Pruebas en C++ (Habilidad de agente)

Flujo de trabajo de pruebas centrado en agentes para C++ moderno (C++17/20) utilizando GoogleTest/GoogleMock con CMake/CTest.

Cuándo utilizarlo

• Al escribir nuevas pruebas en C++ o al corregir pruebas existentes
• Diseñar la cobertura de pruebas unitarias y de integración para componentes de C++
• Añadir cobertura de pruebas, control de CI o protección contra regresiones
• Configurar flujos de trabajo de CMake/CTest para una ejecución coherente
• Investigar fallos en las pruebas o comportamientos inestables
• Habilitar sanitizadores para el diagnóstico de problemas de memoria o de condiciones de carrera

Cuándo NO utilizarlo

• Implementar nuevas funcionalidades del producto sin cambios en las pruebas
• Reestructuraciones a gran escala no relacionadas con la cobertura de pruebas o los fallos
• Ajuste del rendimiento sin regresiones de pruebas para validarlo
• Proyectos que no sean de C++ o tareas no relacionadas con las pruebas

Conceptos básicos

• Ciclo TDD: rojo → verde → refactorización (primero las pruebas, corrección mínima y, a continuación, limpieza).
• Aislamiento: es preferible la inyección de dependencias y los simuladores a utilizar el estado global.
• Estructura de las pruebas: tests/unit, tests/integration, tests/testdata.
• Simulaciones frente a objetos falsos: simulaciones para interacciones, objetos falsos para comportamientos con estado.
• Detección de pruebas con CTest: utiliza gtest_discover_tests() para un descubrimiento estable de pruebas.
• Señal de CI: ejecuta primero un subconjunto y, a continuación, el conjunto completo con --output-on-failure.

Flujo de trabajo TDD

Sigue el ciclo ROJO → VERDE → REFACTORIZAR:

1. ROJO: escribe una prueba que falle y que refleje el nuevo comportamiento
2. VERDE: implementa el cambio mínimo necesario para que pase
3. REFACTOR: limpia el código mientras las pruebas sigan en verde

// tests/add_test.cpp
#include 

int Add(int a, int b); // Provided by production code.

TEST(AddTest, AddsTwoNumbers) { // RED
  EXPECT_EQ(Add(2, 3), 5);
}

// src/add.cpp
int Add(int a, int b) { // GREEN
  return a + b;
}

// REFACTOR: simplify/rename once tests pass

Ejemplos de código

Prueba unitaria básica (gtest)

// tests/calculator_test.cpp
#include 

int Add(int a, int b); // Provided by production code.

TEST(CalculatorTest, AddsTwoNumbers) {
    EXPECT_EQ(Add(2, 3), 5);
}

Fixture (gtest)

// tests/user_store_test.cpp
// Pseudocode stub: replace UserStore/User with project types.
#include 
#include 
#include 
#include 

struct User { std::string name; };
class UserStore {
public:
    explicit UserStore(std::string /*path*/) {}
    void Seed(std::initializer_list /*users*/) {}
    std::optional Find(const std::string &/*name*/) { return User{"alice"}; }
};

class UserStoreTest : public ::testing::Test {
protected:
    void SetUp() override {
        store = std::make_unique(":memory:");
        store->Seed({{"alice"}, {"bob"}});
    }

    std::unique_ptr store;
};

TEST_F(UserStoreTest, FindsExistingUser) {
    auto user = store->Find("alice");
    ASSERT_TRUE(user.has_value());
    EXPECT_EQ(user->name, "alice");
}

Simulación (gmock)

// tests/notifier_test.cpp
#include 
#include 
#include 

class Notifier {
public:
    virtual ~Notifier() = default;
    virtual void Send(const std::string &message) = 0;
};

class MockNotifier : public Notifier {
public:
    MOCK_METHOD(void, Send, (const std::string &message), (override));
};

class Service {
public:
    explicit Service(Notifier ¬ifier) : notifier_(notifier) {}
    void Publish(const std::string &message) { notifier_.Send(message); }

private:
    Notifier ¬ifier_;
};

TEST(ServiceTest, SendsNotifications) {
    MockNotifier notifier;
    Service service(notifier);

    EXPECT_CALL(notifier, Send("hello")).Times(1);
    service.Publish("hello");
}

Guía rápida de CMake/CTest

# CMakeLists.txt (excerpt)
cmake_minimum_required(VERSION 3.20)
project(example LANGUAGES CXX)

set(CMAKE_CXX_STANDARD 20)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)

include(FetchContent)
# Prefer project-locked versions. If using a tag, use a pinned version per project policy.
set(GTEST_VERSION v1.17.0) # Adjust to project policy.
FetchContent_Declare(
  googletest
  # Google Test framework (official repository)
  URL https://github.com/google/googletest/archive/refs/tags/${GTEST_VERSION}.zip
)
FetchContent_MakeAvailable(googletest)

add_executable(example_tests
  tests/calculator_test.cpp
  src/calculator.cpp
)
target_link_libraries(example_tests GTest::gtest GTest::gmock GTest::gtest_main)

enable_testing()
include(GoogleTest)
gtest_discover_tests(example_tests)

cmake -S . -B build -DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug
cmake --build build -j
ctest --test-dir build --output-on-failure

Ejecución de pruebas

ctest --test-dir build --output-on-failure
ctest --test-dir build -R ClampTest
ctest --test-dir build -R "UserStoreTest.*" --output-on-failure

./build/example_tests --gtest_filter=ClampTest.*
./build/example_tests --gtest_filter=UserStoreTest.FindsExistingUser

Depuración de fallos

1. Vuelve a ejecutar la prueba que ha fallado utilizando el filtro de gtest.
2. Añade registros de error en el ámbito de la aserción que falla.
3. Vuelve a ejecutar con los sanitizadores activados.
4. Amplía la suite completa una vez que se haya solucionado la causa raíz.

Cobertura

Da prioridad a la configuración a nivel de objetivo en lugar de a los indicadores globales.

option(ENABLE_COVERAGE "Enable coverage flags" OFF)

if(ENABLE_COVERAGE)
  if(CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "GNU")
    target_compile_options(example_tests PRIVATE --coverage)
    target_link_options(example_tests PRIVATE --coverage)
  elseif(CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "Clang")
    target_compile_options(example_tests PRIVATE -fprofile-instr-generate -fcoverage-mapping)
    target_link_options(example_tests PRIVATE -fprofile-instr-generate)
  endif()
endif()

GCC + gcov + lcov:

cmake -S . -B build-cov -DENABLE_COVERAGE=ON
cmake --build build-cov -j
ctest --test-dir build-cov
lcov --capture --directory build-cov --output-file coverage.info
lcov --remove coverage.info '/usr/*' --output-file coverage.info
genhtml coverage.info --output-directory coverage

Clang + llvm-cov:

cmake -S . -B build-llvm -DENABLE_COVERAGE=ON -DCMAKE_CXX_COMPILER=clang++
cmake --build build-llvm -j
LLVM_PROFILE_FILE="build-llvm/default.profraw" ctest --test-dir build-llvm
llvm-profdata merge -sparse build-llvm/default.profraw -o build-llvm/default.profdata
llvm-cov report build-llvm/example_tests -instr-profile=build-llvm/default.profdata

Sanitizadores

option(ENABLE_ASAN "Enable AddressSanitizer" OFF)
option(ENABLE_UBSAN "Enable UndefinedBehaviorSanitizer" OFF)
option(ENABLE_TSAN "Enable ThreadSanitizer" OFF)

if(ENABLE_ASAN)
  add_compile_options(-fsanitize=address -fno-omit-frame-pointer)
  add_link_options(-fsanitize=address)
endif()
if(ENABLE_UBSAN)
  add_compile_options(-fsanitize=undefined -fno-omit-frame-pointer)
  add_link_options(-fsanitize=undefined)
endif()
if(ENABLE_TSAN)
  add_compile_options(-fsanitize=thread)
  add_link_options(-fsanitize=thread)
endif()

Pruebas poco fiables Medidas de protección

• Nunca utilices sleep para la sincronización; utiliza variables de condición o latches.
• Crea directorios temporales únicos para cada prueba y límpialos siempre.
• Evita las dependencias en tiempo real, de red o del sistema de archivos en las pruebas unitarias.
• Utiliza semillas deterministas para las entradas aleatorias.

Buenas prácticas

HACER

• Mantén las pruebas determinísticas y aisladas
• Prefiere la inyección de dependencias en lugar de las variables globales
• Utiliza ASSERT_* para las precondiciones, EXPECT_* para comprobaciones múltiples
• Separa las pruebas unitarias de las de integración en etiquetas o directorios de CTest
• Ejecuta sanitizadores en la integración continua (CI) para la detección de problemas de memoria y de carrera

NO

• No dependas del tiempo real ni de la red en las pruebas unitarias
• No utilices «sleep» como sincronización cuando se pueda usar una variable de condición
• No simules en exceso los objetos de valor simples
• No utilices comparaciones de cadenas poco robustas para registros no críticos

Errores habituales

• Utilizar rutas temporales fijas → Genera directorios temporales únicos para cada prueba y límpialos.
• Confiar en la hora del reloj → Inyecta un reloj o utiliza fuentes de tiempo falsas.
• Pruebas de concurrencia inestables → Utiliza variables de condición/latches y esperas acotadas.
• Estado global oculto → Restablecer el estado global en los fixtures o eliminar las variables globales.
• Exceso de simulación (mocking) → Dar prioridad a los objetos falsos (fakes) para el comportamiento con estado y simular únicamente las interacciones.
• Faltan ejecuciones del sanitizador → Añadir compilaciones con ASan/UBSan/TSan en la integración continua (CI).
• Cobertura en compilaciones solo de depuración → Asegúrate de que los objetivos de cobertura utilicen indicadores coherentes.

Apéndice opcional: Fuzzing / Pruebas de propiedades

Utilizar solo si el proyecto ya es compatible con LLVM/libFuzzer o con una biblioteca de pruebas de propiedades.

• libFuzzer: ideal para funciones puras con un mínimo de E/S.
• RapidCheck: pruebas basadas en propiedades para validar invariantes.

Harness mínimo de libFuzzer (seudocódigo: sustituir ParseConfig):

#include 
#include 
#include 

extern "C" int LLVMFuzzerTestOneInput(const uint8_t *data, size_t size) {
    std::string input(reinterpret_cast(data), size);
    // ParseConfig(input); // project function
    return 0;
}

Alternativas a GoogleTest

• Catch2: solo encabezado, comparadores expresivos
• doctest: ligero, con una sobrecarga de compilación mínima