今天要做什麼？

昨天我們學會了 TDD 的紅綠重構循環，體驗了從無到有開發功能的完整流程。隨著測試越寫越多，你可能開始感到困擾：「這些測試散落各處，很難找到我要的測試」、「類似的測試重複出現，但又不完全一樣」。

想像一個場景：你的數學工具庫現在有 20 個函數，每個函數有 5-8 個測試案例，總共 100 多個測試。當某個測試失敗時，你需要在一大堆 test_ 函數中找到問題所在，這時你就會深刻體會到「測試結構」的重要性。

今天我們要學習如何組織測試，讓測試代碼變得清晰、有條理，就像整理房間一樣 —— 相關的東西放在一起，每樣東西都有固定位置。

學習目標

今天結束後，你將學會：

• 掌握測試檔案的組織結構
• 理解測試套件（Test Suite）的概念
• 學會使用類別和函數組織測試
• 掌握測試命名的最佳實踐
• 學會將測試分類和分組

TDD 學習地圖

第一階段：打好基礎（Day 1-10）
├── Day 01 - 環境設置與第一個測試
├── Day 02 - 認識斷言（Assertions）
├── Day 03 - TDD 紅綠重構循環
├── Day 04 - 測試結構與組織 ★ 今天在這裡
├── ...
└── （更多精彩內容待續）

為什麼需要測試結構？ 🧮

散亂測試的痛點

回想昨天的數學工具庫，如果我們繼續用扁平的方式寫測試：

# 混亂的測試結構
def test_is_prime_with_2_should_return_true():
def test_is_prime_with_3_should_return_true():
def test_is_prime_with_4_should_return_false():
def test_count_primes_in_range_with_range_1_10():
def test_is_prime_with_negative_number_should_return_false():
def test_fibonacci_with_0_should_return_0():

問題：

• 找不到相關測試：is_prime 的測試散落各處
• 缺乏邏輯分組：正向測試、邊界測試混在一起
• 測試命名冗長：每個測試都要重複函數名
• 難以維護：新增測試不知道放哪裡

結構化測試的好處

# 結構化的測試組織
class TestMathUtils:
    class TestIsPrime:
        class TestPrimeDetection:
            def test_identify_small_primes(self):
            def test_identify_large_primes(self):
        
        class TestCompositeDetection:
            def test_identify_small_composites(self):
            def test_identify_large_composites(self):
        
        class TestBoundaryConditions:
            def test_handle_negative_numbers(self):
            def test_handle_zero_and_one(self):

好處：

• 邏輯清晰：相關測試聚在一起
• 階層分明：從大到小，從抽象到具體
• 命名簡潔：測試名稱更精確
• 易於維護：新測試有明確的歸屬

測試套件（Test Suite）概念 📝

測試套件是一組相關測試的集合，用來驗證特定功能或模組。在 pytest 中，我們可以用類別來創建測試套件：

class TestFunctionName:
    """這個類別裡的所有測試都屬於這個套件"""
    
    def test_case_1(self):
        pass
    
    def test_case_2(self):
        pass

測試套件的階層結構

class TestMathUtils:              # 頂層套件：模組
    class TestIsPrime:            # 第二層：函數
        class TestPositives:      # 第三層：測試分類
            def test_small_primes(self):  # 具體測試案例
                pass
            
            def test_large_primes(self):
                pass
        
        class TestBoundary:
            def test_handle_zero(self):
                pass
            
            def test_handle_negatives(self):
                pass

這種結構讓測試報告更易讀：

test_math_utils.py::TestMathUtils::TestIsPrime::TestPositives::test_small_primes ✓
test_math_utils.py::TestMathUtils::TestIsPrime::TestPositives::test_large_primes ✓
test_math_utils.py::TestMathUtils::TestIsPrime::TestBoundary::test_handle_zero ✓
test_math_utils.py::TestMathUtils::TestIsPrime::TestBoundary::test_handle_negatives ✓

實戰演練：重構散亂的測試 🔧

讓我們把昨天的測試重新組織。建立 tests/day04/test_math_utils.py：

步驟 1：建立基本結構

from src.math.math_utils import is_prime, count_primes_in_range

class TestMathUtils:
    class TestIsPrime:
        """is_prime 質數判斷相關的所有測試"""
        pass
    
    class TestCountPrimesInRange:
        """count_primes_in_range 範圍質數計算相關的所有測試"""
        pass

步驟 2：組織 isPrime 測試

class TestIsPrime:
    class TestPrimeDetection:
        def test_identify_small_primes(self):
            assert is_prime(2) is True
            assert is_prime(3) is True
            assert is_prime(5) is True
            assert is_prime(7) is True

        def test_identify_large_primes(self):
            assert is_prime(11) is True
            assert is_prime(13) is True
            assert is_prime(17) is True
            assert is_prime(19) is True

    class TestCompositeDetection:
        def test_identify_small_composites(self):
            assert is_prime(4) is False
            assert is_prime(6) is False
            assert is_prime(8) is False
            assert is_prime(9) is False

    class TestBoundaryConditions:
        def test_handle_numbers_less_than_2(self):
            assert is_prime(0) is False
            assert is_prime(1) is False
            assert is_prime(-1) is False

測試分組策略

按功能分組

最常見的分組方式是按函數分組：

class TestMathUtils:
    class TestIsPrime:
        pass
    
    class TestFibonacci:
        pass
    
    class TestFactorial:
        pass

按測試類型分組

在每個功能內，再按測試類型細分：

class TestIsPrime:
    class TestPositiveCases:
        """正向測試案例"""
        pass
    
    class TestBoundaryCases:
        """邊界測試案例"""
        pass
    
    class TestErrorHandling:
        """錯誤處理測試案例（Day 8 會詳細學習）"""
        pass

測試命名最佳實踐 🎯

命名原則

1. 描述行為，不是實作
2. 使用業務語言，不是技術術語
3. 簡潔明確，避免冗長

好的命名範例

class TestIsPrime:
    # ✅ 好的命名：描述期望的行為
    def test_identify_prime_2(self):
        pass
    
    def test_identify_composite_4(self):
        pass
    
    def test_handle_negative_numbers(self):
        pass
    
    # ❌ 不好的命名：過於技術性或冗長
    def test_when_input_2_should_return_true(self):
        pass

推薦的命名模式：test_[動詞][對象][條件]

# 模式：test_[動詞]_[對象]_[條件]
def test_identify_prime_2(self):           # 識別 + 質數 + 2
def test_reject_negative_numbers(self):    # 拒絕 + 負數
def test_calculate_primes_in_range(self):  # 計算 + 範圍內質數
def test_handle_empty_range(self):         # 處理 + 空範圍

實戰範例：完整測試結構 💻

完整實作 tests/day04/test_math_utils.py

# 建立 tests/day04/test_math_utils.py
from src.math.math_utils import is_prime, count_primes_in_range

class TestMathUtils:
    class TestIsPrime:
        class TestPrimeDetection:
            def test_identify_small_primes(self):
                assert is_prime(2) is True
                assert is_prime(3) is True
                assert is_prime(5) is True
                assert is_prime(7) is True

            def test_identify_large_primes(self):
                assert is_prime(11) is True
                assert is_prime(13) is True
                assert is_prime(17) is True
                assert is_prime(19) is True

        class TestCompositeDetection:
            def test_identify_small_composites(self):
                assert is_prime(4) is False
                assert is_prime(6) is False
                assert is_prime(8) is False
                assert is_prime(9) is False

            def test_identify_large_composites(self):
                assert is_prime(10) is False
                assert is_prime(12) is False
                assert is_prime(14) is False
                assert is_prime(15) is False

        class TestBoundaryConditions:
            def test_handle_numbers_less_than_2(self):
                assert is_prime(0) is False
                assert is_prime(1) is False
                assert is_prime(-1) is False
                assert is_prime(-10) is False

    class TestCountPrimesInRange:
        class TestValidRanges:
            def test_count_primes_in_small_range(self):
                assert count_primes_in_range(1, 10) == 4  # 2, 3, 5, 7
            
            def test_count_primes_in_medium_range(self):
                assert count_primes_in_range(10, 20) == 4  # 11, 13, 17, 19

        class TestEdgeCases:
            def test_handle_single_number_range(self):
                assert count_primes_in_range(2, 2) == 1
                assert count_primes_in_range(4, 4) == 0
            
            def test_handle_reversed_range(self):
                assert count_primes_in_range(10, 1) == 0

執行測試查看結構

pytest tests/day04/test_math_utils.py -v

輸出結果會顯示清晰的階層：

tests/day04/test_math_utils.py::TestMathUtils::TestIsPrime::TestPrimeDetection::test_identify_small_primes PASSED
tests/day04/test_math_utils.py::TestMathUtils::TestIsPrime::TestPrimeDetection::test_identify_large_primes PASSED
tests/day04/test_math_utils.py::TestMathUtils::TestIsPrime::TestCompositeDetection::test_identify_small_composites PASSED
tests/day04/test_math_utils.py::TestMathUtils::TestIsPrime::TestCompositeDetection::test_identify_large_composites PASSED
tests/day04/test_math_utils.py::TestMathUtils::TestIsPrime::TestBoundaryConditions::test_handle_numbers_less_than_2 PASSED
tests/day04/test_math_utils.py::TestMathUtils::TestCountPrimesInRange::TestValidRanges::test_count_primes_in_small_range PASSED
tests/day04/test_math_utils.py::TestMathUtils::TestCountPrimesInRange::TestValidRanges::test_count_primes_in_medium_range PASSED
tests/day04/test_math_utils.py::TestMathUtils::TestCountPrimesInRange::TestEdgeCases::test_handle_single_number_range PASSED
tests/day04/test_math_utils.py::TestMathUtils::TestCountPrimesInRange::TestEdgeCases::test_handle_reversed_range PASSED

============================== 9 passed ==============================

今天學到什麼？ 🎉

今天我們從散亂的測試進化到有組織的測試結構：

技術收穫

• 掌握測試套件概念：用類別創建階層結構
• 學會測試分組策略：按功能、類型、場景分組
• 掌握命名最佳實踐：清晰、簡潔、具描述性
• 理解檔案組織原則：結構一致性

組織能力

• 從混亂到有序：重新組織成清晰結構
• 邏輯分類：相關測試聚在一起
• 結構思考：先規劃再實作

實用技巧

• 階層設計：模組 > 函數 > 測試類型 > 具體案例
• 命名規範：test_動詞_對象_條件的命名模式
• 結構思考：先規劃再實作，相關測試聚在一起

總結

測試結構與組織不只是美觀，更是實用。良好的組織結構能提高開發效率、降低維護成本、改善團隊協作。記住：好的測試結構是可維護測試代碼的基礎。

明天我們將學習「測試生命週期」，了解如何在測試執行前後進行必要的設置和清理工作。 💪