🎯 今天要做什麼？

昨天我們深入了解了斷言的各種用法，今天要學習 TDD 的精髓 —「紅綠重構循環」。

想像一下，你接到一個需求：「我們需要一個判斷質數的函數。」以前你可能直接開始寫程式，但現在我們要用 TDD 的方式：先寫測試（紅燈），再寫最簡實作（綠燈），最後改善代碼（重構）。

學習目標

今天結束後，你將學會：

• 深度理解 TDD 的三個階段：紅燈、綠燈、重構
• 掌握每個階段的具體操作和心態
• 體驗完整的 TDD 開發節奏
• 學會基本重構手法

TDD 循環的核心理念

TDD 的核心是一個簡單而強大的三步循環：

🔴 紅燈（Red）   ➜  🟢 綠燈（Green）  ➜  🔵 重構（Refactor）
  ↑                                           ↓
  ←  ←  ←  ←  ←  ←  ←  ←  ←  ←  ←  ←  ←  ←  ←

• 🔴 紅燈階段：寫失敗的測試，表達期望的行為
• 🟢 綠燈階段：用最簡單的方法讓測試通過
• 🔵 重構階段：在測試保護下改善代碼品質

🔴 紅燈階段：寫失敗的測試

紅燈階段的核心思想：先思考需求，再動手寫程式

建立 tests/day03/math-utils.test.ts：

import { describe, it, expect } from 'vitest'

describe('mathUtils', () => {
  describe('isPrime function', () => {
    it('identifies small prime numbers', () => {
      // 還沒有 isPrime 函數，所以這個測試會失敗（紅燈）
      expect(isPrime(2)).toBe(true)
      expect(isPrime(3)).toBe(true)
      expect(isPrime(5)).toBe(true)
    })

    it('identifies small composite numbers', () => {
      expect(isPrime(4)).toBe(false)
      expect(isPrime(6)).toBe(false)
      expect(isPrime(9)).toBe(false)
    })
  })
})

執行測試：

npm test -- day03

預期結果：測試失敗，因為 isPrime 函數還不存在。這就是我們要的「紅燈」！

🟢 綠燈階段：最快速度讓測試通過

綠燈階段的核心思想：用最簡單的方法讓測試通過

建立 src/math/mathUtils.ts：

export function isPrime(n: number): boolean {
  // 最簡單的實作：硬編碼我們測試的數字
  if (n === 2 || n === 3 || n === 5) {
    return true
  }
  if (n === 4 || n === 6 || n === 9) {
    return false
  }
  return false // 其他數字先回傳 false
}

更新 tests/day03/math-utils.test.ts：

import { describe, it, expect } from 'vitest'
import { isPrime } from '../../src/math/mathUtils'

// ... 測試內容保持不變

執行測試：

npm test -- day03

結果：測試通過！我們達到了綠燈階段。

🔵 重構階段：改善代碼品質

重構階段的核心思想：在測試保護下，改善代碼品質

重構 src/math/mathUtils.ts：

我們的硬編碼實作太醜了，讓我們重構：

export function isPrime(n: number): boolean {
  // 處理邊界情況
  if (n < 2) return false
  if (n === 2) return true
  if (n % 2 === 0) return false
  
  // 檢查奇數因子到 sqrt(n)
  for (let i = 3; i * i <= n; i += 2) {
    if (n % i === 0) return false
  }
  
  return true
}

執行測試確認重構成功：

npm test -- day03

測試仍然通過！重構成功。

🚀 完整循環實戰演練

更新 tests/day03/math-utils.test.ts：

讓我們做第二輪循環，增加邊界情況的測試：

it('handles boundary cases', () => {
  expect(isPrime(0)).toBe(false)
  expect(isPrime(1)).toBe(false)
  expect(isPrime(-1)).toBe(false)
})

it('handles larger prime numbers', () => {
  expect(isPrime(11)).toBe(true)
  expect(isPrime(13)).toBe(true)
})

執行測試 - 全部通過！因為我們的重構實作已經正確處理了這些情況。

TDD 開發節奏

TDD 不只是技術，更是一種開發節奏：

1. 小步快跑：每次只測試一個小功能
2. 快速反饋：幾分鐘完成一個循環
3. 持續驗證：每次修改都有測試保護
4. 漸進改善：通過重構持續提升品質

心理建設要點

• 紅燈不可怕：失敗指引方向
• 綠燈要克制：最簡實作，避免過度工程
• 重構要勇敢：有測試護航，放心改善

重構時機的判斷

看到這些「代碼異味」就該重構了：

• 重複代碼：相同邏輯出現多次
• 過長函數：函數做太多事情
• 魔術數字：硬編碼的數值
• 不清楚的命名：變數或函數名不明確

常見的重構手法

1. 提取常數

重構前：

if (age >= 18) { /* ... */ }

重構後：

const MIN_ADULT_AGE = 18
if (age >= MIN_ADULT_AGE) { /* ... */ }

2. 重命名變數

重構前：

function calc(x: number) { return x * 0.1 }

重構後：

function calculateTax(price: number) { 
  const TAX_RATE = 0.1
  return price * TAX_RATE 
}

💡 Vitest 的 TDD 優勢

Vitest 讓 TDD 變得更簡潔、更直觀：

快速熱重載

npm test -- --watch

TypeScript 型別檢查

在重構階段，TypeScript 能幫助我們安全地重構：

export function isPrime(n: number): boolean {  // 明確的型別
  // 改變函數簽名時，TypeScript 會提醒哪些地方需要修改
}

更好的可讀性

與傳統測試框架相比，Vitest 的語法更像在描述需求而非寫程式碼。這讓我們在 TDD 的紅燈階段更容易專注於「需求是什麼」，而不是「怎麼寫測試」。

完整實作範例

完整實作 - src/math/mathUtils.ts：

export function isPrime(n: number): boolean {
  if (n < 2) return false
  if (n === 2) return true
  if (n % 2 === 0) return false
  
  for (let i = 3; i * i <= n; i += 2) {
    if (n % i === 0) return false
  }
  
  return true
}

完整實作 - tests/day03/math-utils.test.ts：

import { describe, it, expect } from 'vitest'
import { isPrime } from '../../src/math/mathUtils'

describe('mathUtils', () => {
  describe('isPrime function', () => {
    it('identifies small prime numbers', () => {
      expect(isPrime(2)).toBe(true)
      expect(isPrime(3)).toBe(true)
      expect(isPrime(5)).toBe(true)
    })

    it('identifies small composite numbers', () => {
      expect(isPrime(4)).toBe(false)
      expect(isPrime(6)).toBe(false)
      expect(isPrime(9)).toBe(false)
    })

    it('handles boundary cases', () => {
      expect(isPrime(0)).toBe(false)
      expect(isPrime(1)).toBe(false)
      expect(isPrime(-1)).toBe(false)
    })

    it('handles larger prime numbers', () => {
      expect(isPrime(11)).toBe(true)
      expect(isPrime(13)).toBe(true)
    })
  })
})

📝 今天學到什麼？

技術收穫

• 掌握 TDD 三階段：紅燈寫測試、綠燈快速實作、重構改善品質
• 理解各階段心態：紅燈專注需求、綠燈專注通過、重構專注品質
• 體驗開發節奏：小步快跑、快速反饋、持續改善
• 學會基本重構：提取常數、重命名變數

關鍵要點

• 紅燈是正常的：失敗的測試指引方向
• 綠燈要克制：最簡實作就好，不要想太複雜
• 重構很安全：有測試保護，可以放心改善代碼
• 小步快跑：每次只改一點點，頻繁執行測試

實戰心得分享

常見錯誤

初學者經常犯的錯誤：

1. 寫太多測試：一次測試太多功能，失去焦點
2. 直接寫完整實作：跳過綠燈階段的簡單實作
3. 忘記重構：測試通過就停止，累積技術債
4. 測試寫得太複雜：測試本身需要測試

成功秘訣

• 保持簡單：每個循環只專注一個小功能
• 頻繁執行：養成隨時執行測試的習慣
• 勇於重構：有測試保護，大膽改善程式碼
• 記錄想法：用註解記錄下一步要做什麼

🎉 總結

TDD 的紅綠重構循環看似簡單，但要真正掌握需要大量練習。它不只是技術方法，更是一種思維模式的轉變。

今日小挑戰 🏆

試著用 TDD 方式實作一個 isEven 函數：

1. 先寫測試（什麼數字是偶數？）
2. 最簡實作（讓測試通過）
3. 重構改善（讓代碼更優雅）

記住 TDD 的節奏：紅燈 → 綠燈 → 重構，小步快跑！

明天我們將學習「測試結構和組織」，了解如何讓測試更清晰、更好維護。