第二十八章工程化：CMake、单元测试、版本控制

本章目标：学会组织真实项目——CMake 构建系统、单元测试框架、代码组织、CI 思维。写完代码只是开始，能"持续地、可验证地"维护才是工程师。

28.1 真实项目的目录结构（标准姿势）

myapp/
├── CMakeLists.txt        # 构建脚本

├── include/myapp/ # 头文件（公共接口）

│   └── math.hpp
├── src/                 # 源文件
│   ├── main.cpp
│   └── math.cpp
├── tests/               # 测试
│   ├── CMakeLists.txt
│   └── test_math.cpp
└── CMakePresets.json    # 可选的构建预设

规则：

头文件与实现分离（include/ 与 src/）
测试独立目录，测试代码不进生产
构建产物（build/）不进版本控制（.gitignore）

28.2 CMake 基础（必会）

# CMakeLists.txt
cmake_minimum_required(VERSION 3.20)
project(myapp CXX)                    # 项目名 + 语言

set(CMAKE_CXX_STANDARD 26)            # C++26
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)   # 强制
set(CMAKE_CXX_EXTENSIONS OFF)         # 不要 GNU 扩展

# 库 + 可执行文件
add_library(mymath src/math.cpp)      # 库
target_include_directories(mymath PUBLIC include)
add_executable(app src/main.cpp)
target_link_libraries(app PRIVATE mymath)

# 测试
enable_testing()
add_subdirectory(tests)

# tests/CMakeLists.txt
add_executable(test_math test_math.cpp)
target_link_libraries(test_math PRIVATE mymath)
add_test(NAME math COMMAND test_math)

构建命令（两种方式二选一）：

# 方式1：Makefile
cmake -B build -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
cmake --build build -j
ctest --test-dir build            # 跑测试

# 方式2：Ninja（更快，Termux 推荐）
cmake -B build -G Ninja -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
cmake --build build
ctest --test-dir build

常用变量：

-DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug/Release    # 调试/发布
-DCMAKE_CXX_FLAGS="-O2 -Wall"       # 附加编译参数
-DCMAKE_PREFIX_PATH=...             # 依赖查找路径

28.3 单元测试：三分钟上手

不用框架也能测（本书测试就是这么写的），但工程上推荐框架。最流行两个：

Catch2（单头文件，简单）
GoogleTest（功能全，生态大）

Catch2 极简用法（v3）：

#include <catch2/catch_test_macros.hpp>
#include "math.hpp"

TEST_CASE("加法", "[math]") {
    REQUIRE(add(2, 3) == 5);        // 断言：失败即中止本用例
    CHECK(mul(2, 3) == 6);          // 断言：失败继续跑
}

// 需要提供 main：
#define CATCH_CONFIG_MAIN            // 放在某个 cpp 顶部
#include <catch2/catch_all.hpp>

GoogleTest 极简用法：

#include <gtest/gtest.h>
TEST(MathTest, Add) {
    EXPECT_EQ(add(2, 3), 5);
}
int main(int argc, char** argv) {
    ::testing::InitGoogleTest(&argc, argv);
    return RUN_ALL_TESTS();
}

测试三原则：

测试"行为"不测试"实现"（改名重构不破坏测试）
每个测试独立可重复（不依赖顺序、环境）
边界条件必测：空、0、负数、极大、非法输入

28.4 测试金字塔与 TDD（概念）

[手工/UI 测试]      ← 少
[集成测试]           ← 中
[单元测试]           ← 多（最重要、最快）

TDD（测试驱动开发）：先写失败测试 → 写代码让它过 → 重构。不是所有人都用，但"写完立刻测"是底线。

覆盖率工具：llvm-cov（clang 自带）：

clang++ -std=c++26 -fprofile-instr-generate -fcoverage-mapping ...
llvm-profdata merge ...
llvm-cov report ...

28.5 一个完整示例项目（测试文件里有全套）

第28章测试目录里会生成一个完整 mini 项目：

mini_project/
├── CMakeLists.txt
├── include/mymath/math.hpp
├── src/math.cpp
└── tests/test_math.cpp

构建并测试：

cd mini_project
cmake -B build -G Ninja -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
cmake --build build
ctest --test-dir build --output-on-failure

亲手跑通它，你就掌握了现代 C++ 工程化的基本闭环。

28.6 调试：sanitizer 是你的保镖

AddressSanitizer（内存错误检测）：

clang++ -std=c++26 -fsanitize=address,undefined -g app.cpp -o app
./app    # 越界/悬空/泄漏/UB 立刻报告并定位

日常开发建议：Debug 构建永远开 ASan。它找不到真凶时的退路是 gdb（见附录 A）。

28.7 版本控制与协作（Git 速览）

git init
git add . && git commit -m "初始版本"
git log --oneline
git branch feature-x && git checkout feature-x
git merge feature-x

规范：

小步提交（一次提交一个逻辑改动）
提交信息写"为什么"
.gitignore 排除 build/ 和临时文件
发布打 tag：git tag v1.0.0

28.8 静态分析（编译器之外的把关人）

clang-tidy：风格 + 潜在 bug 检查

  clang-tidy src/math.cpp -- -std=c++26

clang-format：代码风格格式化（团队统一风格）

  clang-format -i src/*.cpp

配合 CMake：

add_compile_options(-Wall -Wextra -Werror)  # 警告当错误

28.9 包管理：vcpkg / Conan（了解）

vcpkg（微软）：C++ 的 npm

git clone https://github.com/microsoft/vcpkg
./vcpkg install fmt boost
# CMake 里自动 find_package

Conan（更灵活）：配置复杂，团队/公司用得多。知道"有这回事"即可，需要时再学。

28.10 陷阱清单

忘加 add_test → ctest 永远绿（测了个寂寞）
测试里断言全为 true → 假阳性（测试无效）
Debug 忘开 ASan → bug 放跑
构建产物提交进 git
发布忘开 -O2/-flto/-DNDEBUG
头文件没有 include guard / pragma once
测试依赖"当前目录"（用绝对路径或临时目录）
不跑 ctest 就认为"测试过了"

本章小结

CMake：add_library/add_executable/target_link_libraries/add_test
目录分离：include/src/tests/build
单元测试：Catch2 或 GoogleTest；边界必测
ASan 常开；clang-tidy/format 把关代码质量
git 小步提交；构建产物不入库
完整闭环：cmake 构建 → ctest 测试 → 发布 Release

练习题（配套测试：测试_第28章_工程化.sh）

跑通 mini 项目的构建和测试。
故意改错一个断言，看 ctest 如何报失败。
故意写越界代码，看 ASan 报告。
用 clang-format 格式化一个文件，观察变化。
git init 提交你的学习笔记。