Pruebas de C++

Pruebas de C++ (Skill para Agente)

Flujo de trabajo de pruebas orientado a agentes para C++ moderno (C++17/20) usando GoogleTest/GoogleMock con CMake/CTest.

Cuándo Usarlo

• Escribir nuevas pruebas de C++ o corregir pruebas existentes
• Diseñar cobertura de pruebas unitarias/integración para componentes C++
• Agregar cobertura de pruebas, puertas CI o protección contra regresiones
• Configurar flujos de trabajo CMake/CTest para ejecución consistente
• Investigar fallos de pruebas o comportamiento inestable
• Habilitar sanitizadores para diagnóstico de memoria/condiciones de carrera

Cuándo NO Usarlo

• Implementar nuevas características del producto sin cambios en las pruebas
• Refactorizaciones a gran escala no relacionadas con cobertura o fallos
• Ajustes de rendimiento sin regresiones de prueba que validar
• Proyectos que no son C++ o tareas que no son de prueba

Conceptos Clave

• Ciclo TDD: rojo → verde → refactorizar (pruebas primero, arreglo mínimo, luego limpiezas).
• Aislamiento: preferir inyección de dependencias y falsos sobre estado global.
• Estructura de pruebas: tests/unit, tests/integration, tests/testdata.
• Mocks vs falsos: mock para interacciones, falso para comportamiento con estado.
• Descubrimiento CTest: usar gtest_discover_tests() para descubrimiento estable de pruebas.
• Señal CI: ejecutar un subconjunto primero, luego la suite completa con --output-on-failure.

Flujo de Trabajo TDD

Siga el ciclo ROJO → VERDE → REFACTORIZAR:

1. ROJO: escribir una prueba que falle que capture el nuevo comportamiento
2. VERDE: implementar el cambio más pequeño para que pase
3. REFACTORIZAR: limpiar mientras las pruebas sigan en verde

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

int Add(int a, int b); // Proporcionado por el código de producción.

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

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

// REFACTORIZAR: simplificar/renombrar una vez que las pruebas pasen

Ejemplos de Código

Prueba Unitaria Básica (gtest)

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

int Add(int a, int b); // Proporcionado por el código de producción.

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

Fixture (gtest)

// tests/user_store_test.cpp
// Pseudocódigo stub: reemplazar UserStore/User con tipos del proyecto.
#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)

// 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");
}

Inicio Rápido CMake/CTest

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

set(CMAKE_CXX_STANDARD 20)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)

include(FetchContent)
# Preferir versiones bloqueadas del proyecto. Si se usa una etiqueta, usar una versión fija según la política del proyecto.
set(GTEST_VERSION v1.17.0) # Ajustar a la política del proyecto.
FetchContent_Declare(
  googletest
  # Framework Google Test (repositorio oficial)
  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

Ejecutar 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

Depurar Fallos

1. Vuelva a ejecutar la prueba individual que falla con el filtro gtest.
2. Agregue registros con ámbito alrededor de la aserción que falla.
3. Vuelva a ejecutar con sanitizadores habilitados.
4. Expanda a la suite completa una vez corregida la causa raíz.

Cobertura

Prefiera configuraciones a nivel de objetivo en lugar de banderas globales.

option(ENABLE_COVERAGE "Habilitar banderas de cobertura" 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 "Habilitar AddressSanitizer" OFF)
option(ENABLE_UBSAN "Habilitar UndefinedBehaviorSanitizer" OFF)
option(ENABLE_TSAN "Habilitar 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()

Guardarraíles para Pruebas Inestables

• Nunca usar sleep para sincronización; usar variables de condición o barreras.
• Hacer que los directorios temporales sean únicos por prueba y siempre limpiarlos.
• Evitar tiempo real, red o dependencias del sistema de archivos en pruebas unitarias.
• Usar semillas deterministas para entradas aleatorias.

Mejores Prácticas

HACER

• Mantener las pruebas deterministas y aisladas
• Preferir inyección de dependencias sobre globales
• Usar ASSERT_* para precondiciones, EXPECT_* para múltiples verificaciones
• Separar pruebas unitarias vs de integración en etiquetas o directorios CTest
• Ejecutar sanitizadores en CI para detección de memoria y condiciones de carrera

NO HACER

• No depender de tiempo real o red en pruebas unitarias
• No usar sleeps como sincronización cuando se puede usar una variable de condición
• No hacer over mock a objetos de valor simples
• No usar coincidencias de cadena frágiles para registros no críticos

Errores Comunes

• Usar rutas temporales fijas → Generar directorios temporales únicos por prueba y limpiarlos.
• Depender del tiempo de reloj de pared → Inyectar un reloj o usar fuentes de tiempo falsas.
• Pruebas de concurrencia inestables → Usar variables de condición/barreras y esperas acotadas.
• Estado global oculto → Restablecer estado global en fixtures o eliminar globales.
• Over mocking → Preferir falsos para comportamiento con estado y solo mockear interacciones.
• Falta de ejecuciones de sanitizadores → Agregar compilaciones ASan/UBSan/TSan en CI.
• Cobertura solo en compilaciones de depuración → Asegurar que los objetivos de cobertura usen banderas consistentes.

Apéndice Opcional: Fuzzing / Pruebas Basadas en Propiedades

Usar solo si el proyecto ya soporta LLVM/libFuzzer o una biblioteca de pruebas basadas en propiedades.

• libFuzzer: mejor para funciones puras con E/S mínima.
• RapidCheck: pruebas basadas en propiedades para validar invariantes.

Arnes mínimo de libFuzzer (pseudocódigo: reemplazar ParseConfig):

#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); // función del proyecto
    return 0;
}

Alternativas a GoogleTest

• Catch2: solo cabecera, comparadores expresivos
• doctest: ligero, sobrecarga de compilación mínima