Mock技术详解：C++与Java实现

Mock技术是单元测试中的核心工具，用于模拟外部依赖对象的行为，使测试专注于被测对象的逻辑验证。

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一、Mock技术核心原理

1. 三大核心功能

功能	作用	实现机制
行为模拟	预设方法的返回值/异常	Stubbing (打桩)
调用验证	检查方法是否按预期调用	调用计数和参数记录
交互控制	验证方法调用顺序和依赖关系	调用序列跟踪

2. 工作原理图解

[被测对象] → [Mock对象]
      ↓           ↓
(执行逻辑)   (预设行为)
      ↓           ↓
[验证结果] ← [调用记录]

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二、Java实现详解（Mockito框架）

1. 完整测试场景

// 依赖接口
interface PaymentGateway {
    boolean pay(BigDecimal amount, String currency);
    String getTransactionId();
}

// 被测服务
class OrderService {
    private final PaymentGateway gateway;
    
    public OrderService(PaymentGateway gateway) {
        this.gateway = gateway;
    }
    
    public String processOrder(Order order) {
        if (gateway.pay(order.getAmount(), "USD")) {
            return gateway.getTransactionId();
        }
        throw new PaymentFailedException();
    }
}

// 测试类
public class OrderServiceTest {
    @Test
    public void testSuccessfulPayment() {
        // 1. 创建Mock对象
        PaymentGateway mockGateway = mock(PaymentGateway.class);
        
        // 2. 行为模拟 (Stubbing)
        when(mockGateway.pay(any(BigDecimal.class), eq("USD")))
            .thenReturn(true);
        when(mockGateway.getTransactionId())
            .thenReturn("TX-123456");
        
        // 3. 注入依赖并执行
        OrderService service = new OrderService(mockGateway);
        String txId = service.processOrder(new Order(BigDecimal.valueOf(100)));
        
        // 4. 结果断言
        assertEquals("TX-123456", txId);
        
        // 5. 行为验证
        verify(mockGateway, times(1)).pay(BigDecimal.valueOf(100), "USD");
        verify(mockGateway, never()).refund(any()); // 验证未调用
    }
    
    @Test
    public void testFailedPayment() {
        PaymentGateway mockGateway = mock(PaymentGateway.class);
        when(mockGateway.pay(any(), anyString())).thenReturn(false);
        
        OrderService service = new OrderService(mockGateway);
        assertThrows(PaymentFailedException.class, () -> {
            service.processOrder(new Order(BigDecimal.valueOf(50)));
        });
    }
}

2. 高级特性应用

// 1. 验证调用顺序
InOrder inOrder = inOrder(mockGateway);
inOrder.verify(mockGateway).connect();
inOrder.verify(mockGateway).pay(any(), anyString());

// 2. 模拟异常抛出
when(mockGateway.getTransactionId())
    .thenThrow(new NetworkException("Timeout"));

// 3. 参数捕获
ArgumentCaptor<BigDecimal> amountCaptor = ArgumentCaptor.forClass(BigDecimal.class);
verify(mockGateway).pay(amountCaptor.capture(), anyString());
assertEquals(100, amountCaptor.getValue().intValue());

// 4. 动态返回值
when(mockGateway.getTransactionId())
    .thenAnswer(invocation -> "TX-" + System.currentTimeMillis());

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三、C++实现详解（Google Mock框架）

1. 完整测试场景

// 依赖接口
class Sensor {
public:
    virtual ~Sensor() = default;
    virtual double readTemperature() = 0;
    virtual bool calibrate() = 0;
};

// 被测控制器
class TemperatureController {
public:
    explicit TemperatureController(Sensor* sensor) : sensor_(sensor) {}
    
    bool checkOverheating() {
        return sensor_->readTemperature() > 100.0;
    }
    
    void emergencyShutdown() {
        if (checkOverheating()) {
            sensor_->calibrate();
            // 关闭系统逻辑...
        }
    }
private:
    Sensor* sensor_;
};

// Mock实现
#include <gmock/gmock.h>
class MockSensor : public Sensor {
public:
    MOCK_METHOD(double, readTemperature, (), (override));
    MOCK_METHOD(bool, calibrate, (), (override));
};

// 测试用例
#include <gtest/gtest.h>
TEST(TemperatureControllerTest, TriggersShutdownWhenOverheating) {
    // 1. 创建Mock对象
    MockSensor mockSensor;
    
    // 2. 行为模拟
    EXPECT_CALL(mockSensor, readTemperature())
        .WillOnce(Return(150.0));  // 模拟高温
    EXPECT_CALL(mockSensor, calibrate())
        .WillOnce(Return(true));
    
    // 3. 执行测试
    TemperatureController controller(&mockSensor);
    controller.emergencyShutdown();
    
    // 4. Google Mock自动验证所有EXPECT_CALL
}

TEST(TemperatureControllerTest, NoActionWhenNormalTemp) {
    MockSensor mockSensor;
    EXPECT_CALL(mockSensor, readTemperature())
        .WillRepeatedly(Return(80.0)); // 正常温度
    EXPECT_CALL(mockSensor, calibrate()).Times(0); // 禁止调用
    
    TemperatureController controller(&mockSensor);
    controller.emergencyShutdown();
}

2. 高级特性应用

// 1. 复杂参数匹配
EXPECT_CALL(mockDb, executeQuery(StartsWith("SELECT"), Contains("id=123")));

// 2. 调用序列控制
Sequence s1, s2;
EXPECT_CALL(mockComm, connect()).InSequence(s1);
EXPECT_CALL(mockComm, send(_, _)).InSequence(s1, s2);
EXPECT_CALL(mockComm, receive()).InSequence(s2);

// 3. 自定义动作
EXPECT_CALL(mockAlarm, trigger())
    .WillOnce(Invoke([](){
        std::cout << "Alarm triggered in test!";
        return true;
    }));

// 4. 设置期望值范围
EXPECT_CALL(mockSensor, readTemperature())
    .WillOnce(Return(95.0))
    .WillOnce(Return(105.0)); // 多次调用不同返回值

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四、Mock技术最佳实践

1. 选择正确的模拟对象

   • 只模拟跨边界依赖（数据库、网络、文件系统）
   • 避免模拟值对象和业务逻辑对象

2. 验证粒度控制

   // 正确：验证核心交互
   verify(mockGateway).pay(any());
   
   // 错误：过度验证实现细节
   verify(mockGateway, times(1)).generateLogEntry(); // 暴露内部实现
   

3. 保持测试独立性

   • 每个测试前重置Mock状态
   • 避免Mock对象在测试间共享

4. 命名规范

   // 好的命名
   MockDatabase mockDatabase;
   EXPECT_CALL(mockDatabase, connect());
   
   // 差的命名
   MockA mockA;
   EXPECT_CALL(mockA, func1());
   

5. 处理遗留代码

   • 对无接口的类使用PowerMock（Java）
   • 对C++非虚函数使用Seam技术

   // 通过模板实现非侵入式Mock
   template <typename TSensor>
   class TemperatureController {
   public:
     explicit TemperatureController(TSensor& sensor) : sensor_(sensor) {}
   private:
     TSensor& sensor_;
   };
   

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五、常见问题解决方案

问题类型	解决方案	代码示例
模拟静态方法	使用PowerMock (Java)	@PrepareForTest(StaticClass.class)
模拟构造函数	使用Mockito-inline (Java)	withSettings().useConstructor().defaultAnswer()
模拟final类	Mockito 4.0+支持	mock(FinalClass.class)
验证异步调用	结合CountDownLatch (Java)	verify(mock, timeout(1000)).method()
模拟系统时间	封装时间服务	mockClock.getTime()

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六、技术选型建议

指标	Java推荐	C++推荐	原因
易用性	Mockito	HippoMocks	简洁的API设计
功能完整性	PowerMock	Google Mock	支持静态方法/构造函数模拟
集成度	Spring Test	Google Test	框架原生支持
性能	Mockito	FakeIt	轻量级无代码生成
多语言支持	JMockit	CPPUnit+Mock	支持多种模拟方案

黄金法则：优先选择满足需求的轻量级框架，Mockito和Google Mock能满足90%的场景需求。