1294.90 Sequence와 Fallback의 단위 테스트 전략

1. 행동 트리 제어 노드 테스트의 목적

Sequence와 Fallback 제어 노드의 단위 테스트는 각 노드가 자식의 반환 상태에 따라 올바른 제어 흐름을 생성하는지 검증하는 데 목적이 있다. 제어 노드의 동작은 자식 반환 상태의 조합, 메모리 동작의 정확성, Halt 전파의 완전성이라는 세 가지 차원에서 검증되어야 한다. BehaviorTree.CPP는 테스트를 위한 모의(Mock) 노드 프레임워크를 제공하여, 자식 노드의 반환 상태를 프로그래밍 방식으로 제어할 수 있다(Faconti, 2022).

2. 테스트 환경 구성

2.1 모의 액션 노드의 구현

class MockAction : public BT::SyncActionNode {
public:
    MockAction(const std::string& name,
               const BT::NodeConfig& config)
        : SyncActionNode(name, config) {}
    
    static BT::PortsList providedPorts() { return {}; }
    
    BT::NodeStatus tick() override {
        tick_count_++;
        return status_to_return_;
    }
    
    void setReturnStatus(BT::NodeStatus status) {
        status_to_return_ = status;
    }
    
    int tickCount() const { return tick_count_; }
    void resetTickCount() { tick_count_ = 0; }

private:
    BT::NodeStatus status_to_return_ = BT::NodeStatus::SUCCESS;
    int tick_count_ = 0;
};

MockAction은 미리 설정된 상태를 반환하며, tick() 호출 횟수를 기록한다. 이를 통해 제어 노드가 자식을 올바른 횟수만큼 실행했는지 검증할 수 있다.

2.2 비동기 모의 노드

class MockAsyncAction : public BT::StatefulActionNode {
public:
    MockAsyncAction(const std::string& name,
                    const BT::NodeConfig& config)
        : StatefulActionNode(name, config) {}
    
    static BT::PortsList providedPorts() { return {}; }
    
    BT::NodeStatus onStart() override {
        tick_count_++;
        return return_on_start_;
    }
    
    BT::NodeStatus onRunning() override {
        tick_count_++;
        return return_on_running_;
    }
    
    void onHalted() override {
        halt_count_++;
    }
    
    void setReturnOnStart(BT::NodeStatus s) { return_on_start_ = s; }
    void setReturnOnRunning(BT::NodeStatus s) { return_on_running_ = s; }
    int tickCount() const { return tick_count_; }
    int haltCount() const { return halt_count_; }

private:
    BT::NodeStatus return_on_start_ = BT::NodeStatus::RUNNING;
    BT::NodeStatus return_on_running_ = BT::NodeStatus::RUNNING;
    int tick_count_ = 0;
    int halt_count_ = 0;
};

비동기 모의 노드는 onStart()와 onRunning()에서 서로 다른 상태를 반환하도록 설정할 수 있으며, onHalted() 호출 여부를 추적한다. 메모리 동작과 Halt 전파의 검증에 필수적이다.

2.3 테스트 트리 구축

BT::BehaviorTreeFactory factory;
factory.registerNodeType<MockAction>("MockAction");
factory.registerNodeType<MockAsyncAction>("MockAsyncAction");

// XML 기반 트리 구축
std::string xml = R"(
<root BTCPP_format="4">
    <BehaviorTree ID="TestTree">
        <Sequence>
            <MockAction name="action1"/>
            <MockAction name="action2"/>
            <MockAction name="action3"/>
        </Sequence>
    </BehaviorTree>
</root>
)";

auto tree = factory.createTreeFromText(xml);

XML 기반 트리 구축은 실제 사용 환경과 동일한 방식으로 테스트를 수행할 수 있게 한다. 대안적으로 프로그래밍 방식으로 트리를 직접 구성할 수도 있다.

3. Sequence 노드의 테스트 전략

3.1 기본 동작 테스트

// 테스트 1: 모든 자식 SUCCESS → Sequence SUCCESS
TEST(SequenceTest, AllChildrenSuccess) {
    // 3개 자식 모두 SUCCESS로 설정
    action1->setReturnStatus(BT::NodeStatus::SUCCESS);
    action2->setReturnStatus(BT::NodeStatus::SUCCESS);
    action3->setReturnStatus(BT::NodeStatus::SUCCESS);
    
    auto result = tree.tickWhileRunning();
    
    EXPECT_EQ(result, BT::NodeStatus::SUCCESS);
    EXPECT_EQ(action1->tickCount(), 1);
    EXPECT_EQ(action2->tickCount(), 1);
    EXPECT_EQ(action3->tickCount(), 1);
}

// 테스트 2: 중간 자식 FAILURE → Sequence FAILURE
TEST(SequenceTest, MiddleChildFailure) {
    action1->setReturnStatus(BT::NodeStatus::SUCCESS);
    action2->setReturnStatus(BT::NodeStatus::FAILURE);
    action3->setReturnStatus(BT::NodeStatus::SUCCESS);
    
    auto result = tree.tickWhileRunning();
    
    EXPECT_EQ(result, BT::NodeStatus::FAILURE);
    EXPECT_EQ(action1->tickCount(), 1);
    EXPECT_EQ(action2->tickCount(), 1);
    EXPECT_EQ(action3->tickCount(), 0);  // 실행되지 않음
}

3.2 실행 순서 검증

// 테스트 3: 자식 실행 순서의 정확성
TEST(SequenceTest, ExecutionOrder) {
    std::vector<std::string> execution_order;
    
    action1->setCallback([&]() { execution_order.push_back("A1"); });
    action2->setCallback([&]() { execution_order.push_back("A2"); });
    action3->setCallback([&]() { execution_order.push_back("A3"); });
    
    tree.tickWhileRunning();
    
    ASSERT_EQ(execution_order.size(), 3);
    EXPECT_EQ(execution_order[0], "A1");
    EXPECT_EQ(execution_order[1], "A2");
    EXPECT_EQ(execution_order[2], "A3");
}

자식 노드의 실행 순서가 XML에서 정의된 순서(좌→우, 상→하)와 일치하는지 검증한다.

3.3 경계 조건 테스트

// 테스트 4: 첫 번째 자식 즉시 FAILURE
TEST(SequenceTest, FirstChildFailure) {
    action1->setReturnStatus(BT::NodeStatus::FAILURE);
    
    auto result = tree.tickWhileRunning();
    
    EXPECT_EQ(result, BT::NodeStatus::FAILURE);
    EXPECT_EQ(action2->tickCount(), 0);
    EXPECT_EQ(action3->tickCount(), 0);
}

// 테스트 5: 마지막 자식만 FAILURE
TEST(SequenceTest, LastChildFailure) {
    action1->setReturnStatus(BT::NodeStatus::SUCCESS);
    action2->setReturnStatus(BT::NodeStatus::SUCCESS);
    action3->setReturnStatus(BT::NodeStatus::FAILURE);
    
    auto result = tree.tickWhileRunning();
    
    EXPECT_EQ(result, BT::NodeStatus::FAILURE);
    EXPECT_EQ(action1->tickCount(), 1);
    EXPECT_EQ(action2->tickCount(), 1);
    EXPECT_EQ(action3->tickCount(), 1);
}

// 테스트 6: 단일 자식 Sequence
TEST(SequenceTest, SingleChild) {
    // 자식 1개인 Sequence 구성
    action1->setReturnStatus(BT::NodeStatus::SUCCESS);
    auto result = single_child_tree.tickWhileRunning();
    EXPECT_EQ(result, BT::NodeStatus::SUCCESS);
}

4. Fallback 노드의 테스트 전략

4.1 기본 동작 테스트

// 테스트 1: 첫 번째 자식 SUCCESS → Fallback SUCCESS
TEST(FallbackTest, FirstChildSuccess) {
    action1->setReturnStatus(BT::NodeStatus::SUCCESS);
    
    auto result = tree.tickWhileRunning();
    
    EXPECT_EQ(result, BT::NodeStatus::SUCCESS);
    EXPECT_EQ(action1->tickCount(), 1);
    EXPECT_EQ(action2->tickCount(), 0);  // 실행되지 않음
}

// 테스트 2: 모든 자식 FAILURE → Fallback FAILURE
TEST(FallbackTest, AllChildrenFailure) {
    action1->setReturnStatus(BT::NodeStatus::FAILURE);
    action2->setReturnStatus(BT::NodeStatus::FAILURE);
    action3->setReturnStatus(BT::NodeStatus::FAILURE);
    
    auto result = tree.tickWhileRunning();
    
    EXPECT_EQ(result, BT::NodeStatus::FAILURE);
    EXPECT_EQ(action1->tickCount(), 1);
    EXPECT_EQ(action2->tickCount(), 1);
    EXPECT_EQ(action3->tickCount(), 1);
}

// 테스트 3: 중간 자식 SUCCESS → 조기 종료
TEST(FallbackTest, MiddleChildSuccess) {
    action1->setReturnStatus(BT::NodeStatus::FAILURE);
    action2->setReturnStatus(BT::NodeStatus::SUCCESS);
    
    auto result = tree.tickWhileRunning();
    
    EXPECT_EQ(result, BT::NodeStatus::SUCCESS);
    EXPECT_EQ(action3->tickCount(), 0);  // 실행되지 않음
}

4.2 Sequence와의 대칭성 검증

Sequence와 Fallback의 대칭적 관계를 활용하면 테스트 케이스를 체계적으로 도출할 수 있다.

테스트 시나리오	Sequence 기대 결과	Fallback 기대 결과
모든 자식 SUCCESS	SUCCESS	SUCCESS (첫 번째에서 종료)
모든 자식 FAILURE	FAILURE (첫 번째에서 종료)	FAILURE
첫 FAILURE 후 SUCCESS	FAILURE	SUCCESS (두 번째에서 종료)
첫 SUCCESS 후 FAILURE	두 번째에서 FAILURE	SUCCESS (첫 번째에서 종료)

5. 테스트 매트릭스의 구성

5.1 변형별 테스트 차원

제어 노드의 네 가지 변형에 대해 다음과 같은 테스트 차원을 구성한다:

테스트 차원	SequenceNode	ReactiveSequence	FallbackNode	ReactiveFallback
기본 반환 상태	O	O	O	O
메모리 동작	O	-	O	-
Reactive 재평가	-	O	-	O
Halt 전파	O	O	O	O
다중 Tick 시나리오	O	O	O	O
SKIPPED 상태 처리	O	O	O	O

O는 해당 테스트가 필요함을, -는 해당 변형에 적용되지 않음을 나타낸다.

5.2 자식 수에 따른 테스트

자식 0개: 오류 또는 빈 결과 처리 검증
자식 1개: 경계 조건, 제어 로직의 최소 동작
자식 2개: 최소 분기 커버리지
자식 3개: 표준 테스트 (시작-중간-끝 위치별 검증)
자식 N개: 대규모 트리의 성능 및 정확성

6. 테스트 격리와 상태 초기화

6.1 테스트 간 독립성 보장

class SequenceTestFixture : public ::testing::Test {
protected:
    void SetUp() override {
        factory_.registerNodeType<MockAction>("MockAction");
        factory_.registerNodeType<MockAsyncAction>("MockAsyncAction");
        
        tree_ = factory_.createTreeFromText(xml_text_);
        
        // 모의 노드 참조 획득
        action1_ = getNodeByName<MockAction>(tree_, "action1");
        action2_ = getNodeByName<MockAction>(tree_, "action2");
        action3_ = getNodeByName<MockAction>(tree_, "action3");
    }
    
    void TearDown() override {
        tree_.haltTree();
    }
    
    BT::BehaviorTreeFactory factory_;
    BT::Tree tree_;
    MockAction* action1_;
    MockAction* action2_;
    MockAction* action3_;
};

각 테스트 케이스에서 새로운 트리를 생성하거나, TearDown()에서 haltTree()를 호출하여 모든 노드의 상태를 초기화한다. 이전 테스트의 잔여 상태가 후속 테스트에 영향을 미치는 것을 방지한다.

6.2 다중 Tick 테스트의 상태 추적

TEST_F(SequenceTestFixture, MultiTickStateTracking) {
    // Tick 1: action2가 RUNNING
    action1_->setReturnStatus(BT::NodeStatus::SUCCESS);
    action2_->setReturnStatus(BT::NodeStatus::RUNNING);
    
    auto result1 = tree_.tickOnce();
    EXPECT_EQ(result1, BT::NodeStatus::RUNNING);
    
    // Tick 2: action2가 SUCCESS, action3가 RUNNING
    action2_->setReturnStatus(BT::NodeStatus::SUCCESS);
    action3_->setReturnStatus(BT::NodeStatus::RUNNING);
    
    auto result2 = tree_.tickOnce();
    EXPECT_EQ(result2, BT::NodeStatus::RUNNING);
    
    // Tick 3: action3가 SUCCESS
    action3_->setReturnStatus(BT::NodeStatus::SUCCESS);
    
    auto result3 = tree_.tickOnce();
    EXPECT_EQ(result3, BT::NodeStatus::SUCCESS);
}

다중 Tick 테스트에서는 각 Tick 사이에 모의 노드의 반환 상태를 변경하여, 제어 노드가 상태 전이에 올바르게 반응하는지 검증한다.

7. 테스트 커버리지 기준

7.1 최소 커버리지 요구 사항

문장 커버리지(Statement Coverage): tick() 메서드의 모든 코드 경로가 최소 1회 이상 실행되어야 한다.
분기 커버리지(Branch Coverage): switch 문의 모든 case와 조건문의 모든 분기가 최소 1회 이상 실행되어야 한다.
경계 값 테스트: 자식 인덱스의 경계(첫 번째, 마지막), 자식 수의 경계(0, 1, N), 상태 전이의 경계(IDLE→RUNNING, RUNNING→SUCCESS/FAILURE) 각각을 검증해야 한다.
상태 전이 커버리지: 노드의 가능한 모든 상태 전이(IDLE→RUNNING→SUCCESS, IDLE→RUNNING→FAILURE, RUNNING에서의 Halt 등)가 테스트되어야 한다.

참고 문헌

Colledanchise, M., & Ogren, P. (2018). Behavior Trees in Robotics and AI: An Introduction. CRC Press.
Faconti, D. (2022). BehaviorTree.CPP documentation and API reference. https://www.behaviortree.dev/