作者：mannywang，騰訊安全平臺后臺開發

研發效能是一個涉及面很廣的話題，它涵蓋了軟件交付的整個生命周期，涉及產品、架構、開發、測試、運維，每個環節都可能影響順暢、高質量地持續有效交付。在騰訊安全平臺部實際研發與測試工作中我們發現，代碼插樁隔離是單元測試工作中的一個強需求，然而業界現有 C/C++插樁工具由于使用上的局限性，運行效率和體驗仍有很大改善空間。本文介紹了團隊基于研效優化實踐而自研的動態插樁工具，旨在實現單元測試的輕量化運行，提高代碼覆蓋率，從而助力研發團隊的效能提升。

問題&思路

目前存在的 C/C++插樁工具，基本上都有各種使用上的局限，比如流行的 gmock，只能對 C++的虛函數進行插樁替換，針對非虛函數，則需要先對被測代碼進行改造；同時對于系統接口，C 風格的第三方庫代碼，也無能為力。

如果可以繞開編譯器，直接從底層入手，比如做機器指令修改，則可以不受語法及編譯器的束縛，直接達到目的，這樣在使用中就 幾乎不受限制。

原理

C/C++語言編譯后的可執行體，其實就是一個個的函數實現，每個函數的開頭就是它的入口。一個函數 A 調用另一個函數 B，就是代碼在執行過程中，控制流從函數 A 的某處跳到了函數 B 的開頭，所以如果想用一個新的函數 C 取代函數 B，可以在函數 B 的開頭用機器碼的形式寫入如下等價邏輯：

MOVQ?ADDRESS_OF_C?%RAX?//將函數C的地址放到寄存器RAX JMPQ?*RAX???????????//無條件跳轉到RAX所指向的位置

這樣，當控制流從函數 A 進入函數 B 的開始位置的時候，即會執行上述代碼，從而直接跳轉到 C 的開頭處。其最終效果，是所有對函數 B 的調用，都如同直接調用了函數 C。

基于上述原理，被插樁的代碼包括第三方庫，如 MySql、其他同事未完成的模塊、甚至是操作系統的 API 接口，如 read、select 等；

同時，樁函數不僅可以模擬原函數的返回值，實際上它作為一個普通的 C 函數，對原函數有完全的操作能力，比如可以訪問傳遞給原函數調用真實的參數、C++成員變量（針對對成員函數的模擬），給定任意的返回值，訪問全局變量、對調用進行計數等。

實際實現中，考慮到不同測試用例間的互不干擾，除了能執行函數替換，還需要在執行完一個測試時還原現場。這些具體細節可以直接參考代碼。

使用

對全局函數插樁

原始函數：

int?global(int?a,?int?b)?{return?a?+?b; }

對應的樁函數：

int?fake_global(int?a,?int?b)?{//校驗參數正確性，確定被測代碼傳入了正確的值assert(a?==?3);assert(b?==?2);//給一個返回值，配合被測代碼走特定分支return?a?-?b; }

插樁示例：

assert(global(3,?2)?==?5);//通過mock調用，完成函數動態替換 assert(0?==?mock(&global,?&fake_global));//調用mock后的函數，可以看到返回值變了 assert(global(3,?2)?==?1);//結束mock reset();//函數行為恢復 assert(global(3,?2)?==?5);

對普通成員函數插樁

被測代碼：

class?A?{ public:int?member(int?a)?{return?++a;}static?int?static_member(int?a)?{return?200;}virtual?int?virtual_member()?{return?400;} };

樁函數：

int?fake_member(A?*pTihs,?int?a)?{//由于是對成員函數插樁,這里需要這個this指針參數return?--a; }

插樁示例：

A?a; assert(a.member(100)?==?101);mock(&A::member,?fake_member); assert(a.member(100)?==?99);reset();assert(a.member(100)?==?101);

對靜態成員函數插樁

樁函數：

int?fake_static_member()?{//靜態函數不需要this指針return?300; }

插樁示例：

assert(A::static_member(200)?==?200);mock(&A::static_member,?fake_static_member); assert(A::static_member(100)?==?300);reset();assert(A::static_member(200)?==?200);

對虛函數插樁

樁函數：

int?fake_virtual_member(A?*pThis)?{//虛函數同普通的成員函數由于,同樣需要this指針return?500; }

插樁示例：

A?a; assert(a.virtual_member()?==?400);//虛函數mock需要多傳一個相關類的對象，任意一個對象即可，跟實際代碼中的對象沒有關系 A?a_obj; mock(&A::virtual_member,?fake_virtual_member,?&a_obj); assert(a.virtual_member()?==?500);reset(); assert(a.virtual_member()?==?400);

對系統及第三方庫函數插樁

樁函數：

int?fake_write(int,?char*,?int)?{return?100; }

插樁示例：

//直接寫入一個無效的文件描述符，會失敗 assert(write(5,?"hello",?5)?==?-1);//來一個假的wirte mock(write,?fake_write); //模擬調用成功 assert(write(5,?"hello",?5)?==?100);reset();assert(write(5,?"hello",?5)?==?-1);

可以看到，對系統函數的 mock,其實跟普通的全局函數并無兩樣，第三方庫函數也是同理。

使用限制&注意事項

• 目前支持 X86_64 平臺上的 Linux、MacOS 系統，如有需求，Windows 和其它硬件平臺，如 X86_32、ARM，也可在短期內支持。

• MacOS 下，需要在執行前對單測可執行文件做以下修改：

printf?'\x07'?|?dd?of=<ut_executable>?bs=1?seek=160?count=1?conv=notrunc

• 顯然，這種方法對內聯函數無效，不過對于單元測試來說，可以關閉內聯，同時也建議關閉其它編譯器優化。

• 可以使用-fno-access-control 編譯你的測試代碼，可以使 g++關閉 c++成員的訪問控制（即 protected 及 private 不再生效）。

項目地址

https://github.com/wangyongfeng5/lmock

結語

持續改進是研效工具平臺發展的必經之路，歡迎感興趣的同學與我們交流探討，共同助力測試效能的優化。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的效能优化实践：C/C++单元测试万能插桩工具的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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