测试（B类型），通过`go test`命令来执行单元测试和性能测试。
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go test 执行测试用例时，是以go包为单位进行测试的。执行时需要指定包名，比如`go test 包名`，如果没有指定包名，默认会选择执行命令时所在的包。go test在执行时，会遍历以`_test.go`结尾的源码文件，执行其中以`Test`、`Benchmark`、`Example`开头的测试函数。
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为了演示如何编写测试用例，我预先编写了4个函数。假设这些函数保存在test目录下的`math.go`文件中，包名为`test`，math.go代码如下：
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```go
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package test
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import (
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"fmt"
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"math"
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"math/rand"
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)
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// Abs returns the absolute value of x.
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func Abs(x float64) float64 {
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return math.Abs(x)
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}
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// Max returns the larger of x or y.
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func Max(x, y float64) float64 {
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return math.Max(x, y)
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}
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// Min returns the smaller of x or y.
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func Min(x, y float64) float64 {
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return math.Min(x, y)
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}
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// RandInt returns a non-negative pseudo-random int from the default Source.
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func RandInt() int {
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return rand.Int()
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}
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```
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在这一讲后面的内容中，我会演示如何编写测试用例，来对这些函数进行单元测试和性能测试。下面让我们先来看下测试命名规范。
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## 测试命名规范
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在我们对Go代码进行测试时，需要编写测试文件、测试函数、测试变量，它们都需要遵循一定的规范。这些规范有些来自于官方，有些则来自于社区。这里，我分别来介绍下测试文件、包、测试函数和测试变量的命名规范。
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### 测试文件的命名规范
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Go的测试文件名必须以`_test.go`结尾。例如，如果我们有一个名为`person.go`的文件，那它的测试文件必须命名为`person_test.go`。这样做是因为，Go需要区分哪些文件是测试文件。这些测试文件可以被go test命令行工具加载，用来测试我们编写的代码，但会被Go的构建程序忽略掉，因为Go程序的运行不需要这些测试代码。
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### 包的命名规范
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Go的测试可以分为白盒测试和黑盒测试。
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* **白盒测试：**将测试和生产代码放在同一个Go包中，这使我们可以同时测试Go包中可导出和不可导出的标识符。当我们编写的单元测试需要访问Go包中不可导出的变量、函数和方法时，就需要编写白盒测试用例。
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* **黑盒测试：**将测试和生产代码放在不同的Go包中。这时，我们仅可以测试Go包的可导出标识符。这意味着我们的测试包将无法访问生产代码中的任何内部函数、变量或常量。
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在白盒测试中，Go的测试包名称需要跟被测试的包名保持一致，例如：`person.go`定义了一个`person`包，则`person_test.go`的包名也要为`person`，这也意味着`person.go`和`person_test.go`都要在同一个目录中。
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在黑盒测试中，Go的测试包名称需要跟被测试的包名不同，但仍然可以存放在同一个目录下。比如，`person.go`定义了一个`person`包，则`person_test.go`的包名需要跟`person`不同，通常我们命名为`person_test`。
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如果不是需要使用黑盒测试，我们在做单元测试时要尽量使用白盒测试。一方面，这是go test工具的默认行为；另一方面，使用白盒测试，我们可以测试和使用不可导出的标识符。
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测试文件和包的命名规范，由Go语言及go test工具来强制约束。
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### 函数的命名规范
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测试用例函数必须以`Test`、`Benchmark`、`Example`开头，例如`TestXxx`、`BenchmarkXxx`、`ExampleXxx`，`Xxx`部分为任意字母数字的组合，首字母大写。这是由Go语言和go test工具来进行约束的，`Xxx`一般是需要测试的函数名。
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除此之外，还有一些社区的约束，这些约束不是强制的，但是遵循这些约束会让我们的测试函数名更加易懂。例如，我们有以下函数：
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```go
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package main
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type Person struct {
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age int64
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}
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func (p *Person) older(other *Person) bool {
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return p.age > other.age
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}
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```
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很显然，我们可以把测试函数命名为`TestOlder`，这个名称可以很清晰地说明它是`Older`函数的测试用例。但是，如果我们想用多个测试用例来测试`TestOlder`函数，这些测试用例该如何命名呢？也许你会说，我们命名为`TestOlder1`、`TestOlder2`不就行了？
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其实，还有其他更好的命名方法。比如，这种情况下，我们可以将函数命名为`TestOlderXxx`，其中`Xxx`代表`Older`函数的某个场景描述。例如，`strings.Compare`函数有如下测试函数：`TestCompare`、`TestCompareIdenticalString`、`TestCompareStrings`。
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### 变量的命名规范
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Go语言和go test没有对变量的命名做任何约束。但是，在编写单元测试用例时，还是有一些规范值得我们去遵守。
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单元测试用例通常会有一个实际的输出，在单元测试中，我们会将预期的输出跟实际的输出进行对比，来判断单元测试是否通过。为了清晰地表达函数的实际输出和预期输出，可以将这两类输出命名为`expected/actual`，或者`got/want`。例如：
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```go
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if c.expected != actual {
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t.Fatalf("Expected User-Agent '%s' does not match '%s'", c.expected, actual)
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}
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```
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或者：
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```go
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if got, want := diags[3].Description().Summary, undeclPlural; got != want {
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t.Errorf("wrong summary for diagnostic 3\ngot: %s\nwant: %s", got, want)
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}
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```
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其他的变量命名，我们可以遵循Go语言推荐的变量命名方法，例如：
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* Go中的变量名应该短而不是长，对于范围有限的局部变量来说尤其如此。
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* 变量离声明越远，对名称的描述性要求越高。
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* 像循环、索引之类的变量，名称可以是单个字母（i）。如果是不常见的变量和全局变量，变量名就需要具有更多的描述性。
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上面，我介绍了Go测试的一些基础知识。接下来，我们来看看如何编写单元测试用例和性能测试用例。
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## 单元测试
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单元测试用例函数以 `Test` 开头，例如 `TestXxx` 或 `Test_xxx` （ `Xxx` 部分为任意字母数字组合，首字母大写）。函数参数必须是 `*testing.T`，可以使用该类型来记录错误或测试状态。
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我们可以调用 `testing.T` 的 `Error` 、`Errorf` 、`FailNow` 、`Fatal` 、`FatalIf` 方法，来说明测试不通过；调用 `Log` 、`Logf` 方法来记录测试信息。函数列表和相关描述如下表所示：
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下面的代码是两个简单的单元测试函数（函数位于文件[math\_test.go](https://github.com/marmotedu/gopractise-demo)中）：
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```go
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func TestAbs(t *testing.T) {
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got := Abs(-1)
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if got != 1 {
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t.Errorf("Abs(-1) = %f; want 1", got)
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}
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}
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func TestMax(t *testing.T) {
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got := Max(1, 2)
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if got != 2 {
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t.Errorf("Max(1, 2) = %f; want 2", got)
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}
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}
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```
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执行`go test`命令来执行如上单元测试用例：
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```go
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$ go test
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PASS
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ok github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test 0.002s
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```
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`go test`命令自动搜集所有的测试文件，也就是格式为`*_test.go`的文件，从中提取全部测试函数并执行。
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go test还支持下面三个参数。
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* \-v，显示所有测试函数的运行细节：
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```go
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$ go test -v
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=== RUN TestAbs
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--- PASS: TestAbs (0.00s)
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=== RUN TestMax
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--- PASS: TestMax (0.00s)
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PASS
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ok github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test 0.002s
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```
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* \-run < regexp>，指定要执行的测试函数：
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```go
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$ go test -v -run='TestA.*'
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=== RUN TestAbs
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--- PASS: TestAbs (0.00s)
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PASS
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ok github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test 0.001s
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```
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上面的例子中，我们只运行了以`TestA`开头的测试函数。
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* \-count N，指定执行测试函数的次数：
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```go
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$ go test -v -run='TestA.*' -count=2
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=== RUN TestAbs
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--- PASS: TestAbs (0.00s)
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=== RUN TestAbs
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|
--- PASS: TestAbs (0.00s)
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|
PASS
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|
ok github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test 0.002s
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```
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### 多个输入的测试用例
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前面介绍的单元测试用例只有一个输入，但是很多时候，我们需要测试一个函数在多种不同输入下是否能正常返回。这时候，我们可以编写一个稍微复杂点的测试用例，用来支持多输入下的用例测试。例如，我们可以将`TestAbs`改造成如下函数：
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```go
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func TestAbs_2(t *testing.T) {
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tests := []struct {
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x float64
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want float64
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}{
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{-0.3, 0.3},
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{-2, 2},
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|
{-3.1, 3.1},
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{5, 5},
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}
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|
for _, tt := range tests {
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if got := Abs(tt.x); got != tt.want {
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|
t.Errorf("Abs() = %f, want %v", got, tt.want)
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}
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|
}
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|
}
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```
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上述测试用例函数中，我们定义了一个结构体数组，数组中的每一个元素代表一次测试用例。数组元素的的值包含输入和预期的返回值：
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```go
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tests := []struct {
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x float64
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want float64
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|
}{
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{-0.3, 0.3},
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|
|
{-2, 2},
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|
|
{-3.1, 3.1},
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{5, 5},
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|
}
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```
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上述测试用例，将被测函数放在for循环中执行：
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```go
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for _, tt := range tests {
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|
if got := Abs(tt.x); got != tt.want {
|
|
|
t.Errorf("Abs() = %f, want %v", got, tt.want)
|
|
|
}
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|
|
}
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|
```
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上面的代码将输入传递给被测函数，并将被测函数的返回值跟预期的返回值进行比较。如果相等，则说明此次测试通过，如果不相等则说明此次测试不通过。通过这种方式，我们就可以在一个测试用例中，测试不同的输入和输出，也就是不同的测试用例。如果要新增一个测试用例，根据需要添加输入和预期的返回值就可以了，这些测试用例都共享其余的测试代码。
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上面的测试用例中，我们通过`got != tt.want`来对比实际返回结果和预期返回结果。我们也可以使用`github.com/stretchr/testify/assert`包中提供的函数来做结果对比，例如：
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```go
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func TestAbs_3(t *testing.T) {
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tests := []struct {
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|
x float64
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|
want float64
|
|
|
}{
|
|
|
{-0.3, 0.3},
|
|
|
{-2, 2},
|
|
|
{-3.1, 3.1},
|
|
|
{5, 5},
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|
|
}
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for _, tt := range tests {
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got := Abs(tt.x)
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assert.Equal(t, got, tt.want)
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|
}
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|
}
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```
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使用`assert`来对比结果，有下面这些好处：
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* 友好的输出结果，易于阅读。
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* 因为少了`if got := Xxx(); got != tt.wang {}`的判断，代码变得更加简洁。
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* 可以针对每次断言，添加额外的消息说明，例如`assert.Equal(t, got, tt.want, "Abs test")`。
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assert包还提供了很多其他函数，供开发者进行结果对比，例如`Zero`、`NotZero`、`Equal`、`NotEqual`、`Less`、`True`、`Nil`、`NotNil`等。如果想了解更多函数，你可以参考`go doc github.com/stretchr/testify/assert`。
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### 自动生成单元测试用例
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通过上面的学习，你也许可以发现，测试用例其实可以抽象成下面的模型：
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用代码可表示为：
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```go
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func TestXxx(t *testing.T) {
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type args struct {
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// TODO: Add function input parameter definition.
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}
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type want struct {
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|
// TODO: Add function return parameter definition.
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}
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|
tests := []struct {
|
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name string
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|
args args
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want want
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}{
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|
// TODO: Add test cases.
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}
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for _, tt := range tests {
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|
t.Run(tt.name, func(t *testing.T) {
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|
if got := Xxx(tt.args); got != tt.want {
|
|
|
t.Errorf("Xxx() = %v, want %v", got, tt.want)
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|
}
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|
})
|
|
|
}
|
|
|
}
|
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```
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既然测试用例可以抽象成一些模型，那么我们就可以基于这些模型来自动生成测试代码。Go社区中有一些优秀的工具可以自动生成测试代码，我推荐你使用[gotests](https://github.com/cweill/gotests)工具。
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下面，我来讲讲gotests工具的使用方法，可以分成三个步骤。
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第一步，安装gotests工具：
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```bash
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$ go get -u github.com/cweill/gotests/...
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```
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gotests命令执行格式为：`gotests [options] [PATH] [FILE] ...`。gotests可以为`PATH`下的所有Go源码文件中的函数生成测试代码，也可以只为某个`FILE`中的函数生成测试代码。
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第二步，进入测试代码目录，执行gotests生成测试用例：
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```bash
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$ gotests -all -w .
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|
```
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上面的命令会为当前目录下所有Go源码文件中的函数生成测试代码。
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第三步，添加测试用例：
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生成完测试用例，你只需要添加需要测试的输入和预期的输出就可以了。下面的测试用例是通过gotests生成的：
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```go
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func TestUnpointer(t *testing.T) {
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type args struct {
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offset *int64
|
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|
limit *int64
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|
}
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|
tests := []struct {
|
|
|
name string
|
|
|
args args
|
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|
want *LimitAndOffset
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|
}{
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|
|
// TODO: Add test cases.
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|
|
}
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|
for _, tt := range tests {
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|
t.Run(tt.name, func(t *testing.T) {
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|
if got := Unpointer(tt.args.offset, tt.args.limit); !reflect.DeepEqual(got, tt.want) {
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|
t.Errorf("Unpointer() = %v, want %v", got, tt.want)
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|
|
}
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|
|
})
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|
|
}
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|
|
}
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```
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我们只需要补全`TODO`位置的测试数据即可，补全后的测试用例见[gorm\_test.go](https://github.com/marmotedu/iam/blob/v1.0.8/internal/pkg/util/gormutil/gorm_test.go)文件。
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## 性能测试
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上面，我讲了用来测试代码的功能是否正常的单元测试，接下来我们来看下性能测试，它是用来测试代码的性能是否满足需求的。
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性能测试的用例函数必须以`Benchmark`开头，例如`BenchmarkXxx`或`Benchmark_Xxx`（ `Xxx` 部分为任意字母数字组合，首字母大写）。
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函数参数必须是`*testing.B`，函数内以`b.N`作为循环次数，其中`N`会在运行时动态调整，直到性能测试函数可以持续足够长的时间，以便能够可靠地计时。下面的代码是一个简单的性能测试函数（函数位于文件[math\_test.go](https://github.com/marmotedu/gopractise-demo/blob/master/test/math_test.go)中）：
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```go
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func BenchmarkRandInt(b *testing.B) {
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for i := 0; i < b.N; i++ {
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RandInt()
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}
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}
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|
```
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`go test`命令默认不会执行性能测试函数，需要通过指定参数`-bench <pattern>`来运行性能测试函数。`-bench`后可以跟正则表达式，选择需要执行的性能测试函数，例如`go test -bench=".*"`表示执行所有的压力测试函数。执行`go test -bench=".*"`后输出如下：
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```bash
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|
$ go test -bench=".*"
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|
goos: linux
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goarch: amd64
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|
pkg: github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test
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|
BenchmarkRandInt-4 97384827 12.4 ns/op
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PASS
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ok github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test 1.223s
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```
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上面的结果只显示了性能测试函数的执行结果。`BenchmarkRandInt`性能测试函数的执行结果如下：
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```bash
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BenchmarkRandInt-4 90848414 12.8 ns/op
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```
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每个函数的性能执行结果一共有3列，分别代表不同的意思，这里用上面的函数举例子：
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* `BenchmarkRandInt-4`，`BenchmarkRandInt`表示所测试的测试函数名，4表示有4个CPU线程参与了此次测试，默认是`GOMAXPROCS`的值。
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* `90848414` ，说明函数中的循环执行了`90848414`次。
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* `12.8 ns/op`，说明每次循环的执行平均耗时是 `12.8` 纳秒，该值越小，说明代码性能越高。
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如果我们的性能测试函数在执行循环前，需要做一些耗时的准备工作，我们就需要重置性能测试时间计数，例如：
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```go
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func BenchmarkBigLen(b *testing.B) {
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big := NewBig()
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b.ResetTimer()
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for i := 0; i < b.N; i++ {
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big.Len()
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}
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}
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```
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当然，我们也可以先停止性能测试的时间计数，然后再开始时间计数，例如：
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```go
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func BenchmarkBigLen(b *testing.B) {
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b.StopTimer() // 调用该函数停止压力测试的时间计数
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big := NewBig()
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b.StartTimer() // 重新开始时间
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for i := 0; i < b.N; i++ {
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big.Len()
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}
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}
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```
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B类型的性能测试还支持下面 4 个参数。
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* benchmem，输出内存分配统计：
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```bash
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$ go test -bench=".*" -benchmem
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goos: linux
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goarch: amd64
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pkg: github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test
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BenchmarkRandInt-4 96776823 12.8 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
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PASS
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ok github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test 1.255s
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```
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指定了`-benchmem`参数后，执行结果中又多了两列： 0 B/op，表示每次执行分配了多少内存（字节），该值越小，说明代码内存占用越小；0 allocs/op，表示每次执行分配了多少次内存，该值越小，说明分配内存次数越少，意味着代码性能越高。
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* benchtime，指定测试时间和循环执行次数（格式需要为Nx，例如100x）：
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```bash
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$ go test -bench=".*" -benchtime=10s # 指定测试时间
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goos: linux
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goarch: amd64
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pkg: github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test
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BenchmarkRandInt-4 910328618 13.1 ns/op
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PASS
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ok github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test 13.260s
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$ go test -bench=".*" -benchtime=100x # 指定循环执行次数
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goos: linux
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goarch: amd64
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pkg: github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test
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BenchmarkRandInt-4 100 16.9 ns/op
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PASS
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ok github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test 0.003s
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```
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* cpu，指定GOMAXPROCS。
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* timeout，指定测试函数执行的超时时间：
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```bash
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$ go test -bench=".*" -timeout=10s
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goos: linux
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goarch: amd64
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pkg: github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test
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BenchmarkRandInt-4 97375881 12.4 ns/op
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PASS
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ok github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test 1.224s
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```
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## 总结
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代码开发完成之后，我们需要为代码编写单元测试用例，并根据需要，给一些函数编写性能测试用例。Go语言提供了 `testing` 包，供我们编写测试用例，并通过 `go test` 命令来执行这些测试用例。
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go test在执行测试用例时，会查找具有固定格式的Go源码文件名，并执行其中具有固定格式的函数，这些函数就是测试用例。这就要求我们的测试文件名、函数名要符合 `go test` 工具的要求：Go的测试文件名必须以 `_test.go` 结尾；测试用例函数必须以 `Test` 、 `Benchmark` 、 `Example` 开头。此外，我们在编写测试用例时，还要注意包和变量的命名规范。
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Go项目开发中，编写得最多的是单元测试用例。单元测试用例函数以 `Test` 开头，例如 `TestXxx` 或 `Test_xxx` （`Xxx` 部分为任意字母数字组合，首字母大写）。函数参数必须是 `*testing.T` ，可以使用该类型来记录错误或测试状态。我们可以调用 `testing.T` 的 `Error` 、`Errorf` 、`FailNow` 、`Fatal` 、`FatalIf` 方法，来说明测试不通过；调用 `Log` 、`Logf` 方法来记录测试信息。
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下面是一个简单的单元测试函数：
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```go
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func TestAbs(t *testing.T) {
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got := Abs(-1)
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if got != 1 {
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t.Errorf("Abs(-1) = %f; want 1", got)
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}
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}
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```
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编写完测试用例之后，可以使用 `go test` 命令行工具来执行这些测试用例。
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此外，我们还可以使用[gotests](https://github.com/cweill/gotests)工具，来自动地生成单元测试用例，从而减少编写测试用例的工作量。
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我们在Go项目开发中，还经常需要编写性能测试用例。性能测试用例函数必须以`Benchmark`开头，以`*testing.B` 作为函数入参，通过 `go test -bench <pattern>` 运行。
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## 课后练习
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1. 编写一个 `PrintHello` 函数，该函数会返回 `Hello World` 字符串，并编写单元测试用例，对 `PrintHello` 函数进行测试。
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2. 思考一下，哪些场景下采用白盒测试，哪些场景下采用黑盒测试？
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欢迎你在留言区与我交流讨论，我们下一讲见。
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