如何对矩形填充算法进行单元测试

我最近为我正在做的一个项目实现了一些矩形装箱算法。我一直在通过生成许多矩形并查看结果来进行一些天真的测试，但我想更系统地进行测试。

公开的接口是这样的:

class RectPacker
{
public:
    RectPacker(int width, int height);
    virtual ~RectPacker();
    //////
    /// brief fit a rectangle into the available space
    ///
    /// param[in] width, height    size of the rectangle to be fitted
    /// param[out] x, y            position where the rectangle was fitted (disregard if function returns false)
    /// param[out] rotated         whether or not the rectangle was rotated during the fitting
    /// return true if position for the rectangle could be found, false if rectangle could not be fitted.
    ///
    virtual bool findBestPosition(int width, int height, int& x, int& y, bool& rotated) = 0;
    //////
    /// brief clear the rectangle packer
    ///
    /// Resets the packer to an empty state. This is usefull when you want to free up space.
    /// Since just freeing space will the space fragmented and degrade packing performance
    /// it is usually better to just clear the entire packer and repack all the remaining
    /// rectangles.
    ///
    virtual void clear() = 0;
};

基本上你初始化包装与一个bin大小。每次调用findBestPosition都会将该bin中的一个块分配给一个矩形，直到它已满并且无法再容纳更多(在这种情况下，该方法将返回false)。

那么，考虑到系统接口是如此之小，算法是相当复杂的，我不能检查内部状态，我该如何为它编写单元测试?

我的直觉告诉我，我可以用大量随机生成的矩形锤击它。我会保留一份退回配件的清单，并检查它们是否都在垃圾箱的范围内并且互不连接。然而，这并不能测试某些退化情况(如将所有矩形堆叠在一侧并留下>80%的空白空间)。当然，我可以尝试定义一个最大允许的浪费百分比，并在算法开始拒绝配件时检查它。

有几个令人不满意的方面:

• 如何设置允许的浪费百分比?对我来说，这似乎是非常武断和空洞的。设得太低，你会得到太多误报，设得太高，你会错过算法中的问题。
• 我喜欢我的单元测试是确定的和可重复的。随机数据感觉不太对。但是如果我每次都使用相同的矩形集合，我就有可能丢失一些东西。
• 通过跟踪返回的配件并对其进行分析，测试本身变得非常复杂，容易出错。单元测试应该非常简单。
• 某些不当行为只有用一双人类的眼睛看数据才会变得明显。不知道如何检查算法是否"表现良好"。例如，它可能会留下很大的间隙，或者它可能无法旋转矩形以获得最大的效率，或者它可能以错误的方式旋转它们(符号错误)并浪费空间。

我知道如何手动测试它，但是如何为它编写测试套件?我是不是把事情弄得更复杂了?