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单元测试又称模块测试，是针对软件设计的最小单位——程序模块，进行正确性检验的测试工作。其目的在于发现各模块内部可能存在的各种差错。单元测试需要从程序的内部结构出发设计测试用例。多个模块可以平行地独立进行单元测试。
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在进行单元测试时，测试者需要依据详细设计说明书和源程序清单，了解该模块的I/O条件和模块的逻辑结构，主要采用白盒测试的测试用例，辅之以黑盒测试的测试用例，使之对任何合理的输入和不合理的输入，都能鉴别和响应。这要求对所有的局部的和全局的数据结构、外部接口和程序代码的关键部分，都要进行桌面检查和严格的代码审查。
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在单元测试中进行的测试工作如下图所示，需要在五个方面对所测模块进行检查。
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在单元测试的开始，应对通过所测模块的数据流进行测试。如果数据不能正确地输入和输出，就谈不上进行其他测试。为此，对模块接口可能需要如下的测试项目：调用所测模块时的输入参数与模块的形式参数在个数、属性、顺序上是否匹配；所测模块调用子模块时，它输入给子模块的参数与子模块中的形式参数在个数、属性、顺序上是否匹配；是否修改了只作输入用的形式参数；输出给标准函数的参数在个数、属性、顺序上是否正确；全局量的定义在各模块中是否一致；限制是否通过形式参数来传送。
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当模块通过外部设备进行输入/输出操作时，必须附加如下的测试项目：文件属性是否正确；OPEN语句与CLOSE语句是否正确；规定的I/O格式说明与I/O语句是否匹配；缓冲区容量与记录长度是否匹配；在进行读写操作之前是否打开了文件；在结束文件处理时是否关闭了文件；正文书写/输入错误，以及I/O错误是否检查并做了处理。
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模块的局部数据结构是最常见的错误来源，应设计测试用例以检查以下各种错误：不正确或不一致的数据类型说明；使用尚未赋值或尚未初始化的变量；错误的初始值或错误的缺省值；变量名拼写错或书写错；不一致的数据类型。可能的话，除局部数据之外的全局数据对模块的影响也需要查清。
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由于通常不可能做到穷举测试，所以在单元测试期间要选择适当的测试用例，对模块中重要的执行路径进行测试。应当设计测试用例查找由于错误的计算、不正确的比较或不正常的控制流而导致的错误。对基本执行路径和循环进行测试，可以发现大量的路径错误。
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常见的不正确计算有：运算的优先次序不正确或误解了运算的优先次序；运算的方式错，即运算的对象彼此在类型上不相容；算法错；初始化不正确；运算精度不够；表达式的符号表示不正确。
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常见的比较和控制流错误有：不同数据类型的相互比较；不正确的逻辑运算符或优先次序；因浮点数运算精度问题而造成的两值比较不等；关系表达式中不正确的变量和比较符；“差1”错，即不正确地多循环一次或少循环一次；错误的或不可能的循环中止条件；当遇到发散的迭代时不能中止的循环；不适当地修改了循环变量等。
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比较完善的模块设计要求能预见出错的条件，并设置适当的出错处理，以便在一旦程序出错时，能对出错程序重做安排，保证其逻辑上的正确性。这种出错处理也应当是模块功能的一部分。若出现下列情况之一，则表明模块的错误处理功能包含有错误或缺陷：出错的描述难以理解；出错的描述不足以对错误定位，不足以确定出错的原因；显示的错误与实际的错误不符；对错误条件的处理不正确；在对错误进行处理之前，错误条件已经引起系统的干预等。
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在边界上出现错误是常见的。例如，在一段程序内有一个n次循环，当到达第n次重复时就可能会出错。另外，在取最大值或最小值时也容易出错。因此，要特别注意数据流、控制流中刚好等于、大于或小于确定的比较值时出错的可能性。对这些地方要仔细地选择测试用例，认真加以测试。
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此外，如果对模块运行时间有要求的话，还要专门进行关键路径测试，以确定最坏情况下和平均意义下影响模块运行时间的因素。这类信息对进行性能评价是十分有用的。
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虽然模块测试通常是由编写程序的人自己完成的，但是项目负责人应当关心测试的结果。所有测试用例和测试结果都是模块开发的重要资料，必须妥善保存。
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总之，模块测试针对的程序规模较小，易于查错；发现错误后容易确定错误的位置，易于排错，同时多个模块可以并行测试。做好模块测试可为后续的测试打下良好的基础。
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通常单元测试是在编码阶段进行的。在源程序代码编制完成，经过评审和验证，确认没有语法错误之后，就开始进行单元测试的测试用例设计。利用设计文档，设计可以验证程序功能、找出程序错误的多个测试用例。对于每一组输入，应有预期的正确结果。
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模块并不是一个独立的程序，在考虑测试模块时，同时要考虑它和外界的联系，用一些辅助模块去模拟与所测模块相联系的其他模块。这些辅助模块分为两种：
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驱动模块（driver）——相当于所测模块的主程序。它接收测试数据，把这些数据传送给所测模块，最后再输出实测结果。
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桩模块（stub）——也叫做存根模块。用以代替所测模块调用的子模块。桩模块可以做少量的数据操作，不需要把子模块所有功能都带进来，但不允许什么事情也不做。
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所测模块、与它相关的驱动模块及桩模块共同构成了一个“测试环境”，如下图所示。驱动模块和桩模块的编写会给测试带来额外的开销。因为它们在软件交付时不作为产品的一部分一同交付，而且它们的编写需要一定的工作量。特别是桩模块，不能只简单地给出“曾经进入”的信息。为了能够正确地测试软件，桩模块可能需要模拟实际子模块的功能，这样，桩模块的建立就不是很轻松了。
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模块的内聚程度高，可以简化单元测试过程。如果每一个模块只完成一种功能，则需要的测试用例数目将明显减少，模块中的错误也容易被预测和发现。
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当然，如果一个模块要完成多种功能，且以程序包（package）的形式出现的也不少见，这时可以将这个模块看成由几个小程序组成。必须对其中的每个小程序先进行单元测试要做的工作，对关键模块还要做性能测试。对支持某些标准规程的程序，更要着手进行互联测试。有人把这种情况特别称为模块测试，以区别单元测试。
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