【D4】測試階段介紹：單元測試

15th鐵人賽軟體測試 qa unit test 測試工程師

eyelash*睫毛

2023-09-14 23:50:27

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可以獲得什麼？

單元測試的使用場景，以及如何運用單元測試在開發中。

單元測試是什麼？

單元測試（Unit Testing）是軟體測試的一個階段，它專注於測試軟體中的個別單元或獨立的程式碼模組（軟體設計的最小單位），例如函數、方法、類別或組件。單元測試的目標是驗證這些單元是否按照預期工作，並且它們的行為是否符合設計和需求

使用單元測試可以獲得這幾個優點：

確保功能正常：確保每個單元按照預期進行工作。這有助於確保程式碼的每個部分都執行正確，並且能夠按照設計目標運作。
早期發現問題：單元測試通常在程式碼開發的早期階段實施，像是 TDD (Test-Driven Development) 測試驅動開發者會在開發前期就導入單元測試，讓開發作業進行的同時也一併檢測，因此當程式開發完畢測試也一併通過。這有助於及早發現並解決潛在的錯誤和缺陷。因為問題在開發初期就得到解決，所以大大降低後期維護的成本。
支援重構：單元測試是在進行重構（重寫或優化程式碼結構）時的有力工具。它們確保重構後的程式碼仍然具有相同的功能，並且不會破壞現有的功能。
持續集成：單元測試是持續整合（Continuous Integration，CI）和持續交付（Continuous Delivery，CD）流程的一部分。它們確保每次程式碼更改都不會對系統的穩定性和功能造成損害。
提高可讀性和可維護性：單元測試通常包括測試案例，它們充當程式碼的文檔，幫助其他開發人員了解程式碼的預期行為。這有助於提高程式碼的可讀性和可維護性。
鼓勵模組化和良好設計：撰寫單元測試通常要求程式碼模組化，有助於實現良好的程式碼設計原則，例如單一責任原則（Single Responsibility Principle）和依賴反轉原則（Dependency Inversion Principle）。

由此可知單元測試是一種強大的工具，它確保程式碼的各個部分（單元）正確運作，提早發現問題，並提高程式碼的品質、可維護性和穩定性。它是現代軟體開發實踐中的不可或缺的一部分，有助於建立可靠和高品質的軟體。

單元測試的特點

藉由上面的敘述可以得知，要實現單元測試需要幾個特性，首先是把程式切割成最小測試單位（單元），然後針對每個單元進行測試，因此單元測試擁有以下的特點：

獨立性：單元測試應該是獨立的，這意味著它們不應該依賴於其他單元的結果。測試一個單元時，其他相關的模組或資源應該模擬或模擬假的，以確保測試的獨立性。
自動化：單元測試通常是自動化的，這意味著它們由測試框架或工具自動執行。這有助於快速且可靠地執行測試，並在程式碼變更後輕鬆驗證功能是否正常。
快速執行：每個單元測試應該能夠在很短的時間內執行，通常在幾秒或更短的時間內完成。這使得開發人員可以頻繁地運行測試，以確保程式碼的正確性與穩定性。
發現錯誤：單元測試的主要目的是發現和確認單元中的錯誤和缺陷。當發現問題時，開發人員應該修復它們，並確保測試通過。

如何實作單元測試？

之前有寫參加鐵人賽中關於 unit test 的部分，儘管部分內容仍缺，但有興趣可以參考一下：【Unit Test】Unit Test with C#

在撰寫單元測試時，可以把 TDD（測試驅動開發）概念放在開發中。。這意味著在開發過程中，同時考慮測試的角度。以測試人員和API使用者的角度思考：如果我是測試人員，我要怎麼測試這段程式碼？如果我是呼叫這 API 的人，我會怎麼進行呼叫以及提供哪些參數。這種測試思維的整合，可以在開發過程中引導我們更注意細節，例如確保數值型變數不被誤用為文字，日期格式不會變成算式。

在實作單元測試時，首先需考慮我們想要測試的內容，並根據內容來確定每個單元的範圍，確保範圍不要過大。一旦我們確定了測試的內容和被測試的範圍，就可以開始進行開發和編寫單元測試。

這時我們在撰寫單元測試時，會需要三個步驟：Arrange（安排）、Act（執行）、Assert（斷言），也就是先建立測試目標、執行功能，最後驗證結果（可參考：〈【Day 6】解說第一個Unit Test之2-測試程式碼結構與精神〉）。當程式碼完成時，使用測試運行器執行這隻 Unit Testing，就可以知道自己的程式是否正確了。以 Python 來說，最常見的是使用 unittest 來進行撰寫，由於是內建的，無需另外安裝；而 C# 則是可以用 NUnit和xUnit進行撰寫。

完成程式碼後，使用測試運行器執行這些單元測試，以確保程式碼的正確性。在 Python 中，最常見的是使用 unittest 框架，它是 Python 內建的，無需額外安裝。而在 C# 中，可以選擇使用 NUnit 或 xUnit 等框架來撰寫單元測試。

使用的場景

範例

解析股票電文

情境：

當接收到股票交易的電文時，需要將其解析以提取交易相關的資訊，從中取得購買的股票與金額等等交易資料，然後把這些資料寫入資料庫儲存。

作法：

這邊可以拆分成兩個主要的單元：一是解析電文並擷取關鍵資訊，二是將這些資料寫入資料庫。這邊就以前者為例。當取得電文後會解析文字，把資料存放在一個字典中，這樣就取得關鍵資訊了，我們在單元測試中，我們可以提供一個特定的電文，然後檢查此功能是否成功擷取所需的關鍵資訊，像是股票代號和購買金額、張數等等。如果沒有提供正確答案，就是測試不通過，這時測試框架將報告錯誤，我們就能立即修改這個錯誤。

持續整合（CI）

情境：

當有一筆合併請求（merge request），需要檢查這個程式碼是否有問題，這次的變動是否會影響其他功能。

作法：

當我們開發完程式，會藉由 Git 把這次修改的程式碼合併（merge）到主要分支（main branch）中。由於這個合併可能會影響其他人的工作，當把錯誤的程式碼推上去（Push），別人抓下來的程式碼也是錯誤的，我們在推送（push）程式碼之前，可以執行事先編寫的單元測試，以確保程式碼的品質。只有當所有這些單元測試都通過時，我們才能夠合併這次的變更。當單元測試不通過，表示此次更動影響其他功能，造成程式的不穩定，此時就不會允許本次合併需求，以維持主分支的完整性。