第26章 测试驱动开发（TDD）模式详解与 Python 实践

写在前面

一、TDD 关键模式解析

在测试驱动开发的实践中，多种模式为开发者提供了不同维度的指导，助力高效、高质量的软件开发。

单步测试（One - Step Test）

单步测试旨在从测试列表中选取具有指导意义且可实现的测试，每个测试都应是向最终目标迈进的一步。例如，在一个简易计算器程序的开发中，测试列表可能包含加（Plus）、减（Minus）、乘（Times）、除（Divide）等测试项。

import unittest

class Calculator:
    def add(self, a, b):
        return a + b

    def subtract(self, a, b):
        return a - b

    def multiply(self, a, b):
        return a * b

    def divide(self, a, b):
        if b == 0:
            raise ZeroDivisionError
        return a / b

class TestCalculator(unittest.TestCase):
    def test_add(self):
        calculator = Calculator()
        result = calculator.add(3, 5)
        self.assertEqual(result, 8)

    def test_subtract(self):
        calculator = Calculator()
        result = calculator.subtract(10, 4)
        self.assertEqual(result, 6)

    def test_multiply(self):
        calculator = Calculator()
        result = calculator.multiply(4, 6)
        self.assertEqual(result, 24)

    def test_divide(self):
        calculator = Calculator()
        result = calculator.divide(15, 3)
        self.assertEqual(result, 5)
        with self.assertRaises(ZeroDivisionError):
            calculator.divide(10, 0)

if __name__ == '__main__':
    unittest.main()

在这个示例中，每个测试方法都是单步测试的体现，分别验证计算器的一项基本运算功能。开发者可根据自身经验和当前进度，从测试列表中选择合适的测试进行实现，若列表中没有合适的测试，也可添加新的测试来逼近目标。

先导测试（Starter Test）

先导测试强调从一组不做任何事情的操作开始，对于新操作，先明确其所属部分，再编写测试代码。以开发一个图形绘制程序为例，假设要绘制多边形，先导测试可以从输入与输出相同的简单情况开始。

import unittest

class PolygonReducer:
    def __init__(self, polygon):
        self.polygon = polygon

    def result(self):
        return self.polygon

class TestPolygonReducer(unittest.TestCase):
    def test_starter(self):
        polygon = [ (1,1), (2,2), (3,3) ]
        reducer = PolygonReducer(polygon)
        result = reducer.result()
        self.assertEqual(result, polygon)

if __name__ == '__main__':
    unittest.main()

此测试创建了一个简单的多边形对象，并验证了 PolygonReducer 类在初始状态下的输出与输入一致。先导测试适用于确定具有指导意义的起始测试，帮助开发者快速进入开发状态，后续再逐步完成其他测试。

说明性测试（Explanation Test）

在团队开发中，说明性测试可扩展自动化测试的用途。例如，在一个团队协作的项目中，开发一个用户权限管理系统。

class User:
    def __init__(self, role):
        self.role = role

    def has_permission(self, permission):
        if self.role == "admin":
            return True
        elif self.role == "user" and permission == "read":
            return True
        return False

class TestUserPermissions(unittest.TestCase):
    def test_permission_explanation(self):
        admin_user = User("admin")
        self.assertEqual(admin_user.has_permission("write"), True)
        regular_user = User("user")
        self.assertEqual(regular_user.has_permission("write"), False)
        self.assertEqual(regular_user.has_permission("read"), True)

        # 为测试添加说明
        """
        对于管理员用户（role = "admin"），应具有所有权限，如 write 权限测试为 True；
        对于普通用户（role = "user"），仅具有 read 权限，write 权限测试为 False，read 权限测试为 True。
        """

if __name__ == '__main__':
    unittest.main()

在上述代码中，不仅对用户权限判断功能进行了测试，还在测试方法中添加了详细的说明，方便团队成员理解测试的意图和预期结果，促进团队对测试和代码的理解，提高测试的质量和可维护性。

学习测试（Learning Test）

当使用外来软件的新功能时，学习测试可用于验证 API 是否按预期工作。以使用 Python 的 sqlite3 模块进行数据库操作学习为例：

import unittest
import sqlite3

class TestSQLiteLearning(unittest.TestCase):
    def setUp(self):
        self.conn = sqlite3.connect(':memory:')
        self.cursor = self.conn.cursor()

    def tearDown(self):
        self.conn.close()

    def test_create_table(self):
        self.cursor.execute('CREATE TABLE users (id INT, name TEXT)')
        self.conn.commit()

        self.cursor.execute('SELECT name FROM sqlite_master WHERE type="table" AND name="users"')
        result = self.cursor.fetchone()
        self.assertEqual(result[0], "users")

if __name__ == '__main__':
    unittest.main()

在这个测试中，通过编写测试代码来学习 sqlite3 模块创建表的功能。先在 setUp 方法中建立数据库连接，在 test_create_table 方法中执行创建表操作并验证表是否创建成功，最后在 tearDown 方法中关闭数据库连接。通过学习测试，开发者能更好地理解和掌握新软件功能的使用方法。

另外的测试（Another Test）

在技术讨论中，当出现离题想法时，可将其添加到列表中，保持讨论主题的集中。在实际开发中，这意味着将暂时不相关的功能或需求记录下来，专注于当前的开发任务。例如，在开发一个电商网站的过程中，讨论支付功能时，有人提出添加积分兑换功能的想法，可将其记录在列表中，先完成支付功能的开发和测试。

# 假设当前专注于支付功能测试
class PaymentTest(unittest.TestCase):
    def test_payment(self):
        # 模拟支付操作
        result = self.make_payment(100)
        self.assertEqual(isinstance(result, bool), True)

    def make_payment(self, amount):
        # 简单模拟支付返回 True 或 False
        return True if amount > 0 else False

if __name__ == '__main__':
    unittest.main()

在上述代码中，专注于支付功能的测试，将其他想法暂放一边，保证开发进度和代码质量。

回归测试（Regression Test）

当发现软件缺陷时，编写简单且相应的回归测试，确保缺陷修复且不会引入新问题。例如，在一个字符串处理函数中，原本的函数用于将字符串转换为大写，但发现对于空字符串会出现错误。

import unittest

def to_uppercase(s):
    if not isinstance(s, str):
        raise TypeError
    return s.upper() if s else ""

class TestToUppercase(unittest.TestCase):
    def test_regression(self):
        self.assertEqual(to_uppercase("hello"), "HELLO")
        self.assertEqual(to_uppercase(""), "")
        with self.assertRaises(TypeError):
            to_uppercase(123)

if __name__ == '__main__':
    unittest.main()

在修复空字符串处理的问题后，编写回归测试，不仅验证了正常字符串的转换功能，还确保了空字符串和非字符串输入的处理都符合预期，避免了修复缺陷过程中可能引入的新问题。

休息（Break）

当开发者感到疲倦或不知所措时，休息是调整状态的有效方式。例如，在长时间开发一个复杂的人工智能模型时，连续工作数小时后思维变得迟钝，此时离开电脑，喝杯水、散散步，可能会突然想到新的思路来解决之前遇到的问题。从代码层面看，合理安排休息时间有助于保持良好的编码状态，提高代码质量。

重新开始（Do Over）

当感到困惑且经过休息仍无头绪时，可考虑扔掉已有代码重新开始。例如，在开发一个游戏引擎的过程中，由于代码结构逐渐变得混乱，导致新功能开发困难重重，此时可选择重新设计和编写代码。在结对编程中，更换搭档也是促进重新开始的有效方法，新的视角和思路可能会带来更好的解决方案。

工作环境优化

为施行 TDD，舒适的工作环境很重要。比如，选择一把舒适的椅子，保证在长时间编程时的身体舒适度，有助于提高工作效率和专注度。在硬件分配上，将性能最佳的机器用于共享开发，而把低性能的机器用于个人电子邮件服务和上网冲浪等非关键任务，以确保开发工作的顺畅进行。

二、TDD 模式综合应用与思考

这些 TDD 模式相互关联且各有侧重，单步测试和先导测试为开发提供了具体的测试选择和起始思路，帮助开发者逐步推进功能实现；说明性测试和学习测试分别从团队协作和新技术学习的角度，提升了测试的价值和开发者对新功能的掌握程度；另外的测试有助于保持开发的专注性；回归测试保障了代码的稳定性；而休息和重新开始则关注开发者的状态调整，合理的工作环境优化也为 TDD 的顺利实施提供了支持。

在实际项目中，开发者应根据项目的特点、团队的协作方式以及自身的状态，灵活运用这些模式。例如，在开发初期可更多地依赖先导测试和单步测试来搭建功能框架；在团队协作中充分发挥说明性测试的作用；面对新技术或外来软件时，利用学习测试快速上手；同时，时刻关注代码的稳定性，通过回归测试及时发现和解决问题，并合理安排休息和调整开发策略，以实现高效、高质量的测试驱动开发。