C++ 테스팅

C++ 테스팅 (에이전트 스킬)

GoogleTest/GoogleMock과 CMake/CTest를 사용한 현대 C++(C++17/20)을 위한 에이전트 중심 테스팅 워크플로우입니다.

사용 시기

• 새 C++ 테스트 작성 또는 기존 테스트 수정
• C++ 컴포넌트에 대한 단위/통합 테스트 커버리지 설계
• 테스트 커버리지, CI 게이팅 또는 회귀 방지 추가
• 일관된 실행을 위한 CMake/CTest 워크플로우 구성
• 테스트 실패 또는 플래키(flaky) 동작 조사
• 메모리/경쟁 상태 진단을 위한 샌타타이저 활성화

사용하지 말아야 할 경우

• 테스트 변경 없이 새 제품 기능 구현
• 테스트 커버리지나 실패와 관련 없는 대규모 리팩터링
• 테스트 회귀 검증 없이 성능 튜닝
• C++이 아닌 프로젝트 또는 테스트가 아닌 작업

핵심 개념

• TDD 루프: 레드 → 그린 → 리팩터 (테스트 우선, 최소 수정, 그 후 정리)
• 격리: 전역 상태보다 의존성 주입과 페이크 선호
• 테스트 레이아웃: tests/unit, tests/integration, tests/testdata
• 목 vs 페이크: 상호작용 확인에는 목, 상태 유지 동작에는 페이크 사용
• CTest 발견: gtest_discover_tests()로 안정적인 테스트 발견
• CI 신호: 먼저 부분 집합을 실행한 후 --output-on-failure로 전체 스위트 실행

TDD 워크플로우

RED → GREEN → REFACTOR 루프를 따릅니다:

1. RED: 새 동작을 포착하는 실패하는 테스트 작성
2. GREEN: 통과시키기 위한 최소한의 변경 구현
3. REFACTOR: 테스트가 통과하는 상태에서 코드 정리

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

int Add(int a, int b); // 프로덕션 코드에서 제공.

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

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

// REFACTOR: 테스트 통과 후 단순화/이름 변경

코드 예제

기본 단위 테스트 (gtest)

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

int Add(int a, int b); // 프로덕션 코드에서 제공.

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

픽스처 (gtest)

// tests/user_store_test.cpp
// 의사 코드 스텁: UserStore/User를 프로젝트 타입으로 대체하세요.
#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");
}

목 (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");
}

CMake/CTest 빠른 시작

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

set(CMAKE_CXX_STANDARD 20)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)

include(FetchContent)
# 프로젝트에서 고정된 버전을 선호합니다. 태그를 사용하는 경우 프로젝트 정책에 따라 고정 버전을 사용하세요.
set(GTEST_VERSION v1.17.0) # 프로젝트 정책에 맞게 조정하세요.
FetchContent_Declare(
  googletest
  # Google Test 프레임워크 (공식 저장소)
  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

테스트 실행

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

실패 디버깅

1. gtest 필터로 실패한 단일 테스트를 다시 실행합니다.
2. 실패한 어설션 주변에 범위가 지정된 로깅을 추가합니다.
3. 샌타타이저를 활성화하여 다시 실행합니다.
4. 근본 원인이 해결되면 전체 스위트로 확장합니다.

커버리지

전역 플래그보다는 타겟 수준 설정을 선호합니다.

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

샌타타이저

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()

플래키(Flaky) 테스트 방지 가이드라인

• 동기화를 위해 sleep을 절대 사용하지 말고, 조건 변수 또는 래치를 사용하세요.
• 임시 디렉토리는 테스트마다 고유하게 생성하고 항상 정리하세요.
• 단위 테스트에서 실제 시간, 네트워크 또는 파일 시스템 의존성을 피하세요.
• 무작위 입력에는 결정론적 시드를 사용하세요.

모범 사례

따라야 할 것 (DO)

• 테스트를 결정론적이고 격리되게 유지하세요.
• 전역 변수보다 의존성 주입을 선호하세요.
• 전제 조건에는 ASSERT_*, 여러 검사에는 EXPECT_*를 사용하세요.
• CTest 레이블이나 디렉토리로 단위 테스트와 통합 테스트를 분리하세요.
• CI에서 메모리 및 경쟁 상태 탐지를 위해 샌타타이저를 실행하세요.

하지 말아야 할 것 (DON'T)

• 단위 테스트에서 실제 시간이나 네트워크에 의존하지 마세요.
• 조건 변수를 사용할 수 있는데 동기화에 sleep을 사용하지 마세요.
• 단순 값 객체를 과도하게 목(mock)하지 마세요.
• 중요하지 않은 로그에 대해 취약한 문자열 매칭을 사용하지 마세요.

일반적인 함정

• 고정된 임시 경로 사용 → 테스트마다 고유한 임시 디렉토리를 생성하고 정리하세요.
• 실제 시간에 의존 → 클록을 주입하거나 가짜 시간 소스를 사용하세요.
• 플래키 동시성 테스트 → 조건 변수/래치와 제한된 대기를 사용하세요.
• 숨겨진 전역 상태 → 픽스처에서 전역 상태를 재설정하거나 제거하세요.
• 과도한 목(mock) 사용 → 상태 유지 동작에는 페이크를 선호하고 상호작용만 목(mock)하세요.
• 샌타타이저 실행 누락 → CI에 ASan/UBSan/TSan 빌드를 추가하세요.
• 디버그 전용 빌드에 대한 커버리지 → 커버리지 타겟이 일관된 플래그를 사용하는지 확인하세요.

선택적 부록: 퍼징 / 속성 기반 테스팅

프로젝트가 이미 LLVM/libFuzzer 또는 속성 기반 테스팅 라이브러리를 지원하는 경우에만 사용하세요.

• libFuzzer: I/O가 적은 순수 함수에 가장 적합합니다.
• RapidCheck: 불변 속성을 검증하는 속성 기반 테스트입니다.

최소 libFuzzer 하네스 (의사 코드: ParseConfig를 대체하세요):

#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); // 프로젝트 함수
    return 0;
}

GoogleTest 대안

• Catch2: 헤더 온리, 표현력 풍부한 매처
• doctest: 경량, 최소 컴파일 오버헤드