Testes em C++ (Habilidade de Agente)

Fluxo de trabalho de testes focado em agentes para C++ moderno (C++17/20) utilizando GoogleTest/GoogleMock com CMake/CTest.

Quando usar

• Ao escrever novos testes em C++ ou corrigir testes existentes
• Projetar cobertura de testes unitários/de integração para componentes em C++
• Adicionar cobertura de teste, verificação de CI ou proteção contra regressão
• Configurar fluxos de trabalho do CMake/CTest para execução consistente
• Investigar falhas em testes ou comportamento instável
• Ativar sanitizers para diagnóstico de memória e corrida de acesso

Quando NÃO usar

• Implementar novos recursos do produto sem alterações nos testes
• Reestruturações em grande escala não relacionadas à cobertura de testes ou falhas
• Ajuste de desempenho sem regressões de teste para validação
• Projetos que não sejam em C++ ou tarefas não relacionadas a testes

Conceitos fundamentais

• Ciclo do TDD: vermelho → verde → refatoração (testes primeiro, correção mínima e, em seguida, limpezas).
• Isolamento: prefira injeção de dependências e simulações em vez de estado global.
• Estrutura dos testes: tests/unit, tests/integration, tests/testdata.
• Mocks x fakes: use mocks para interações e fakes para comportamentos que dependem de estado.
• Descoberta de testes: use gtest_discover_tests() para descoberta estável de testes.
• Sinal de CI: execute primeiro um subconjunto e, em seguida, a suíte completa com --output-on-failure.

Fluxo de trabalho TDD

Siga o ciclo VERMELHO → VERDE → REFATORAÇÃO:

1. VERMELHO: escreva um teste que falhe e capture o novo comportamento
2. VERDE: implemente a menor alteração necessária para que o teste seja aprovado
3. REFATORAR: organize o código enquanto os testes permanecem verdes

// 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

Exemplos de código

Teste de unidade básico (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");
}

Mock (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");
}

Guia rápido do 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

Execução de testes

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

Depuração de falhas

1. Reexecute o único teste com falha usando o filtro do gtest.
2. Adicione registros de log com escopo em torno da asserção que falhou.
3. Reexecute com os sanitizadores ativados.
4. Expanda para o conjunto completo de testes assim que a causa raiz for corrigida.

Cobertura

Prefira configurações no nível do alvo em vez de sinalizadores globais.

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

Sanitizers

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()

Testes instáveis Barreiras de proteção

• Nunca use sleep para sincronização; use variáveis de condição ou latches.
• Crie diretórios temporários exclusivos para cada teste e sempre os limpe.
• Evite dependências de tempo real, de rede ou do sistema de arquivos em testes unitários.
• Use sementes determinísticas para entradas aleatórias.

Melhores práticas

FAÇA

• Mantenha os testes determinísticos e isolados
• Prefira a injeção de dependências em vez de variáveis globais
• Use ASSERT_* para pré-condições, EXPECT_* para várias verificações
• Separe os testes unitários dos de integração em rótulos ou diretórios do CTest
• Execute sanitizadores na CI para detecção de problemas de memória e conflitos de acesso

NÃO

• Não dependa de tempo real ou da rede em testes unitários
• Não use instruções `sleep` como sincronização quando for possível usar uma variável de condição
• Não simule excessivamente objetos de valor simples
• Não use comparação de strings frágil para logs não críticos

Armadilhas comuns

• Usar caminhos temporários fixos → Gere diretórios temporários exclusivos para cada teste e limpe-os.
• Depender da hora do relógio → Injetar um relógio ou usar fontes de tempo simuladas.
• Testes de concorrência instáveis → Use variáveis de condição/latches e esperas limitadas.
• Estado global oculto → Reinicie o estado global nos fixtures ou remova as variáveis globais.
• Excesso de simulação → Prefira objetos simulados para comportamentos que dependem de estado e simule apenas as interações.
• Execuções de sanitizador ausentes → Adicione compilações com ASan/UBSan/TSan na CI.
• Cobertura em compilações apenas para depuração → Certifique-se de que as metas de cobertura utilizem sinalizadores consistentes.

Apêndice opcional: Fuzzing / Testes de propriedade

Use apenas se o projeto já oferecer suporte ao LLVM/libFuzzer ou a uma biblioteca de teste de propriedades.

• libFuzzer: ideal para funções puras com E/S mínima.
• RapidCheck: testes baseados em propriedades para validar invariantes.

Estrutura mínima do libFuzzer (pseudocódigo: substitua 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 ao GoogleTest

• Catch2: apenas cabeçalho, comparadores expressivos
• doctest: leve, com sobrecarga mínima de compilação