逍遙文工作室

前一篇談到回歸測試 (Regression Testing)，這次來了解單元測試 (Unit Testing)。

以軟體開發大範疇角度來看，我是非常支持做單元測試，因為可以確保每個程式元件、功能流程的正確性。

若以我開發 App 的開發者偏向用戶方來說，就會以時間成本來做取捨，因為需要測試的範圍變得相當廣泛，然而可以簡單分為兩部分：數據 (Data) 與介面 (Interface)，若取其優先順序，會著重在數據方面來做單元測試。🙃

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單元測試可以簡單解釋，也能詳盡探討，於是我列了幾個關鍵問題，從中來發散與歸納重點。

• 什麼是單元測試？
• 為什麼叫單元測試？
• 為什麼要做單元測試？
• 單元測試所需要的時間成本？
• 單元測試的優點與缺點？

什麼是單元測試？

單元測試（Unit Testing）是一種軟體測試方法，用來驗證應用程式中的單獨模塊或部件（即「單元」）是否按照預期工作。這些單元通常是指一個函數 (Function)、一個方法 (Method) 或一個類 (Class)。

單元測試的主要目的是在程式碼的最小單位上進行驗證，以確保每個單元都能獨立地正確運行。這有助於在開發過程的早期階段發現和修正錯誤，從而提高軟體的品質和可靠性。

單元測試的特點

1. 獨立性：單元測試應該獨立於其他測試，這樣可以確保測試結果是由單元本身的功能引起的，而不是由於其他單元的影響。
2. 自動化：單元測試通常是自動化的，可以由測試框架運行，以提高效率和一致性。
3. 快速執行：由於單元測試只測試單個功能模塊，它們通常執行速度很快，這有助於頻繁的測試和快速反饋。

為什麼叫單元測試？

單元測試之所以叫做「單元測試」，是因為它專注於對軟體的最小單位進行測試。這個「單元」通常是指一個功能、方法、類或模塊。在程式設計中，這些單元是可以單獨測試和驗證的小片段程式碼。

具體原因包括：

1. 測試最小單位：單元測試關注於軟體的最小可測試部分。這些單元可以是單個函數、方法或類的成員。測試這些最小單位可以幫助確保每個部分都正確無誤，從而為整個系統的正確性奠定基礎。
2. 隔離測試：單元測試通常在隔離的環境中進行，不依賴於其他單元或外部系統（例如資料庫、網路等）。這樣可以確保測試結果僅受測試單元本身的影響，有助於準確定位錯誤。
3. 細粒度：單元測試是細粒度的測試方法。它的粒度比整合測試、系統測試或驗收測試都要細。這種細粒度測試方法有助於發現程式碼中的細微錯誤。
4. 模塊化開發：單元測試鼓勵模塊化程式設計，使得開發者撰寫的程式碼更加可重用和易於維護。每個單元都有明確的功能，測試也變得更加清晰和有針對性。

單元測試的流程

1. 設計測試用例：針對單元的功能設計測試用例，這些用例應該覆蓋不同的輸入情況和邊界條件。
2. 編寫測試程式碼：使用單元測試框架編寫測試程式碼，這些程式碼用來驗證單元的輸入和輸出是否符合預期。
3. 運行測試：運行測試程式碼，檢查測試結果。如果所有測試用例都通過，則說明單元功能正確；如果有測試用例未通過，則需要調試和修正程式碼。
4. 重構程式碼：在保證所有單元測試通過的前提下，可以對程式碼進行重構，以提高程式碼品質和可維護性。

總結

單元測試之所以得名，是因為它專注於對軟體系統的單個單元進行測試。這種測試方法不僅有助於早期發現和修正錯誤，還能促進良好的編碼習慣，提高軟體的整體品質和穩定性。

為什麼要做單元測試？

單元測試在軟體開發過程中具有許多重要的作用和好處，這些好處使得單元測試成為高品質軟體開發的關鍵組成部分。以下是做單元測試的一些主要原因：

1. 早期發現和修正錯誤

• 降低成本：在開發的早期階段發現和修正錯誤比在後期（例如在整合或系統測試階段）發現錯誤要更經濟。
• 快速反饋：單元測試通常執行速度很快，能夠提供即時的反饋，讓開發者能夠迅速識別和解決問題。

2. 提高程式碼品質

• 強制良好設計：撰寫單元測試促使開發者編寫模塊化、易於維護和測試的程式碼。
• 防止回歸：一旦撰寫了單元測試，就能夠在程式碼變更時快速檢測出是否有功能被意外破壞。

3. 改善程式碼設計

• 設計更清晰：在撰寫單元測試時，開發者往往需要考慮程式碼的邊界條件和異常情況，這有助於更清晰地設計和實現功能。
• 促進重構：有了單元測試，開發者可以更有信心地重構程式碼，因為可以確保重構後的程式碼仍然正確運行。

4. 提高開發效率

• 自動化測試：單元測試是自動化的，能夠在每次程式碼變更時自動運行，減少手動測試的需求。
• 減少調試時間：通過自動化測試，開發者可以減少花在手動調試上的時間，專注於開發新功能。

5. 提供文件

• 示例程式碼：單元測試本身可以作為程式碼的使用示例，幫助其他開發者理解程式碼的功能和使用方法。
• 行為文件：單元測試記錄了程式碼在不同情況下的預期行為，這有助於未來的維護和擴展。

6. 支持敏捷開發和持續整合

• 敏捷實踐：單元測試是敏捷開發中持續整合和持續交付的基礎，能夠保證高頻率的小步驟變更的穩定性。
• 持續整合：在持續整合環境中，單元測試可以自動運行，保證每次程式碼提交都不會破壞現有功能。

結論

總之，單元測試不僅能夠提高軟體品質和可靠性，還能提升開發效率，促進良好的程式碼設計和實踐。因此，單元測試是一種非常重要且有效的軟體開發技術。

單元測試所需要的時間成本？

單元測試所需要的時間成本主要體現在以下幾個方面：

1. 撰寫測試用例的時間

• 開發者的投入：撰寫單元測試需要開發者花費額外的時間來編寫測試用例，這包括設計測試場景、撰寫測試程式碼以及驗證測試結果。根據程式碼的複雜性，這部分時間成本可能會有所不同。
• 測試設計：良好的單元測試需要覆蓋多種情況，包括正常情況、邊界條件和異常情況，這要求開發者在編寫測試用例時要仔細考慮。

2. 維護測試用例的時間

• 測試更新：當應用程式的程式碼發生變更時，對應的單元測試可能需要進行更新和修改，以確保測試用例仍然有效且準確。
• 測試重構：隨著應用程式的發展，測試程式碼也可能需要重構和優化，以提高可維護性和可讀性。

3. 執行測試的時間

• 測試運行：單元測試通常執行速度很快，但對於大型項目來說，成千上萬個測試用例的執行也需要一定的時間。這部分時間成本主要在持續整合和持續交付過程中體現。
• 持續整合：在CI/CD（持續整合/持續交付）管道中，自動化運行單元測試會增加一些時間成本，但這有助於及時發現和修復問題。

4. 初期學習成本

• 學習曲線：對於沒有單元測試經驗的開發者來說，學習如何編寫有效的單元測試、熟悉測試框架和工具需要一定的時間。
• 最佳實踐：開發者需要了解單元測試的最佳實踐，如如何設計高品質的測試用例、如何進行依賴注入和模擬測試等。

5. 總體時間成本

雖然單元測試在初期會增加開發時間，但從長遠來看，單元測試能夠顯著降低整體開發成本。這是因為單元測試能夠：

• 早期發現並修正錯誤，減少後期修正的代價。
• 提高程式碼的可靠性，減少生產環境中的錯誤。
• 促進重構和改進程式碼設計，使得程式碼更易於維護和擴展。

綜合考量

單元測試的時間成本在初期確實會增加一些開發時間，但這些成本通常可以通過以下方式抵消：

• 減少調試時間：及早發現問題可以減少後期調試和修正錯誤的時間。
• 提高開發效率：自動化測試能夠在每次程式碼變更時快速驗證功能，減少手動測試的需求。
• 提升軟體品質：高品質的程式碼能夠減少生產環境中的錯誤，降低維護成本。

總的來說，單元測試是一種值得投入的技術，能夠在長期內顯著提高軟體開發的品質和效率。

單元測試的優點與缺點

單元測試在軟體開發中扮演著重要的角色，它具有許多優點，但也存在一些缺點。以下是單元測試的主要優點和缺點：

優點

1. 早期發現錯誤
   • 降低成本：在開發的早期階段發現和修正錯誤，比在後期（如整合測試或系統測試階段）發現錯誤要更經濟。
   • 快速反饋：單元測試能夠提供即時的反饋，讓開發者迅速識別和解決問題。
2. 提高程式碼品質
   • 強制良好設計：撰寫單元測試促使開發者編寫模塊化、易於維護和測試的程式碼。
   • 防止回歸：一旦撰寫了單元測試，就能夠在程式碼變更時快速檢測出是否有功能被意外破壞。
3. 促進重構
   • 安全重構：有了單元測試，開發者可以更有信心地重構程式碼，因為可以確保重構後的程式碼仍然正確運行。
   • 改進設計：單元測試使得程式碼更易於維護和擴展，促進良好的設計實踐。
4. 提高開發效率
   • 自動化測試：單元測試是自動化的，能夠在每次程式碼變更時自動運行，減少手動測試的需求。
   • 減少調試時間：及早發現問題可以減少後期調試和修正錯誤的時間。
5. 提供文件
   • 示例程式碼：單元測試本身可以作為程式碼的使用示例，幫助其他開發者理解程式碼的功能和使用方法。
   • 行為文件：單元測試記錄了程式碼在不同情況下的預期行為，這有助於未來的維護和擴展。
6. 支持敏捷開發和持續整合
   • 敏捷實踐：單元測試是敏捷開發中持續整合和持續交付的基礎，能夠保證高頻率的小步驟變更的穩定性。
   • 持續整合：在CI/CD（持續整合/持續交付）管道中，自動化運行單元測試有助於及時發現和修復問題。

缺點

1. 初期開發成本
   • 額外時間：撰寫單元測試需要花費額外的時間和精力，特別是在開發初期。
   • 學習曲線：對於沒有單元測試經驗的開發者來說，學習如何編寫有效的單元測試需要一定的時間。
2. 維護成本
   • 測試更新：當應用程式的程式碼發生變更時，對應的單元測試可能需要進行更新和修改，以確保測試用例仍然有效且準確。
   • 測試重構：隨著應用程式的發展，測試程式碼也可能需要重構和優化。
3. 有限的測試範圍
   • 無法測試整體行為：單元測試只能測試單個模塊或函數的行為，無法測試模塊之間的交互和整體系統的行為。
   • 依賴注入和模擬：為了測試某些功能，可能需要使用依賴注入和模擬對象，這可能增加測試的複雜性。
4. 測試漏掉的邊界情況
   • 不完整測試：如果測試用例設計不完善，可能會漏掉某些邊界情況或異常情況，導致測試結果不全面。
   • 過度依賴：過度依賴單元測試可能忽略其他重要的測試（如整合測試、系統測試和驗收測試），導致整體測試覆蓋率不足。

結論

單元測試是一種非常有價值的軟體開發技術，能夠顯著提高代碼品質和開發效率。然而，它也有一定的缺點和限制。為了充分發揮單元測試的優勢，開發團隊應該平衡初期的時間投入和後期的效益，並與其他測試方法（如整合測試和系統測試）相結合，從而實現全面的測試覆蓋。

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說實在話，以上的理論是相當理想而美好，然而一旦考量時間成本，就必須以較優先的任務來進行。比如老闆想看到優質的使用者介面，且顯示的數據資料都是正確無誤，那麼工程師就以用戶的角色來做測試，老闆看不到的以程式碼來做單元測試，就可以暫時忽略。😌

我認為比較適合單元測試 (Unit Testing) 的場景是在後端，也就是著重在數據資料的 Input 和 Output，這兩者是相當容易來明確規範，像是字數長度、數字範圍等等。後端做好的串接介面是要給前端工程師使用，那麼就有必要確保 Input 和 Output 符合規格，每次增修、優化都跑過單元測試，使得前端工程師將不必再花時間測試 API，能把重心放在使用者介面與使用者體驗上。😎