单元测试的艺术-入门篇

前记：前段时间团队在推行单元测试，对于分配的测试任务也很快的完成，但觉得自己对单元测试的理解也不够透彻，所以就买了《单元测试的艺术》这本书来寻找一些我想要的答案。这本书并不是手把手教你写单元测试代码的，而是教你一些思想，循序渐进，最终达到能够写出可靠的、可维护的、可读的测试。本篇文章是入门篇，主要是讲解单元测试的概念、与集成测试的区别以及如何使用框架进行最基础的单元测试等。

一、单元测试的基础

1.1、什么是单元测试

　　单元测试是一段自动化的代码，这段代码调用被测试的工作单元，之后对这个单元的单个最终结果的某些假设进行检验。单元测试几乎都是用单元测试框架编写的。单元测试容易编写，能快速运行。单元测试可靠、可读、并且可维护。只要产品代码不发生变化，单元测试的结果是稳定的。

　　特征：

• 自动化、可重复执行；
• 很容易实现；
• 第二天还有意义；
• 任何人都应该能一键运行它；
• 运行速度应该很快；
• 结果应该是稳定的；
• 能完全控制被测试的单元；
• 完全隔离（独立于其他测试的运行）；

1.2、什么是集成测试

　　集成测试是对一个工作单元进行的测试，这个测试对被测试的工作单元没有完全的控制，并使用该单元的一个或多个真实依赖物，例如时间，网络、数据库、线程或随机数产生器等。

1.3、单元测试与集成测试的区别在哪里？

　　单元测试与集成测试最大的区别在于：集成测试依赖于一个或多个真实的模块，当运行集成测试时，出现失败的情况后你并不能立即判断是哪里出了问题，因此找到缺陷的根源会比较困难。

　　

二、TDD（测试驱动开发）

2.1、传统的开发流程

       [虚线代表是一个可选的行为]

　　

2.2、TDD的开发流程

　　[这是一个螺旋式的过程]

　　

由上面的两个图中可以看出TDD与传统开发模式的区别：先编写一个会失败的测试，然后创建产品代码，并确保这个测试通过，接下来是重构代码或者创建另一个会失败的测试。

三、开始使用框架进行基础的单元测试

3.1、单元测试框架的作用

　　单元测试框架是帮助开发人员进行单元测试的代码库和模块。

3.2、NUnit

　　NUnit 是一套开源的基于.NET平台的类Xunit白盒测试架构，支持所有的.NET平台。这套架构的特点是开源，使用方便，功能齐全。很适合作为.NET语言开发的产品模块的白盒测试框架。

     起初是从流行的Java单元测试框架JUnit直接移植过来的，之后NUnit在设计和可用性上做了极大地改进，和JUnit有了很大的区别，给日新月异的测试框架生态系统注入了新的活力。

     如何在VS安装并运行呢？用Nuget是最方便的一种形式了，如下图：

　

3.3、编写第一个单元测试

　　（1）假定我们要测试下面这段代码：

    public class LogAnalyzer
    {
        public bool IsValidLogFileName(string fileName)
        {
            if (fileName.EndsWith(".SLF"))
            {
                return false;
            }
            return true;
        }
    }

　　这个方法是用来检查文件扩展名的，以此判断是否是一个有效的文件。在上面的程序中，故意在if条件语句中少了一个‘！’号，这样，我们可以看到测试失败时在测试运行期间会显示什么内容。

　　（2）新建一个类库项目，名称最好为[ProjectUnderTest].UnitTests；并添加一个类，类型为[ClassName]Tests的类；在类中就可以写测试方法，一般测试方法是这样子来命名的：[UnitOfWorkName]_[ScenarioUnderTest]_[ExceptedBehavior]。

　　（3）我们需要明确的是如何编写测试代码，一般来说，一个单元测试包含三个行为：

　　　　 ① 准备（Arrange）对象，创建对象，进行必要的设置；

　　　　 ② 操作（Act）对象；

　　　　 ③ 断言（Assert）某件事情是预期的；

　　（4）根据以上步骤，编写第一个单元测试方法

    [TestFixture]
    public class LogAnalyzerTests
    {
        [Test]
        public void IsValidFileName_BadExtension_ReturnsFalse()
        {
            LogAnalyzer analyzer = new LogAnalyzer();
            bool result = analyzer.IsValidLogFileName("filewithbadextension.foo");
            Assert.AreEqual(false, result);
        }
    }

　　其中，属性[TestFixture]：标识这个类是一个包含自动化NUnit测试的类和[Test]：标识这个方法是一个需要调用的自动化测试是NUnit的特有属性，NUnit用属性机制来识别和加载测试。

3.4、运行过程与结果

　　

　　

　　从上图可以看出，测试方法并没有通过，我们期望（Expected）的结果是False，而实际（Actual）的结果却是True。并且还帮你指出了行号。

四、更多NUnit属性的介绍

4.1、参数化测试

　　NUnit有个很酷的功能，叫做参数化测试。可以从现有的测试中任意选择一个，进行一下修改：

　　（1）把属性[Test]替换成属性[TestCase]

　　（2）把测试中用到的硬编码的值替换成这个测试方法的参数

　　（3）把替换掉的值放在属性的括号中[TestCase(param1,param2,...)]

        [TestCase("filewithbadextension.SLF")]
        [TestCase("filewithbadextension.slf")]
        public void IsValidLogFileName_ValidExtensions_ReturnsTrue(string file)
        {
            LogAnalyzer analyzer=new LogAnalyzer();
            bool result = analyzer.IsValidLogFileName(file);
            Assert.True(result);
        }    

　　需要注意的是：这个时候你需要用一个比较通用的名字重新命令这个测试方法。

　　当然，[TestCase("")]不仅仅只可以写一个参数，也可以写N个参数。

        [TestCase("filewithbadextension.SLF",true)]
        [TestCase("filewithbadextension.slf",true)]
        public void IsValidLogFileName_ValidExtensions_ReturnsTrue(string file,bool excepted)
        {
            LogAnalyzer analyzer = new LogAnalyzer();
            bool result = analyzer.IsValidLogFileName(file);
            Assert.AreEqual(excepted,result);
        }

4.2、[Setup]与[TearDown]

　　进行单元测试时，很重要的一点是保证之前测试的遗留数据或者实例得到销毁，新测试的状态是重建的。幸好，NUnit有一些特别的属性，可以很方便地控制测试前后的设置和清理状态工作，就是[SetUp]和[TearDown]动作属性。

　　[SetUp] NUnit每次在运行测试类里的任何一个测试时都会先运行这个方法

　　[TearDown] 这个属性标识一个方法应该在测试类里的每个测试运行之后执行。

        private LogAnalyzer _logAnalyzer = null;

        [SetUp]
        public void Setup()
        {
            _logAnalyzer=new LogAnalyzer();
        }

        [Test]
        public void IsValidFileName_validFileLowerCased_ReturnsTrue()
        {
            bool result = _logAnalyzer.IsValidLogFileName("hello.slf");
            Assert.IsTrue(result,"filename should be valid!");
        }

        [Test]
        public void IsValidFileName_validFileUpperCased_ReturnsTrue()
        {
            bool result = _logAnalyzer.IsValidLogFileName("hello.SLF");
            Assert.IsTrue(result, "filename should be valid!");
        }

        [TearDown]
        public void TearDown()
        {
            _logAnalyzer = null;
        }

　　虽然SetUp与TearDown用起来很方便，但是不建议使用，因为这种方式随着代码的增加，后面测试方法很快就变得难以阅读了，最好是采用工厂方法来初始化被测试的实例。

4.3、检验预期的异常

　　我们现在修改一下要测试的代码，在输入为Null或者Empty的时候，就跑出一个异常。

    public class LogAnalyzer
    {
        public bool IsValidLogFileName(string fileName)
        {
　　　　　　　if(string.IsNullOrEmpty(fileName))
　　　　　　　{
　　　　　　　　　　throw new ArgumentException("filename has to be provided");
　　　　　　  }

            if (fileName.EndsWith(".SLF"))
            {
                return false;
            }
            return true;
        }
    

　　测试代码如下：

        [Test]
        [ExpectedException(typeof (ArgumentException), ExceptedMessage = "fileName has to be provided")]
        public void IsValidFileName_EmptyFileName_ThrowsException()
        {
            MakeLogAnalyzer().IsValidLogFileName(string.Empty);
        }

        private LogAnalyzer MakeLogAnalyzer()
        {
            return new LogAnalyzer();
        }     

　　注意：以上的代码虽然是正确的，但是在NUint3.0中已经弃用了，原因是采用这种方法，你可能不知道哪一行代码抛出的这个异常，如果你的构造函数有问题，也抛出这个异常，那你所写的测试也会通过，但事实上是错误的。NUint提供了一个新的API，Assert.Catch<T>(delegate)。以下是使用Assert.Catch编写的测试代码：

        [Test]
        public void IsValidFileName_EmptyFileName_ThrowsException()
        {
            var ex = Assert.Catch<ArgumentException>(() => { MakeLogAnalyzer().IsValidLogFileName(""); });
            StringAssert.Contains("fileName has to be provided",ex.Message);
        }

        private LogAnalyzer MakeLogAnalyzer()
        {
            return new LogAnalyzer();
        }

4.4、忽略测试

　　有时候代码有问题，但是你又需要把代码签入到主代码中（这种情况应该是少中极少，因为这是一种错误的方式）。可以采用[Ignore]属性。示例如下：

        [Test]
        [Ignore("it has some problems")]
        public void IsValidFileName_validFileUpperCased_ReturnsTrue()
        {
            bool result = MakeLogAnalyzer().IsValidLogFileName("hello.SLF");
            Assert.IsTrue(result, "filename should be valid!");
        }

　　结果如下：

4.5、设置测试的类型

　　可以把测试按指定的测试类别运行，例如：慢测试和快测试。使用[Category]属性可以实现这个功能。

        [Test]
        [Category("Fast Tests")]
        public void IsValidFileName_ValidFile_ReturnTrue()
        {
            Assert.IsTrue(MakeLogAnalyzer().IsValidLogFileName("xxx.SLF"));
        }

4.6、测试系统状态的改变而非返回值

　　上面所有测试示例，都是有根据被测试方法的返回值来进行测试，但一个工程里面不可能每个方法都是有返回值的，有的是需要判断系统状态的改变的，称为基于状态的测试。

　　定义：通过检查被测试系统及其协作方（依赖物）在被测试方法执行后行为的改变，判定被测试方法是否正确工作。

    //被测试代码
    public class LogAnalyzer
    {
        public bool WasLastFileNameValid { get; set; }

        public bool IsValidLogFileName(string fileName)
        {
            WasLastFileNameValid = false;
            if (string.IsNullOrEmpty(fileName))
            {
                throw new ArgumentException("fileName has to be provided");
            }
            if (!fileName.EndsWith(".SLF"))
            {
                return false;
            }
            WasLastFileNameValid = true;
            return true;
        }
    }

　　测试代码：

        [TestCase("filewithbadextension.SLF", true)]
        [TestCase("filewithbadextension.slf", true)]
        public void IsValidLogFileName_ValidExtensions_ReturnsTrue(string file, bool excepted)
        {
            LogAnalyzer analyzer = MakeLogAnalyzer();
            analyzer.IsValidLogFileName(file);
            Assert.AreEqual(excepted, analyzer.WasLastFileNameValid);
        }

        private LogAnalyzer MakeLogAnalyzer()
        {
            return new LogAnalyzer();
        }

五、总结

• 创建测试类、项目和方法的管理；
• 测试命名要有规范；
• 使用工厂方法重用测试中的代码，例如用来创建和初始化所有测试都要用到的对象代码；
• 尽量不要使用[SetUp]和[TearDown]，因为它们使测试变得难以理解。