本文探討軟件測(cè)試的意義以及為何你應(yīng)該重視它。我們將學(xué)習(xí)如何設(shè)計(jì)單元測(cè)試以及如何編寫 Python 單元測(cè)試。特別是，我們將探討 Python 中兩個(gè)最常用的單元測(cè)試框架：unittest 和 pytest。

關(guān)鍵要點(diǎn)

• 單元測(cè)試是軟件開(kāi)發(fā)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，它允許開(kāi)發(fā)人員測(cè)試程序的特定組件或單元，以確保它們按預(yù)期運(yùn)行。 Python 中流行的單元測(cè)試框架包括 unittest 和 pytest。
• 設(shè)計(jì)良好的單元測(cè)試應(yīng)該快速、獨(dú)立、可重複、可靠且命名恰當(dāng)。 “準(zhǔn)備、執(zhí)行、斷言 (AAA)”模式通常用於組織單元測(cè)試，將設(shè)置、執(zhí)行和驗(yàn)證分開(kāi)。
• unittest 框架是 Python 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的一部分，其靈感來(lái)自 Java 的單元測(cè)試框架 JUnit。它使用特殊的斷言方法，並要求將測(cè)試編寫為繼承自 unittest.TestCase 類的類的方法。
• pytest 框架允許使用更少的代碼進(jìn)行複雜的測(cè)試，支持 unittest 測(cè)試套件，並提供超過(guò) 800 個(gè)外部插件。與 unittest 不同，pytest 使用普通的 Python 斷言方法，使其更簡(jiǎn)單、更直觀。
• 儘管單元測(cè)試有很多優(yōu)點(diǎn)，但必須記住，測(cè)試只能證明缺陷的存在，而不能證明缺陷的缺失。即使所有測(cè)試都通過(guò)，也不能證明軟件系統(tǒng)沒(méi)有錯(cuò)誤。

軟件測(cè)試簡(jiǎn)介

軟件測(cè)試是檢查軟件產(chǎn)品行為以評(píng)估和驗(yàn)證其是否符合規(guī)範(fàn)的過(guò)程。軟件產(chǎn)品可能包含數(shù)千行代碼和數(shù)百個(gè)協(xié)同工作的組件。如果一行代碼無(wú)法正常工作，則錯(cuò)誤可能會(huì)傳播並導(dǎo)致其他錯(cuò)誤。因此，為了確保程序按預(yù)期運(yùn)行，必須對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。

由於現(xiàn)代軟件可能相當(dāng)複雜，因此存在多個(gè)級(jí)別的測(cè)試來(lái)評(píng)估正確性的不同方面。根據(jù) ISTQB 認(rèn)證測(cè)試基礎(chǔ)級(jí)別教學(xué)大綱，軟件測(cè)試有四個(gè)級(jí)別：

1. 單元測(cè)試：測(cè)試特定的代碼行
2. 集成測(cè)試：測(cè)試多個(gè)單元之間的集成
3. 系統(tǒng)測(cè)試：測(cè)試整個(gè)系統(tǒng)
4. 驗(yàn)收測(cè)試：檢查是否符合業(yè)務(wù)目標(biāo)

本文將討論單元測(cè)試，但在深入探討之前，我想介紹軟件測(cè)試中一個(gè)重要的原則。

測(cè)試只能證明缺陷的存在，而不能證明缺陷的缺失。

— ISTQB CTFL 教學(xué)大綱 2018

換句話說(shuō)，即使你運(yùn)行的所有測(cè)試都沒(méi)有顯示任何失敗，也不能證明你的軟件系統(tǒng)沒(méi)有錯(cuò)誤，或者另一個(gè)測(cè)試用例不會(huì)發(fā)現(xiàn)你軟件行為中的缺陷。

什麼是單元測(cè)試？

這是第一個(gè)測(cè)試級(jí)別，也稱為組件測(cè)試。在此部分中，對(duì)單個(gè)軟件組件進(jìn)行測(cè)試。根據(jù)編程語(yǔ)言的不同，軟件單元可能是類、函數(shù)或方法。例如，如果你有一個(gè)名為 ArithmeticOperations 的 Java 類，其中包含 multiply 和 divide 方法，則 ArithmeticOperations 類的單元測(cè)試需要測(cè)試 multiply 和 divide 方法的正確行為。

單元測(cè)試通常由軟件測(cè)試人員執(zhí)行。要運(yùn)行單元測(cè)試，軟件測(cè)試人員（或開(kāi)發(fā)人員）需要訪問(wèn)源代碼，因?yàn)樵创a本身就是被測(cè)試的對(duì)象。因此，這種直接測(cè)試源代碼的軟件測(cè)試方法稱為白盒測(cè)試。

你可能想知道為什麼你應(yīng)該擔(dān)心軟件測(cè)試，以及它是否值得。在下一節(jié)中，我們將分析測(cè)試軟件系統(tǒng)背後的動(dòng)機(jī)。

為什麼你應(yīng)該進(jìn)行單元測(cè)試

軟件測(cè)試的主要優(yōu)點(diǎn)是它提高了軟件質(zhì)量。軟件質(zhì)量至關(guān)重要，尤其是在軟件處理我們?nèi)粘；顒?dòng)中各種各樣的世界中。提高軟件質(zhì)量仍然是一個(gè)過(guò)於模糊的目標(biāo)。讓我們嘗試更好地說(shuō)明我們所說(shuō)的軟件質(zhì)量。根據(jù) ISO/IEC 標(biāo)準(zhǔn) 9126-1 ISO 9126，軟件質(zhì)量包括以下因素：

• 可靠性
• 功能性
• 效率
• 可用性
• 可維護(hù)性
• 可移植性

如果你擁有一家公司，那麼你應(yīng)該仔細(xì)考慮軟件測(cè)試活動(dòng)，因?yàn)樗鼤?huì)影響你的業(yè)務(wù)。例如，2022 年 5 月，特斯拉召回了 130,000 輛汽車，原因是車輛信息娛樂(lè)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題。然後通過(guò)“空中”分發(fā)的軟件更新解決了這個(gè)問(wèn)題。這些故障給公司造成了時(shí)間和金錢損失，也給客戶帶來(lái)了問(wèn)題，因?yàn)樗麄冇幸欢螘r(shí)間無(wú)法使用他們的汽車。測(cè)試軟件確實(shí)需要花錢，但公司也可以節(jié)省數(shù)百萬(wàn)的技術(shù)支持費(fèi)用。

單元測(cè)試側(cè)重於檢查軟件是否正確運(yùn)行，這意味著檢查輸入和輸出之間的映射是否都正確完成。作為低級(jí)別測(cè)試活動(dòng)，單元測(cè)試有助於儘早識(shí)別錯(cuò)誤，從而不會(huì)將其傳播到軟件系統(tǒng)的更高級(jí)別。

單元測(cè)試的其他優(yōu)點(diǎn)包括：

• 簡(jiǎn)化集成：通過(guò)確保所有組件都能單獨(dú)正常工作，更容易解決集成問(wèn)題。
• 最大限度地減少代碼回歸：通過(guò)大量的測(cè)試用例，如果將來(lái)對(duì)源代碼進(jìn)行一些修改會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題，則更容易找到問(wèn)題。
• 提供文檔：通過(guò)測(cè)試輸入和輸出之間的正確映射，單元測(cè)試提供了有關(guān)被測(cè)試方法或類的使用方法的文檔。

設(shè)計(jì)測(cè)試策略

現(xiàn)在讓我們看看如何設(shè)計(jì)測(cè)試策略。

測(cè)試範(fàn)圍的定義

在開(kāi)始規(guī)劃測(cè)試策略之前，有一個(gè)重要的問(wèn)題需要回答。你想測(cè)試軟件系統(tǒng)的哪些部分？

這是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，因?yàn)楦F舉測(cè)試是不可能的。因此，你無(wú)法測(cè)試所有可能的輸入和輸出，但你應(yīng)該根據(jù)所涉及的風(fēng)險(xiǎn)對(duì)測(cè)試進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序。

在定義測(cè)試範(fàn)圍時(shí)，需要考慮許多因素：

• 風(fēng)險(xiǎn)：如果錯(cuò)誤影響此組件，會(huì)產(chǎn)生什麼業(yè)務(wù)後果？
• 時(shí)間：你希望軟件產(chǎn)品多久準(zhǔn)備好？你有沒(méi)有最後期限？
• 預(yù)算：你願(yuàn)意投資多少資金用於測(cè)試活動(dòng)？

一旦你定義了測(cè)試範(fàn)圍（指定你應(yīng)該測(cè)試什麼以及不應(yīng)該測(cè)試什麼），你就可以討論一個(gè)好的單元測(cè)試應(yīng)該具備的特性了。

單元測(cè)試的特性

• 快速。單元測(cè)試大多是自動(dòng)執(zhí)行的，這意味著它們必須快速。緩慢的單元測(cè)試更有可能被開(kāi)發(fā)人員跳過(guò)，因?yàn)樗鼈儾粫?huì)提供即時(shí)反饋。
• 獨(dú)立。單元測(cè)試根據(jù)定義是獨(dú)立的。它們測(cè)試單個(gè)代碼單元，並且不依賴於任何外部因素（例如文件或網(wǎng)絡(luò)資源）。
• 可重複。單元測(cè)試會(huì)重複執(zhí)行，並且結(jié)果必須隨時(shí)間保持一致。
• 可靠。只有當(dāng)被測(cè)系統(tǒng)中存在錯(cuò)誤時(shí)，單元測(cè)試才會(huì)失敗。環(huán)境或測(cè)試的執(zhí)行順序不應(yīng)該重要。
• 正確命名。測(cè)試的名稱應(yīng)提供有關(guān)測(cè)試本身的相關(guān)信息。

在深入研究 Python 中的單元測(cè)試之前，還有一個(gè)步驟缺失。我們?nèi)绾谓M織測(cè)試以使它們乾淨(jìng)易讀？我們使用一種稱為準(zhǔn)備、執(zhí)行和斷言 (AAA) 的模式。

AAA 模式

準(zhǔn)備、執(zhí)行和斷言 (AAA) 模式是用於編寫和組織單元測(cè)試的常用策略。它的工作方式如下：

• 在準(zhǔn)備階段，設(shè)置測(cè)試所需的所有對(duì)象和變量。
• 接下來(lái)，在執(zhí)行階段，調(diào)用被測(cè)試的函數(shù)/方法/類。
• 最後，在斷言階段，我們驗(yàn)證測(cè)試的結(jié)果。

此策略通過(guò)分離測(cè)試的所有主要部分（設(shè)置、執(zhí)行和驗(yàn)證）提供了一種干淨(jìng)的方法來(lái)組織單元測(cè)試。此外，單元測(cè)試更容易閱讀，因?yàn)樗鼈兌甲裱嗤慕Y(jié)構(gòu)。

Python 中的單元測(cè)試：unittest 或 pytest？

我們現(xiàn)在將討論 Python 中的兩個(gè)不同的單元測(cè)試框架。這兩個(gè)框架是 unittest 和 pytest。

unittest 簡(jiǎn)介

Python 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)包含 unittest 單元測(cè)試框架。此框架的靈感來(lái)自 JUnit，它是 Java 中的單元測(cè)試框架。

正如官方文檔中所述，unittest 支持我們將在這篇文章中提到的幾個(gè)重要概念：

• 測(cè)試用例，這是測(cè)試的單個(gè)單元
• 測(cè)試套件，這是一組一起執(zhí)行的測(cè)試用例
• 測(cè)試運(yùn)行器，這是處理所有測(cè)試用例的執(zhí)行和結(jié)果的組件

unittest 有自己的編寫測(cè)試的方法。特別是，我們需要：

1. 將我們的測(cè)試編寫為繼承自 unittest.TestCase 類的類的方法
2. 使用特殊的斷言方法

由於 unittest 已經(jīng)安裝，我們準(zhǔn)備編寫我們的第一個(gè)單元測(cè)試！

使用 unittest 編寫單元測(cè)試

假設(shè)我們有 BankAccount 類：

import unittest

class BankAccount:
  def __init__(self, id):
    self.id = id
    self.balance = 0

  def withdraw(self, amount):
    if self.balance >= amount:
      self.balance -= amount
      return True
    return False

  def deposit(self, amount):
    self.balance += amount
    return True

我們不能提取超過(guò)存款可用額度的錢，所以讓我們測(cè)試一下我們的源代碼是否正確處理這種情況。

在同一個(gè) Python 文件中，我們可以添加以下代碼：

class TestBankOperations(unittest.TestCase):
    def test_insufficient_deposit(self):
      # Arrange
      a = BankAccount(1)
      a.deposit(100)
      # Act
      outcome = a.withdraw(200)
      # Assert
      self.assertFalse(outcome)

我們正在創(chuàng)建一個(gè)名為 TestBankOperations 的類，它是 unittest.TestCase 的子類。通過(guò)這種方式，我們正在創(chuàng)建一個(gè)新的測(cè)試用例。

在這個(gè)類中，我們定義了一個(gè)單個(gè)測(cè)試函數(shù)，其方法以 test 開(kāi)頭。這很重要，因?yàn)槊總€(gè)測(cè)試方法都必須以單詞 test 開(kāi)頭。

我們期望此測(cè)試方法返回 False，這意味著操作失敗了。為了斷言結(jié)果，我們使用一個(gè)名為 assertFalse() 的特殊斷言方法。

我們準(zhǔn)備執(zhí)行測(cè)試了。讓我們?cè)诿钚猩线\(yùn)行此命令：

python -m unittest example.py

這裡，example.py 是包含所有源代碼的文件的名稱。輸出應(yīng)該如下所示：

<code>.
----------------------------------------------------------------------
Ran 1 test in 0.001s

OK</code>

很好！這意味著我們的測(cè)試成功了。現(xiàn)在讓我們看看當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)輸出是什麼樣的。我們將一個(gè)新的測(cè)試添加到之前的類中。讓我們嘗試存入負(fù)數(shù)金額，這當(dāng)然是不可能的。我們的代碼會(huì)處理這種情況嗎？

這是我們的新測(cè)試方法：

  def test_negative_deposit(self):
    # Arrange
    a = BankAccount(1)
    # Act
    outcome = a.deposit(-100)
    # Assert
    self.assertFalse(outcome)

我們可以使用 unittest 的詳細(xì)模式來(lái)執(zhí)行此測(cè)試，方法是使用 -v 標(biāo)誌：

python -m unittest -v example.py

現(xiàn)在的輸出不同了：

<code>test_insufficient_deposit (example.TestBankOperations) ... ok
test_negative_deposit (example.TestBankOperations) ... FAIL

======================================================================
FAIL: test_negative_deposit (example.TestBankOperations)
----------------------------------------------------------------------
Traceback (most recent call last):
  File "example.py", line 35, in test_negative_deposit
    self.assertFalse(outcome)
AssertionError: True is not false

----------------------------------------------------------------------
Ran 2 tests in 0.002s

FAILED (failures=1)</code>

在這種情況下，詳細(xì)標(biāo)誌為我們提供了更多信息。我們知道 test_negative_deposit 失敗了。特別是，AssertionError 告訴我們，預(yù)期結(jié)果應(yīng)該是 false，但 True 不是 false，這意味著該方法返回了 True。

unittest 框架根據(jù)我們的需求提供不同的斷言方法：

• assertEqual(x,y)，測(cè)試 x == y 是否成立
• assertRaises(exception_type)，檢查是否引發(fā)了特定異常
• assertIsNone(x)，測(cè)試 x 是否為 None
• assertIn(x,y)，測(cè)試 x 是否在 y 中

現(xiàn)在我們已經(jīng)基本了解瞭如何使用 unittest 框架編寫單元測(cè)試，讓我們來(lái)看看另一個(gè)名為 pytest 的 Python 框架。

pytest 簡(jiǎn)介

pytest 框架是一個(gè) Python 單元測(cè)試框架，它具有一些相關(guān)的特性：

• 它允許使用更少的代碼進(jìn)行複雜的測(cè)試
• 它支持 unittest 測(cè)試套件
• 它提供超過(guò) 800 個(gè)外部插件

由於 pytest 默認(rèn)情況下未安裝，因此我們必須先安裝它。請(qǐng)注意，pytest 需要 Python 3.7 。

安裝 pytest

安裝 pytest 非常容易。你只需要運(yùn)行以下命令：

import unittest

class BankAccount:
  def __init__(self, id):
    self.id = id
    self.balance = 0

  def withdraw(self, amount):
    if self.balance >= amount:
      self.balance -= amount
      return True
    return False

  def deposit(self, amount):
    self.balance += amount
    return True

然後通過(guò)鍵入以下內(nèi)容檢查一切是否已正確安裝：

class TestBankOperations(unittest.TestCase):
    def test_insufficient_deposit(self):
      # Arrange
      a = BankAccount(1)
      a.deposit(100)
      # Act
      outcome = a.withdraw(200)
      # Assert
      self.assertFalse(outcome)

輸出應(yīng)該如下所示：

python -m unittest example.py

很好！讓我們使用 pytest 編寫第一個(gè)測(cè)試。

使用 pytest 編寫單元測(cè)試

我們將使用之前編寫的 BankAccount 類，我們將測(cè)試與之前相同的 method。通過(guò)這種方式，更容易比較使用這兩個(gè)框架編寫測(cè)試所需的努力。

要使用 pytest 進(jìn)行測(cè)試，我們需要：

• 創(chuàng)建一個(gè)目錄並將我們的測(cè)試文件放入其中。
• 在名稱以 test_ 開(kāi)頭或以 _test.py 結(jié)尾的文件中編寫我們的測(cè)試。 pytest 將在當(dāng)前目錄及其子目錄中查找這些文件。

因此，我們創(chuàng)建一個(gè)名為 test_bank.py 的文件並將其放入文件夾中。這是我們的第一個(gè)測(cè)試函數(shù)的樣子：

<code>.
----------------------------------------------------------------------
Ran 1 test in 0.001s

OK</code>

正如你所注意到的，與 unittest 版本相比，唯一改變的是 assert 部分。在這裡，我們使用普通的 Python 斷言方法。

現(xiàn)在我們可以看看 test_bank.py 文件：

  def test_negative_deposit(self):
    # Arrange
    a = BankAccount(1)
    # Act
    outcome = a.deposit(-100)
    # Assert
    self.assertFalse(outcome)

要運(yùn)行此測(cè)試，讓我們?cè)诎?test_bank.py 文件的文件夾中打開(kāi)一個(gè)命令提示符。然後，運(yùn)行以下命令：

python -m unittest -v example.py

輸出將如下所示：

<code>test_insufficient_deposit (example.TestBankOperations) ... ok
test_negative_deposit (example.TestBankOperations) ... FAIL

======================================================================
FAIL: test_negative_deposit (example.TestBankOperations)
----------------------------------------------------------------------
Traceback (most recent call last):
  File "example.py", line 35, in test_negative_deposit
    self.assertFalse(outcome)
AssertionError: True is not false

----------------------------------------------------------------------
Ran 2 tests in 0.002s

FAILED (failures=1)</code>

在這種情況下，我們可以看到編寫和執(zhí)行測(cè)試是多麼容易。此外，我們可以看到與 unittest 相比，我們編寫的代碼更少。測(cè)試的結(jié)果也很容易理解。

讓我們繼續(xù)看看失敗的測(cè)試！

我們使用之前編寫的第二個(gè)方法，它被稱為 test_negative_deposit。我們重構(gòu) assert 部分，結(jié)果如下：

pip install -U pytest

我們像以前一樣運(yùn)行測(cè)試，這應(yīng)該是輸出：

pytest --version

通過(guò)解析輸出，我們可以讀取 collected 2 items，這意味著已經(jīng)執(zhí)行了兩個(gè)測(cè)試。向下滾動(dòng)，我們可以看到在測(cè)試 test_negative_deposit 方法時(shí)發(fā)生了一個(gè)錯(cuò)誤。特別是，錯(cuò)誤發(fā)生在評(píng)估斷言時(shí)。此外，報(bào)告還指出 outcome 變量的值為 True，這意味著 deposit 方法包含錯(cuò)誤。

由於 pytest 使用默認(rèn)的 Python 斷言關(guān)鍵字，我們可以將獲得的任何輸出與存儲(chǔ)預(yù)期結(jié)果的另一個(gè)變量進(jìn)行比較。所有這些都不需要使用特殊的斷言方法。

結(jié)論

總而言之，在本文中，我們介紹了軟件測(cè)試的基礎(chǔ)知識(shí)。我們發(fā)現(xiàn)了為什麼軟件測(cè)試至關(guān)重要以及為什麼每個(gè)人都應(yīng)該測(cè)試他們的代碼。我們討論了單元測(cè)試以及如何在 Python 中設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的單元測(cè)試。

我們使用了兩個(gè)名為 unittest 和 pytest 的 Python 框架。兩者都具有有用的功能，並且它們是 Python 單元測(cè)試中最常用的兩個(gè)框架。

最後，我們看到了兩個(gè)基本的測(cè)試用例，以讓你了解如何按照準(zhǔn)備、執(zhí)行和斷言模式編寫測(cè)試。

我希望我已經(jīng)說(shuō)服你軟件測(cè)試的重要性。選擇一個(gè)框架，例如 unittest 或 pytest，然後開(kāi)始測(cè)試——因?yàn)轭~外的努力是值得的！

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關(guān)於 Python 單元測(cè)試的常見(jiàn)問(wèn)題

什麼是 Python 中的單元測(cè)試？ Python 中的單元測(cè)試是一種軟件測(cè)試技術(shù)，其中程序的單個(gè)單元或組件被隔離測(cè)試，以確保每個(gè)單元都能按預(yù)期工作。

為什麼單元測(cè)試在 Python 開(kāi)發(fā)中很重要？單元測(cè)試有助於確保 Python 程序中各個(gè)組件的正確性。它有助於儘早發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，為代碼更改提供安全網(wǎng)，並支持代碼的可維護(hù)性。

如何在 Python 中編寫單元測(cè)試？ Python 中的單元測(cè)試通常使用內(nèi)置的 unittest 模塊編寫。你創(chuàng)建繼承自 unittest.TestCase 的測(cè)試類，並在這些類中編寫測(cè)試方法。測(cè)試方法通常以“test”開(kāi)頭。

除了 unittest，我還能使用哪些其他框架進(jìn)行 Python 單元測(cè)試？是的，除了 unittest 之外，還有其他流行的 Python 測(cè)試框架，例如 pytest 和 nose2。這些框架提供了不同的功能和語(yǔ)法，使開(kāi)發(fā)人員可以選擇最適合其需求的框架。

Python 單元測(cè)試中的 fixture 的作用是什麼？ Fixture 是一種在 Python 中設(shè)置前提條件並在測(cè)試後清理的方法。它們有助於確保測(cè)試是獨(dú)立的並且可以獨(dú)立運(yùn)行。

什麼是測(cè)試覆蓋率，為什麼它很重要？測(cè)試覆蓋率衡量的是你的測(cè)試所執(zhí)行的代碼庫(kù)的百分比。它有助於識(shí)別未經(jīng)測(cè)試的代碼，並確保你的測(cè)試是全面的，從而減少發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的可能性。

在 Python 中編寫有效的單元測(cè)試有哪些最佳實(shí)踐？是的，一些最佳實(shí)踐包括編寫?yīng)毩⒑透綦x的測(cè)試，使用描述性的測(cè)試方法名稱以及測(cè)試邊界情況。此外，要努力獲得良好的測(cè)試覆蓋率並經(jīng)常運(yùn)行測(cè)試。

以上是python單元測(cè)試指南，並結(jié)成pytest的詳細(xì)內(nèi)容。更多資訊請(qǐng)關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章！