オプション

cpp-testing

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CMake/CTest を活用して GoogleTest/GoogleMock を用いた C++ テストの作成、修正、実行を行う。これには、TDD ワークフロー、カバレッジ、サニタイザーなどが含まれる。

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更新された時間 2026年10月1日

C++のテスト(エージェントスキル)

CMake/CTest を活用し、GoogleTest/GoogleMock を用いた、最新 C++ (C++17/20) 向けのエージェント中心のテストワークフロー。

使用すべき場面

  • 新しいC++テストを作成する場合、または既存のテストを修正する場合
  • C++コンポーネントのユニットテスト/統合テストのカバレッジを設計する場合
  • テストカバレッジの追加、CIゲート設定、または回帰テストによる保護の実施
  • 一貫した実行のための CMake/CTest ワークフローの設定
  • テストの失敗や不安定な挙動の調査
  • メモリ/レース条件の診断のためのサニタイザーを有効にする

使用すべきでない場合

  • テストの変更を伴わない新機能の実装
  • テストカバレッジやテスト失敗とは無関係な大規模なリファクタリング
  • 検証のためのテスト回帰がないパフォーマンスチューニング
  • C++以外のプロジェクト、またはテスト以外のタスク

基本概念

  • TDDのループ:赤 → 緑 → リファクタリング(テストを先に書き、最小限の修正を行い、その後クリーンアップを行う)。
  • 分離:グローバル状態よりも依存性注入やフェイクを優先する。
  • テストの構成: tests/unit, tests/integration, tests/testdata.
  • モックとフェイクの違い:相互作用にはモックを、ステートフルな挙動にはフェイクを使用する。
  • CTestによるテストの検出: gtest_discover_tests() を使用して安定したテスト検出を行う。
  • CIシグナル:まずサブセットを実行し、その後 --output-on-failure.

TDDワークフロー

RED → GREEN → REFACTOR のループに従う:

  1. RED:新しい挙動を捕捉する、失敗するテストを作成する
  2. GREEN:テストを通過させるための最小限の変更を実装する
  3. リファクタリング:テストがグリーン状態を維持している間にコードを整理する
// 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

コード例

基本的なユニットテスト (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);
}

フィクスチャ (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");
}

モック (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");
}

CMake/CTest クイックスタート

# 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

テストの実行

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

失敗のデバッグ

  1. gtest フィルターを使用して、失敗した単一のテストを再実行します。
  2. 失敗したアサーションの周囲にスコープ付きロギングを追加します。
  3. サニタイザを有効にして再実行します。
  4. 根本原因が修正されたら、テストスイート全体に拡大する。

カバレッジ

グローバルフラグではなく、ターゲットレベルの設定を優先する。

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

サニタイザー

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()

不安定なテストガードレール

  • 同期のために sleep ; 代わりに条件変数やラッチを使用してください。
  • 一時ディレクトリはテストごとに一意のものとし、必ずクリーンアップしてください。
  • ユニットテストでは、リアルタイム、ネットワーク、またはファイルシステムへの依存を避けてください。
  • ランダム化された入力には、決定論的なシードを使用してください。

ベストプラクティス

すべきこと

  • テストを決定論的かつ独立した状態に保つ
  • グローバル変数よりも依存性注入を優先する
  • 使用 ASSERT_* を前置条件や EXPECT_* 複数のチェックには
  • CTestのラベルまたはディレクトリで、ユニットテストと統合テストを区別する
  • CIでメモリやレースコンディションの検出のためにサニタイザーを実行する

してはいけないこと

  • ユニットテストでリアルタイム処理やネットワークに依存しない
  • コンディション変数を使用できる場合は、同期のためにsleepを使用しない
  • 単純な値オブジェクトを過度にモック化しない
  • 重要度の低いログには、不安定な文字列マッチングを使用しない

よくある落とし穴

  • 固定の一時パスを使用する → テストごとに一意の一時ディレクトリを生成し、それらをクリーンアップする。
  • 実時間への依存 → クロックを注入するか、偽の時刻ソースを使用する。
  • 不安定な並行性テスト → 条件変数/ラッチと、境界付きの待機を使用する。
  • 隠れたグローバル状態 → フィクスチャ内でグローバル状態をリセットするか、グローバル変数を削除する。
  • 過剰なモック化 → ステートフルな挙動にはフェイクを優先し、相互作用のみをモック化する。
  • サニタイザーの実行漏れ → CIにASan/UBSan/TSanのビルドを追加する。
  • デバッグ専用ビルドでのカバレッジ → カバレッジのターゲットで一貫したフラグが使用されていることを確認する。

オプションの付録:ファジング/プロパティテスト

プロジェクトがすでに LLVM/libFuzzer またはプロパティテスト用ライブラリをサポートしている場合にのみ使用してください。

  • libFuzzer:I/Oが最小限の純粋関数に最適。
  • RapidCheck:不変条件を検証するためのプロパティベースのテスト。

最小限の libFuzzer ハーネス(擬似コード:ParseConfig を置き換える):

#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;
}

GoogleTestの代替手段

  • Catch2: ヘッダーのみ、表現力豊かなマッチャー
  • doctest: 軽量で、コンパイルオーバーヘッドが最小限
GitHubで見る
---
name: cpp-testing
description: Write, fix, and run C++ tests using GoogleTest/GoogleMock with CMake/CTest, including TDD workflows, coverage, and sanitizers.
---

# C++ Testing (Agent Skill)

Agent-focused testing workflow for modern C++ (C++17/20) using GoogleTest/GoogleMock with CMake/CTest.

## When to Use

- Writing new C++ tests or fixing existing tests
- Designing unit/integration test coverage for C++ components
- Adding test coverage, CI gating, or regression protection
- Configuring CMake/CTest workflows for consistent execution
- Investigating test failures or flaky behavior
- Enabling sanitizers for memory/race diagnostics

### When NOT to Use

- Implementing new product features without test changes
- Large-scale refactors unrelated to test coverage or failures
- Performance tuning without test regressions to validate
- Non-C++ projects or non-test tasks

## Core Concepts

- **TDD loop**: red → green → refactor (tests first, minimal fix, then cleanups).
- **Isolation**: prefer dependency injection and fakes over global state.
- **Test layout**: `tests/unit`, `tests/integration`, `tests/testdata`.
- **Mocks vs fakes**: mock for interactions, fake for stateful behavior.
- **CTest discovery**: use `gtest_discover_tests()` for stable test discovery.
- **CI signal**: run subset first, then full suite with `--output-on-failure`.

## TDD Workflow

Follow the RED → GREEN → REFACTOR loop:

1. **RED**: write a failing test that captures the new behavior
2. **GREEN**: implement the smallest change to pass
3. **REFACTOR**: clean up while tests stay green

```cpp
// tests/add_test.cpp
#include <gtest/gtest.h>

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
```

## Code Examples

### Basic Unit Test (gtest)

```cpp
// tests/calculator_test.cpp
#include <gtest/gtest.h>

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

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

### Fixture (gtest)

```cpp
// tests/user_store_test.cpp
// Pseudocode stub: replace UserStore/User with project types.
#include <gtest/gtest.h>
#include <memory>
#include <optional>
#include <string>

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

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

    std::unique_ptr<UserStore> store;
};

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

### Mock (gmock)

```cpp
// tests/notifier_test.cpp
#include <gmock/gmock.h>
#include <gtest/gtest.h>
#include <string>

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 &notifier) : notifier_(notifier) {}
    void Publish(const std::string &message) { notifier_.Send(message); }

private:
    Notifier &notifier_;
};

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

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

### CMake/CTest Quickstart

```cmake
# 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)
```

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

## Running Tests

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

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

## Debugging Failures

1. Re-run the single failing test with gtest filter.
2. Add scoped logging around the failing assertion.
3. Re-run with sanitizers enabled.
4. Expand to full suite once the root cause is fixed.

## Coverage

Prefer target-level settings instead of global flags.

```cmake
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:

```bash
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:

```bash
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
```

## Sanitizers

```cmake
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()
```

## Flaky Tests Guardrails

- Never use `sleep` for synchronization; use condition variables or latches.
- Make temp directories unique per test and always clean them.
- Avoid real time, network, or filesystem dependencies in unit tests.
- Use deterministic seeds for randomized inputs.

## Best Practices

### DO

- Keep tests deterministic and isolated
- Prefer dependency injection over globals
- Use `ASSERT_*` for preconditions, `EXPECT_*` for multiple checks
- Separate unit vs integration tests in CTest labels or directories
- Run sanitizers in CI for memory and race detection

### DON'T

- Don't depend on real time or network in unit tests
- Don't use sleeps as synchronization when a condition variable can be used
- Don't over-mock simple value objects
- Don't use brittle string matching for non-critical logs

### Common Pitfalls

- **Using fixed temp paths** → Generate unique temp directories per test and clean them.
- **Relying on wall clock time** → Inject a clock or use fake time sources.
- **Flaky concurrency tests** → Use condition variables/latches and bounded waits.
- **Hidden global state** → Reset global state in fixtures or remove globals.
- **Over-mocking** → Prefer fakes for stateful behavior and only mock interactions.
- **Missing sanitizer runs** → Add ASan/UBSan/TSan builds in CI.
- **Coverage on debug-only builds** → Ensure coverage targets use consistent flags.

## Optional Appendix: Fuzzing / Property Testing

Only use if the project already supports LLVM/libFuzzer or a property-testing library.

- **libFuzzer**: best for pure functions with minimal I/O.
- **RapidCheck**: property-based tests to validate invariants.

Minimal libFuzzer harness (pseudocode: replace ParseConfig):

```cpp
#include <cstddef>
#include <cstdint>
#include <string>

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

## Alternatives to GoogleTest

- **Catch2**: header-only, expressive matchers
- **doctest**: lightweight, minimal compile overhead

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クイックセットアップ: スキルフォルダを .claude/skills/ にコピーしてください。 Claude が自動的にそのスキルを検出して使用します。
リポジトリ affaan-m/ECC

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