ROS 2边学边练（43）-- 利用GTest写一个基本测试（C++）_ros2 gtest

前言

        在ROS（Robot Operating System）中，gtest（Google Test）是一个广泛使用的C++测试框架，用于编写和执行单元测试。这些测试可以验证ROS节点、服务和消息等的正确性和性能。

        如果我们需要在写的包中添加测试，gtest是一个好的选择。在ROS中使用gtest进行单元测试的基本步骤如下：

1. 编写测试代码：首先，我们需要编写使用gtest框架的C++测试代码。这些代码通常位于一个单独的ROS包中，并包含定义测试用例的TEST宏。
2. 配置CMakeLists.txt：在我们的ROS包的CMakeLists.txt文件中，需要添加必要的gtest依赖项和编译指令。这通常包括find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS roscpp rospy gtest)来查找gtest包，以及catkin_add_gtest来添加gtest测试目标。
3. 构建和运行测试：使用ROS的构建系统（如catkin或colcon）来构建包。构建完成后，可以使用rostest或ctest等命令来运行gtest测试。

 动动手

        如果我们需要在一个基于ament_cmake的功能包中添加单元测试，可以借鉴如下方法流程。

功能包配置

源代码

        我们从test/tutorial_test.cpp里面的代码开始。

#include <gtest/gtest.h>
 
TEST(package_name, a_first_test)
{
  ASSERT_EQ(4, 2 + 2);
}
 
int main(int argc, char** argv)
{
  testing::InitGoogleTest(&argc, argv);
  return RUN_ALL_TESTS();
}

package.xml

        添加下面的语句到package.xml

<test_depend>ament_cmake_gtest</test_depend>

CMakeLists.txt

if(BUILD_TESTING)
  find_package(ament_cmake_gtest REQUIRED)
  ament_add_gtest(${PROJECT_NAME}_tutorial_test test/tutorial_test.cpp)
  target_include_directories(${PROJECT_NAME}_tutorial_test PUBLIC
    $<BUILD_INTERFACE:${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/include>
    $<INSTALL_INTERFACE:include>
  )
  ament_target_dependencies(${PROJECT_NAME}_tutorial_test
    std_msgs
  )
  target_link_libraries(${PROJECT_NAME}_tutorial_test name_of_local_library)
endif()

        我们将测试代码涵括在if/endif语句块中，当宏BUILD_TESTING为真时，即编译测试模块。其中的ament_add_gtest函数很像add_executable，所以我们同样需要调用target_include_directories,ament_target_dependencies和target_link_libraries来包括我们需要的文件。

构建运行

        参见上一篇博文。其实在之前创建的ros2_ws工作空间路径下（我们已经在此空间下练习了很多例子），我们可以直接运行colcon test命令，就会将该工作空间下的所有包都执行了次单元测试(如果需要单独测试某个包也可以colcon test --package-select <package_name>)，也可以通过上一篇博文中的colcon test-result --all命令进行查看结果。

        在工作空间根路径下的build文件夹下，对应的包路径下会生成Testing文件夹，里面包含了一些单元测试的结果或记录文件。

 

        本篇稍显粗略，不够详实。一个完整的例子可以参考这里，将新包放入到工作空间src路径下，依次执行如下操作：

编译构建

$colcon build --package-select minimal_integration_test

运行测试用例

$colcon test --packages-select minimal_integration_test

具体例子 

        此例参考了cnblog上面的一篇博文。

        我们在前面的教程中已经创建过tutorial_interfaces功能包及cpp_srvcli包，我们利用它来实现单元测试用例（基于客户端/服务端的服务通信方式）。

创建service包 （可选）

        如果之前的cpp_srvcli包还在的话，此service包可以不用再创建。

        进入工作空间src路径下，执行如下命令创建service包：

$ros2 pkg create --build-type ament_cmake --license Apache-2.0 service --dependencies rclcpp tutorial_interfaces

 src/service.cpp

        在service包的src路径下创建service.cpp文件，内容如下：

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "tutorial_interfaces/srv/add_three_ints.hpp"                                        // CHANGE
 
#include <memory>
 
void add(const std::shared_ptr<tutorial_interfaces::srv::AddThreeInts::Request> request,     // CHANGE
          std::shared_ptr<tutorial_interfaces::srv::AddThreeInts::Response>       response)  // CHANGE
{
  response->sum = request->a + request->b + request->c;                                      // CHANGE
  RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Incoming request\na: %ld" " b: %ld" " c: %ld",  // CHANGE
                request->a, request->b, request->c);                                         // CHANGE
  RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "sending back response: [%ld]", (long int)response->sum);
}
 
int main(int argc, char **argv)
{
  rclcpp::init(argc, argv);
 
  std::shared_ptr<rclcpp::Node> node = rclcpp::Node::make_shared("add_three_ints_server");   // CHANGE
 
  rclcpp::Service<tutorial_interfaces::srv::AddThreeInts>::SharedPtr service =               // CHANGE
    node->create_service<tutorial_interfaces::srv::AddThreeInts>("add_three_ints",  &add);   // CHANGE
 
  RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Ready to add three ints.");                     // CHANGE
 
  rclcpp::spin(node);
  rclcpp::shutdown();
}
 

 创建client包

        进入工作空间根路径src，执行如下命令创建client包：

$ros2 pkg create --build-type ament_cmake --license Apache-2.0 client --dependencies rclcpp tutorial_interfaces

 

include/client/client.h 

        在client包的include路径，创建client.h,内容如下：

// client.h
#ifndef CLIENT_H
#define CLIENT_H
 
class ClientHandler
{
    public:
        ClientHandler();
        ~ClientHandler();
        bool sendParams(int argc, char **argv);
};
#endif

include/client/params.h 

// params.h
#ifndef PARAMS_H
#define PARAMS_H
 
extern int my_argc;
extern char** my_argv;
 
#endif

src/client.cpp 

// client.cpp
#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "tutorial_interfaces/srv/add_three_ints.hpp"                                    
#include "../include/client/client.h"
 
#include <chrono>
#include <cstdlib>
#include <memory>
#include<vector>
using namespace std;
 
using namespace std::chrono_literals;
 
// 构造函数
ClientHandler::ClientHandler(){
 
}
 
// 析构函数
ClientHandler::~ClientHandler(){
  
}
 
 
// 普通函数——发送参数
bool ClientHandler::sendParams(int argc, char **argv)
{
  rclcpp::init(argc, argv);
 
  if (argc != 4) {
      RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "usage: add_three_ints_client X Y Z");      
      return false;
  }
 
  std::shared_ptr<rclcpp::Node> node = rclcpp::Node::make_shared("add_three_ints_client");  
  rclcpp::Client<tutorial_interfaces::srv::AddThreeInts>::SharedPtr client =               
    node->create_client<tutorial_interfaces::srv::AddThreeInts>("add_three_ints");         
 
  auto request = std::make_shared<tutorial_interfaces::srv::AddThreeInts::Request>();      
  request->a = atoll(argv[1]);
  request->b = atoll(argv[2]);
  request->c = atoll(argv[3]);                                                             
 
  while (!client->wait_for_service(1s)) {
    if (!rclcpp::ok()) {
      RCLCPP_ERROR(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Interrupted while waiting for the service. Exiting.");
      return false;
    }
    RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "service not available, waiting again...");
  }
 
  auto result = client->async_send_request(request);
  // Wait for the result.
  if (rclcpp::spin_until_future_complete(node, result) ==
    rclcpp::FutureReturnCode::SUCCESS)
  {
    RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Sum: %ld", result.get()->sum);
  } else {
    RCLCPP_ERROR(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Failed to call service add_three_ints");
  }
 
  rclcpp::shutdown();
  return true;
}

src/main.cpp

// main.cpp
#include "../include/client/client.h"
 
int main(int argc, char **argv){
    // 注意这里: C++ 编译器把不带参数的构造函数优先认为是一个函数声明
    ClientHandler client{};
    client.sendParams(argc, argv);
}

单元测试文件

test/clientTest.cpp 

        client包根路径下创建test文件夹。

// clientTest.cpp
#include "gtest/gtest.h"
 
#include "../include/client/client.h"
#include "../include/client/params.h"
 
TEST(ClientHandler, sendParams)
{
    // 测试的时候的交互方式也不能改变，既然client实际的效果是在命令行输入参数,
    // 那这里也是这样的效果
    ClientHandler client{};
    EXPECT_EQ(true, client.sendParams(my_argc, my_argv));
}

test/main.cpp

// main.cpp
#include <gtest/gtest.h> 
// #include <gmock/gmock.h>
 
int my_argc;
char** my_argv;
 
int main(int argc, char** argv) {
    // ::testing::InitGoogleMock(&argc, argv);
    // 注意这里使用的是Gtest，不是Gmock
    ::testing::InitGoogleTest(&argc, argv); 
    // Runs all tests using Google Test.
    my_argc = argc;
    my_argv = argv;
    return RUN_ALL_TESTS();
}

CMakeLists.txt 

cmake_minimum_required(VERSION 3.8)
project(client)
 
if(CMAKE_COMPILER_IS_GNUCXX OR CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "Clang")
  add_compile_options(-Wall -Wextra -Wpedantic)
endif()
 
# find dependencies
find_package(ament_cmake REQUIRED)
find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(tutorial_interfaces REQUIRED)
 
set(SRC
  src/client.cpp
  src/main.cpp
)
 
add_executable(client 
              ${SRC}
              )
ament_target_dependencies(client
  rclcpp tutorial_interfaces)
 
# 5. 添加当前项目中的头文件 注意有顺序的要求，不能乱
target_include_directories(client
    PRIVATE 
    ${PROJECT_SOURCE_DIR}/include
)
 
# 如果是测试代码
if(BUILD_TESTING)
  find_package(ament_lint_auto REQUIRED)
  # 加入gtest包
  find_package(ament_cmake_gtest REQUIRED)
  # the following line skips the linter which checks for copyrights
  # uncomment the line when a copyright and license is not present in all source files
  # set(ament_cmake_copyright_FOUND TRUE)
  # the following line skips cpplint (only works in a git repo)
  # uncomment the line when this package is not in a git repo
  # set(ament_cmake_cpplint_FOUND TRUE)
  set(TEST
      test/main.cpp
      test/clientTest.cpp
    )
  # 生成加入gtest的test执行文件。${PROJECT_NAME}_test为自定义的test执行文件名称；test/demo_test.cpp为test源码路径
  # 注意这里导包的时候，不再需要将 .h 文件导入进来，因为在 client.cpp中已经导入了我们需要使用到的.h文件
  # 另外，注意这里不能导入开发代码中的 main.cpp，因为已经有了一个测试的main.cpp
  ament_add_gtest(${PROJECT_NAME}_test ${TEST} src/client.cpp)
  # 务必注意这里需要添加的依赖包
  ament_target_dependencies(${PROJECT_NAME}_test rclcpp tutorial_interfaces)
 
  install(TARGETS
          ${PROJECT_NAME}_test
          # 将生成的test执行文件安装到DESTINATION后的路径下
          DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})                                       
  ament_lint_auto_find_test_dependencies()
endif()
 
install(TARGETS
  client
  DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})
 
# 设置编译构建类型为 调试 模式
set(CMAKE_BUILD_TYPE Debug)   
# 生成覆盖率文件
set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} --coverage")
set(CMAKE_C_FLAGS "${CMAKE_C_FLAGS} --coverage")
 
ament_package()

package.xml

<?xml version="1.0"?>
<?xml-model href="http://download.ros.org/schema/package_format3.xsd" schematypens="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"?>
<package format="3">
  <name>client</name>
  <version>0.0.0</version>
  <description>client test</description>
  <maintainer email="mike@qq.com">zhi</maintainer>
  <license>TODO: License declaration</license>
 
  <buildtool_depend>ament_cmake</buildtool_depend>
 
  <depend>rclcpp</depend>
  <depend>tutorial_interfaces</depend>
 
  <test_depend>ament_lint_auto</test_depend>
  <test_depend>ament_lint_common</test_depend>
 
  <export>
    <build_type>ament_cmake</build_type>
  </export>
</package>

构建client包

        回到工作空间根路径，构建client.

$colcon build --packages-select client

         在工作空间根路径build/client路径下(install/client/lib路径下同样生成)，如果正常，会有client_test可执行文件生成。

 运行测试

        我们可以直接运行前面创建的cpp_srvcli包里的server节点作为服务端（或者构建上面写的service包）。另开一个终端，运行之前记得配置下环境（source install/setup.bash）。

$ros2 run cpp_srvcli server

         再运行client_test。

$./build/client/client_test 23 3 5

        上图右侧的终端窗口可以看到测试PASSED，至此一个客户端的单元测试完成。 

       对于单元测试的知识点其实挺多的，一时确实无法都掌握，一篇内容也不能都概括，当前我们也只需了解一个基本的用法即可，后面随着实际碰到的问题越来越多，再根据具体的问题钻研下去，掌握到的知识点也就会水涨船高了。

本篇完。