In un precedente articolo abbiamo visto le impostazioni di base in Xcode per la scrittura dei test unitari: abbiamo evidenziato inoltre l’importanza e l’utilità intrinseca dei test, attraverso un semplice esempio riguardante un caso d’uso tipico. Nel presente articolo vedremo alcune tecniche un po’ più avanzate:

• implementeremo uno Stub Object in Swift;
• analizzeremo un altro caso di test asincrono;

Lo Stub Object

Uno Stub Object (per il resto dell’articolo, stub) rappresenta un’istanza di una certa classe, la quale mima una vera classe presente nella nostra code base: l’istanza si comporta esattamente come una equivalente istanza della classe mimata, tranne alcune differenze, ad esempio alcuni metodi possono essere sovrascritti per poter fornire un determinato output utile per i test. Nell’implementare uno stub non è generalmente consentito modificare dettagli di logica interni relativi alla classe che stiamo mimando, ma è possibile sovrascrivere metodi pubblici, in modo che essi ritornino i valori che vogliamo, oppure che svolgano una particolare procedura necessaria per i test. Tanto per fare un esempio pratico potremmo stubbare una classe che ci fornisce la data precisa in un certo istante, in modo da ottenere una data diversa da usare nei test, oppure un client che chiede a un server delle informazioni su un utente, in modo da far ritonare al client stub delle informazioni arbitrarie.

Gli stub fanno parte di una classe di strumenti che sono usati nell’ambito dello Unit Testing per verificare che determinati oggetti rispettino precisi contratti stipulati tra essi: il classico articolo di Martin Fowler Mocks Aren’t Stubs è solitamente considerato un buon punto di riferimento per comprendere i possibili strumenti usati a tal scopo. L’idea è che, dal punto di vista dei nostri test unitari, un oggetto risulterà essere correttamente implementato se avrà rispettato la sua parte del contratto stipulato con altri oggetti, con la seguente conseguenza:

se l’oggetto A è correttamente implementato e l’oggetto B rispetta il contratto stipulato con l’oggetto A, allora anche l’oggetto B è correttamente implementato

Gli stub permettono di disaccoppiare le logiche di funzionamento degli oggetti perché, se abbiamo verificato il corretto funzionamento dell’oggetto A (attraverso appropriati test unitari), possiamo usare uno stub di tale oggetto per verificare il corretto funzionamento dell’oggetto B nei suoi confronti, eliminando qualsiasi dipendenza di B nei confronti della logica interna dell’oggetto A. L’obiettivo è scrivere quindi dei test veramente unitari per l’oggetto B, anche se questo dipende dall’oggetto A. Il classico talk Integration Tests are a scam di J.B. Rainsberger fornisce un punto di vista particolarmente “radicale” sull’argomento.

Il classico caso in cui uno stub risulta utile è quello del client che fa una richiesta al server: se la logica di implementazione del server è sotto il nostro controllo possiamo testare che il server rispetti il contratto con i suoi client generando degli stub di questi per ogni possibile richiesta; d’altra parte, per verificare che i client siano in grado di gestire correttamente ogni possibile risposta del server, possiamo generare uno stub del server che fornisca ogni possibile risposta: in questo modo possiamo testare in maniera disaccoppiata client e server.

Un caso d’uso: Location Services

Il caso d’uso che tratteremo è relativo ai servizi di localizzazione, uno strumento frequentemente utilizzato dagli sviluppatori iOS e in generale da chi sviluppa su smartphone: per tali sviluppatori, quello dei servizi di localizzazione è un tema molto importante, fonte di complessità e sfide che caratterizzano tipicamente il mondo mobile. Non è infatti possibile ottenere l’attuale posizione GPS in un preciso momento: l’ultima posizione GPS disponibile si basa su una regressione, effettuata dal sistema, dei dati ricevuti da diversi sensori - antenne wifi, cellulare e ovviamente GPS, e spesso anche i sensori di movimento - in diversi momenti; il sistema può inviare notifiche alla nostra app in qualsiasi momento, ed essa deve essere in grado di “digerire” correttamente i dati ricevuti, interpretando anche eventuali errori. Scrivere dei test unitari per verificare che la nostra app geolocalizzata funzioni correttamente può presentare non poche difficoltà: non possiamo infatti affidarci ai “veri” sensori del dispositivo, perché probabilmente i test verranno eseguiti sul simulatore, oppure magari su un vero iPhone la cui ricezione GPS in un certo istante potrà essere più o meno buona, ma essa rappresenterà un solo caso possibile rispetto a tanti. Vogliamo essere in grado di testare ogni possibile risposta del sistema GPS del dispositivo, dall’assenza totale di segnale al cambiamento frequente di posizione, alla mancata autorizzazione da parte dell’utente per l’accesso ai servizi di localizzazione.

Supponiamo ad esempio che una certa classe, diciamo un UIViewController, esegua delle azioni che dipendono dalla posizione ricevuta. L’idea è quella di testare che il nostro UIViewController si comporti “bene” rispetto alle notifiche del sistema di localizzazione. Il progetto Xcode contenente il codice mostrato in questo articolo è disponibile su GitHub: si consiglia di scaricare il progetto e tenerlo a riferimento per il resto dell’articolo.

Invece di usare direttamente CLLocationManager per ottenere la posizione GPS del dispositivo, implementeremo una semplice classe che fungerà da wrapper, chiamata LocationCoordinator: un’istanza di tale classe potrà essere configurata con due semplici funzioni onUpdate e onFailure, in modo da evitare l’implementazione dei vari metodi di callback del protocol CLLocationManagerDelegate. L’idea è quella di passare un’istanza di LocationCoordinator al nostro UIViewController: quest’ultimo quindi imposterà le due funzioni di callback indicate sopra, in modo da modificare il suo stato e i dati mostrati all’utente.

Di seguito è riportato il codice della classe LocationCoordinator:

import Foundation
import CoreLocation

public class LocationCoordinator: NSObject {
    
    public let locationManager: CLLocationManager
    
    public override init() {
        locationManager = CLLocationManager()
        super.init()
        locationManager.delegate = self
        locationManager.requestWhenInUseAuthorization()
    }
    
    private var updated: (CLLocation -> ())?
    public func onUpdate(value: CLLocation -> ()) {
        updated = value
    }
    
    private var failed: (NSError -> ())?
    public func onFailure(value: NSError -> ()) {
        failed = value
    }
}

extension LocationCoordinator: CLLocationManagerDelegate {
    
    public func locationManager(manager: CLLocationManager!, didUpdateLocations locations: [AnyObject]!) {
        let location = locations.last as! CLLocation
        if let updated = self.updated {
            updated(location)
        }
    }
    
    public func locationManager(manager: CLLocationManager!, didFailWithError error: NSError!) {
        if let failed = self.failed {
            failed(error)
        }
    }
    
    public func locationManager(manager: CLLocationManager!, didChangeAuthorizationStatus status: CLAuthorizationStatus) {
        switch status {
        case .AuthorizedWhenInUse:
            locationManager.startUpdatingLocation()
        default:
            break
        }
    }
}

Come si può vedere, la classe è configurata per richiedere l’autorizzazione a leggere la posizione GPS del dispositivo quando l’app è in uso, ma non sarà necessario fornire questa autorizzazione per i test: creeremo infatti uno stub che genererà posizioni arbitrarie, senza usare i sensori di sistema. Si ricorda inoltre che usando iOS SDK >= 8.0, per usare i servizi di localizzazione sarà necessario inserire nel file Info.plist una chiave che descrive il motivo per il quale l’app chiede l’autorizzazione ad accedere a tali servizi:

Sebbene l’aggiunta della chiave NSLocationWhenIsUseUsageDescription non sia necessaria per eseguire i test, senza questa chiave l’app non potrà funzionare in iOS8 nel caso in cui provassimo ad avviarla normalmente.

La classe di cui vogliamo testare il corretto funzionamento è indicata nel progetto con il nome di LocationViewController, e il suo scopo è mostrare le attuali coordinate GPS dell’utente o mostrare un messaggio in caso di errore: un sua istanza è, in ogni instante, caratterizzata da un LocationState che rappresenta in quale stato essa si trova rispetto alla ricerca della posizione GPS:

public enum LocationState {
    case Searching
    case Found
    case Error(CLError)
}

Implementiamo i test

Per testare la classe verificheremo che, a seconda dei diversi possibili risultati ottenibili dalla ricerca della posizione GPS, un’istanza di essa aggiorni correttamente il suo stato attuale. È quindi necessario fare in modo che un’istanza del LocationCoordinator ignori le notifiche ricevute da CLLocationManager, in modo da forzare posizioni ed errori comodi per i nostri test; per farlo dichiariamo una sottoclasse di LocationCoordinator chiamata STUB_LocationCoordinator che modifichi la parent class nel seguente modo:

• ignora le notifiche del locationManager:

locationManager.stopUpdatingLocation()
locationManager.delegate = nil

• dichiara 4 funzioni per forzare posizione GPS e/o errori:

forceLocation
forceError
forceRandomDelayedLocations
forceDelayedErrorLocationUnknown

Ciascuna di queste funzioni genera le stesse notifiche che normalmente genererebbe CLLocationManager. Le prime due funzioni, forceLocation e forceError forzano immediatamente una certa posizione GPS o un certo errore, mentre la funzione forceRandomDelayedLocations genera una serie di posizioni casuali dopo un certo ritardo e a intervalli regolari, e la funzione forceDelayedErrorLocationUnknown forza un errore del tipo .LocationUnknown dopo un certo ritardo.

Prima di procedere con i test osserviamo che nel file AsyncTestingStubbingTests.swift c'è una sezione utility nella quale sono implementate alcune funzioni comode per rendere il codice dei test più espressivo. Ad esempio la funzione mainViewController ritorna l’istanza del LocationViewController utilizzata nell’interfaccia grafica nell’app. Il testing framework integrato in Xcode è chiamato XCTest, e per quanto adeguatamente completo nelle sue funzionalità, esso è principalmente basato su funzioni del tipo XCTAssert che verificano che una qualche condizione sia vera, e se non lo è stampano in console un messaggio di errore passato alla stessa funzione XCTAssert nel momento in cui essa è chiamata: questo può portare alla scrittura di test verbosi e poco espressivi. Ci sono diverse librerie facilmente integrabili nei progetti Xcode che semplificano la scrittura dei nostri assert, come ad esempio Nimble, ma come si può vedere dalle poche funzioni di utility implementate nel progetto associato a questo articolo, basta poco per migliorare consistentemente la leggibilità dei nostri test.

A questo punto possiamo procedere all’implementazione dei test. Le funzioni testLocation e testError testano semplicemente che lo stato del mainViewController sia corretto prima e dopo la generazione di una posizione GPS e di un errore arbitrari. Tuttavia questi test non permettono di rappresentare correttamente un caso d’uso tipico, perché le notifiche sulla posizione GPS posso arrivare in qualsiasi momento, e il LocationViewController deve essere in grado di reagire alle notifiche nel momento in cui queste si presentano. Per simulare la cosa useremo due test asincroni, cioè test il cui risultato non è ottenuto immediatamente, ma dopo un certo tempo: l’idea è quella di “mettere in pausa” i test per un certo numero di secondi, finché non si verifica una certa condizione oppure non scade il tempo: in quest’ultimo caso il test verrà considerato fallito da XCTest perché la condizione attesa non si è verificata entro il tempo richiesto.

Riportiamo ad esempio il codice della funzione testDelayedLocation:

func testDelayedLocation() {
        if let vc = mainViewController() {
            let locationExpectation = expectationWithDescription("locationExpectation")
            let coordinator = STUB_LocationCoordinator()
            vc.showLocationWithCoordinator(coordinator)
            vc.locationState.assertState(.Searching)
            coordinator.forceRandomDelayedLocations(0.25, times:3)
            after(0.5) {
                vc.locationState.assertState(.Found)
                after(0.25) {
                    vc.locationState.assertState(.Found)
                    locationExpectation.fulfill()
                }
            }
            vc.locationState.assertState(.Searching)
            waitForExpectationsWithTimeout(1, handler: nil)
        }
        else {
            fail("this will never happen")
        }
    }

La funzione di utility after semplicemente esegue del codice dopo un certo numero di secondi: in base all’implementazione di forceRandomDelayedLocations presente in STUB_LocationCoordinator, il LocationViewController dovrebbe ricevere alcune posizioni GPS a intervalli regolari dopo un certo ritardo, e per verificarlo inseriamo due assert, dopo mezzo secondo e poi ancora un quarto di secondo. Per realizzare il test asincrono definiamo una XCTestExpectation, quindi una “aspettativa”, chiamata locationExpectation: in coda al codice di test chiamiamo la funzione waitForExpectationsWithTimeout che fa continuare la funzione di test - senza che essa ritorni - fino alla “realizzazione” delle aspettative, tenendo conto di un certo tempo di timeout. Quindi, per “realizzare” un’aspettativa, chiamiamo la funzione fulfill su locationExpectation, ma solo dopo aver verificato che lo stato del LocationViewController sia quello corretto.

Possiamo estendere ulteriormente la test suite implementando altri test che simulano ogni tipo di errore possibile, oppure che simulano una situazione in cui posizioni GPS e errori si alternano: una volta compresa la struttura di base per realizzare stub e test asincroni sarà facile migliorare la coverage dei nostri test.