Rust 测试：Criterion 基准测试与集成测试

在 Rust 中，测试主要分为三类：

1. 单元测试：测试单个模块内部功能（通常写在 src/ 文件中）
2. 集成测试：测试库的公共 API（位于 tests/ 目录）
3. 基准测试：测量代码性能（使用如 Criterion 的库）

一、Criterion 基准测试

Criterion.rs 是 Rust 最流行的基准测试库，提供统计学支持的精确测量。

使用步骤：

1. 添加依赖（Cargo.toml）：

[dev-dependencies]
criterion = "0.5"

[[bench]]
name = "my_bench"
harness = false

1. 创建基准文件（benches/my_bench.rs）：

use criterion::{black_box, criterion_group, criterion_main, Criterion};

fn fibonacci(n: u64) -> u64 {
    match n {
        0 => 1,
        1 => 1,
        _ => fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2),
    }
}

fn bench_fib(c: &mut Criterion) {
    c.bench_function("fib 20", |b| b.iter(|| fibonacci(black_box(20))));
}

criterion_group!(benches, bench_fib);
criterion_main!(benches);

1. 运行基准测试：

cargo bench

Criterion 特性：

• 自动生成 HTML 报告（在 target/criterion/）
• 统计显著性分析
• 性能趋势对比
• 支持异步代码测试

二、集成测试 (Integration Tests)

用于测试库的公共 API，每个测试文件都是独立 crate。

实现步骤：

1. 创建测试目录：

mkdir tests

1. 编写测试文件（tests/integration_test.rs）：

// 导入被测库
use my_crate::public_api;

#[test]
fn test_public_interface() {
    let result = public_api(2, 3);
    assert_eq!(result, 5);
}

// 测试错误场景
#[test]
#[should_panic(expected = "Out of bounds")]
fn test_error_case() {
    public_api(100, 200);
}

1. 运行测试：

cargo test --test integration_test

集成测试特点：

特性	说明
独立编译单元	每个 tests/*.rs 是独立 crate
仅访问公共 API	无法测试私有函数
支持测试组织结构	可使用 tests/common/mod.rs 共享工具函数
模拟外部依赖	可与 mockall 等库配合使用

三、与单元测试对比

// 单元测试示例 (src/lib.rs)
#[cfg(test)]
mod tests {
    #[test]
    fn test_private_function() {
        assert_eq!(internal_logic(), 42); // 可测试私有函数
    }
}

测试类型	位置	访问权限	典型用途
单元测试	src/**/*.rs	私有+公共	模块内部逻辑验证
集成测试	tests/*.rs	仅公共 API	端到端功能验证
基准测试	benches/*.rs	需显式导入	性能优化验证

最佳实践

1. Criterion 使用建议：

   • 用 black_box 防止编译器过度优化
   • 基准测试至少运行 5 秒以获得稳定结果
   • 使用 cargo criterion -- --save-baseline master 保存基准

2. 集成测试技巧：

   // 共享工具模块 (tests/common/mod.rs)
   pub fn setup() -> TestContext {
       // 初始化测试环境
   }
   
   // 测试文件 (tests/api_test.rs)
   mod common;
   use common::setup;
   

3. 测试覆盖率：

   # 安装工具
   cargo install cargo-tarpaulin
   
   # 运行测试覆盖
   cargo tarpaulin --tests --ignore-tests
   

关键区别：Criterion 专注于代码性能指标（如执行时间、吞吐量），而集成测试验证功能正确性。两者通常结合使用：先通过集成测试确保功能正确，再用 Criterion 优化热点路径性能。