第 11 章 测试代码
编写函数或类时,还可为其编写测试。通过测试,可确定代码面对各种输入都能够按要求的那样工作。测试让你信心满满,深信即便有更多的人使用你的程序,它也能正确地工作。在程序中添加新代码时,你也可以对其进行测试,确认它们不会破坏程序既有的行为。程序员都会犯错,因此每个程序员都必须经常测试其代码,在用户发现问题前找出它们。
在本章中,你将学习如何使用Python模块
unittest
中的工具来测试代码。你将学习编写测试用例,核实一系列输入都将得到预期的输出。你将看到测试通过了是什么样子,测试未通过又是什么样子,还将知道测试未通过如何有助于改进代码。你将学习如何测试函数和类,并将知道该为项目编写多少个测试。
11.1 测试函数
要学习测试,得有要测试的代码。下面是一个简单的函数,它接受名和姓并返回整洁的姓名:
name_function.py
def get_formatted_name(first, last):
"""Generate a neatly formatted full name."""
full_name = first + ' ' + last
return full_name.title()
函数get_formatted_name()
将名和姓合并成姓名,在名和姓之间加上一个空格,并将它们的首字母都大写,再返回结果。为核实get_formatted_name()
像期望的那样工作,我们来编写一个使用这个函数的程序。程序names.py让用户输入名和姓,并显示整洁的全名:
names.py
from name_function import get_formatted_name
print("Enter 'q' at any time to quit.")
while True:
first = input("\nPlease give me a first name: ")
if first == 'q':
break
last = input("Please give me a last name: ")
if last == 'q':
break
formatted_name = get_formatted_name(first, last)
print("\tNeatly formatted name: " + formatted_name + '.')
这个程序从name_function.py中导入get_formatted_name()
。用户可输入一系列的名和姓,并看到格式整洁的全名:
- Enter 'q' at any time to quit.
- Please give me a first name: janis
- Please give me a last name: joplin
- Neatly formatted name: Janis Joplin.
- Please give me a first name: bob
- Please give me a last name: dylan
- Neatly formatted name: Bob Dylan.
- Please give me a first name: q
从上述输出可知,合并得到的姓名正确无误。现在假设我们要修改get_formatted_name()
,使其还能够处理中间名。这样做时,我们要确保不破坏这个函数处理只有名和姓的姓名的方式。为此,我们可以在每次修改get_formatted_name()
后都进行测试:运行程序names.py,并输入像Janis Joplin
这样的姓名,但这太烦琐了。所幸Python提供了一种自动测试函数输出的高效方式。倘若我们对get_formatted_name()
进行自动测试,就能始终信心满满,确信给这个函数提供我们测试过的姓名时,它都能正确地工作。
11.1.1 单元测试和测试用例
Python标准库中的模块unittest
提供了代码测试工具。单元测试用于核实函数的某个方面没有问题;测试用例是一组单元测试,这些单元测试一起核实函数在各种情形下的行为都符合要求。良好的测试用例考虑到了函数可能收到的各种输入,包含针对所有这些情形的测试。全覆盖式测试用例包含一整套单元测试,涵盖了各种可能的函数使用方式。对于大型项目,要实现全覆盖可能很难。通常,最初只要针对代码的重要行为编写测试即可,等项目被广泛使用时再考虑全覆盖。
11.1.2 可通过的测试
创建测试用例的语法需要一段时间才能习惯,但测试用例创建后,再添加针对函数的单元测试就很简单了。要为函数编写测试用例,可先导入模块unittest
以及要测试的函数,再创建一个继承unittest.TestCase
的类,并编写一系列方法对函数行为的不同方面进行测试。
下面是一个只包含一个方法的测试用例,它检查函数get_formatted_name()
在给定名和姓时能否正确地工作:
test_name_function.py
import unittest
from name_function import get_formatted_name
class NamesTestCase(unittest.TestCase): ❶
"""测试name_function.py"""
def test_first_last_name(self):
"""能够正确地处理像Janis Joplin这样的姓名吗?"""
formatted_name = get_formatted_name('janis', 'joplin') ❷
self.assertEqual(formatted_name, 'Janis Joplin') ❸
unittest.main()
首先,我们导入了模块unittest
和要测试的函数get_formatted_name()
。在❶处,我们创建了一个名为NamesTestCase
的类,用于包含一系列针对get_formatted_name()
的单元测试。你可随便给这个类命名,但最好让它看起来与要测试的函数相关,并包含字样Test。这个类必须继承unittest.TestCase
类,这样Python才知道如何运行你编写的测试。
NamesTestCase
只包含一个方法,用于测试get_formatted_name()
的一个方面。我们将这个方法命名为test_first_last_name()
,因为我们要核实的是只有名和姓的姓名能否被正确地格式化。我们运行testname_function.py时,所有以test
打头的方法都将自动运行。在这个方法中,我们调用了要测试的函数,并存储了要测试的返回值。在这个示例中,我们使用实参'janis'
和'joplin'
调用get_formatted_name()
,并将结果存储到变量formatted_name
中(见❷)。
在❸处,我们使用了unittest
类最有用的功能之一:一个断言方法。断言方法用来核实得到的结果是否与期望的结果一致。在这里,我们知道get_formatted_name()
应返回这样的姓名,即名和姓的首字母为大写,且它们之间有一个空格,因此我们期望formatted_name
的值为Janis Joplin
。为检查是否确实如此,我们调用unittest
的方法assertEqual()
,并向它传递formatted_name
和'Janis Joplin'
。代码行self.assertEqual(formatted_name, 'Janis Joplin')
的意思是说:“将formatted_name
的值同字符串'Janis Joplin'
进行比较,如果它们相等,就万事大吉,如果它们不相等,跟我说一声!”
代码行unittest.main()
让Python运行这个文件中的测试。运行test_name_function.py时,得到的输出如下:
.
.
Ran 1 test in 0.000s
OK
第1行的句点表明有一个测试通过了。接下来的一行指出Python运行了一个测试,消耗的时间不到0.001秒。最后的OK
表明该测试用例中的所有单元测试都通过了。
上述输出表明,给定包含名和姓的姓名时,函数get_formatted_name()
总是能正确地处理。修改get_formatted_name()
后,可再次运行这个测试用例。如果它通过了,我们就知道在给定Janis Joplin
这样的姓名时,这个函数依然能够正确地处理。
11.1.3 不能通过的测试
测试未通过时结果是什么样的呢?我们来修改get_formatted_name()
,使其能够处理中间名,但这样做时,故意让这个函数无法正确地处理像Janis Joplin这样只有名和姓的姓名。
下面是函数get_formatted_name()
的新版本,它要求通过一个实参指定中间名:
name_function.py
def get_formatted_name(first, middle, last):
"""生成整洁的姓名"""
full_name = first + ' ' + middle + ' ' + last
return full_name.title()
这个版本应该能够正确地处理包含中间名的姓名,但对其进行测试时,我们发现它再也不能正确地处理只有名和姓的姓名。这次运行程序test_name_function.py时,输出如下:
E ❶
E ❶
ERROR: testfirstlast_name (__main.NamesTestCase) ❷
Traceback (most recent call last): ❸
File "test_name_function.py", line 8, in test_first_last_name
formatted_name = get_formatted_name('janis', 'joplin')
TypeError: get_formatted_name() missing 1 required positional argument: 'last'
Ran 1 test in 0.000s ❹
FAILED (errors=1) ❺
其中包含的信息很多,因为测试未通过时,需要让你知道的事情可能有很多。第1行输出只有一个字母E
(见❶),它指出测试用例中有一个单元测试导致了错误。接下来,我们看到NamesTestCase
中的test_first_last_name()
导致了错误(见❷)。测试用例包含众多单元测试时,知道哪个测试未通过至关重要。在❸处,我们看到了一个标准的traceback,它指出函数调用get_formatted_name('janis', 'joplin')
有问题,因为它缺少一个必不可少的位置实参。
我们还看到运行了一个单元测试(见❹)。最后,还看到了一条消息,它指出整个测试用例都未通过,因为运行该测试用例时发生了一个错误(见❺)。这条消息位于输出末尾,让你一眼就能看到——你可不希望为获悉有多少测试未通过而翻阅长长的输出。
11.1.4 测试未通过时怎么办
测试未通过时怎么办呢?如果你检查的条件没错,测试通过了意味着函数的行为是对的,而测试未通过意味着你编写的新代码有错。因此,测试未通过时,不要修改测试,而应修复导致测试不能通过的代码:检查刚对函数所做的修改,找出导致函数行为不符合预期的修改。
在这个示例中,get_formatted_name()
以前只需要两个实参——名和姓,但现在它要求提供名、中间名和姓。新增的中间名参数是必不可少的,这导致get_formatted_name()
的行为不符合预期。就这里而言,最佳的选择是让中间名变为可选的。这样做后,使用类似于Janis Joplin的姓名进行测试时,测试就会通过了,同时这个函数还能接受中间名。下面来修改get_formatted_name()
,将中间名设置为可选的,然后再次运行这个测试用例。如果通过了,我们接着确认这个函数能够妥善地处理中间名。
要将中间名设置为可选的,可在函数定义中将形参middle
移到形参列表末尾,并将其默认值指定为一个空字符串。我们还要添加一个if
测试,以便根据是否提供了中间名相应地创建姓名:
name_function.py
def get_formatted_name(first, last, middle=''):
"""生成整洁的姓名"""
if middle:
full_name = first + ' ' + middle + ' ' + last
else:
full_name = first + ' ' + last
return full_name.title()
在get_formatted_name()
的这个新版本中,中间名是可选的。如果向这个函数传递了中间名(if middle:
),姓名将包含名、中间名和姓,否则姓名将只包含名和姓。现在,对于两种不同的姓名,这个函数都应该能够正确地处理。为确定这个函数依然能够正确地处理像Janis Joplin这样的姓名,我们再次运行test_name_function.py:
.
.
Ran 1 test in 0.000s
OK
现在,测试用例通过了。太好了,这意味着这个函数又能正确地处理像Janis Joplin这样的姓名了,而且我们无需手工测试这个函数。这个函数很容易就修复了,因为未通过的测试让我们得知新代码破坏了函数原来的行为。
11.1.5 添加新测试
确定get_formatted_name()
又能正确地处理简单的姓名后,我们再编写一个测试,用于测试包含中间名的姓名。为此,我们在NamesTestCase
类中再添加一个方法:
import unittest
from name_function import get_formatted_name
class NamesTestCase(unittest.TestCase):
"""测试name_function.py """
def test_first_last_name(self):
"""能够正确地处理像Janis Joplin这样的姓名吗?"""
formatted_name = get_formatted_name('janis', 'joplin')
self.assertEqual(formatted_name, 'Janis Joplin')
def test_first_last_middle_name(self):
"""能够正确地处理像Wolfgang Amadeus Mozart这样的姓名吗?"""
formatted_name = get_formatted_name( ❶
'wolfgang', 'mozart', 'amadeus')
self.assertEqual(formatted_name, 'Wolfgang Amadeus Mozart')
unittest.main()
我们将这个方法命名为test_first_last_middle_name()
。方法名必须以test_打头,这样它才会在我们运行test_name_function.py时自动运行。这个方法名清楚地指出了它测试的是get_formatted_name()
的哪个行为,这样,如果该测试未通过,我们就会马上知道受影响的是哪种类型的姓名。在TestCase
类中使用很长的方法名是可以的;这些方法的名称必须是描述性的,这才能让你明白测试未通过时的输出;这些方法由Python自动调用,你根本不用编写调用它们的代码。
为测试函数get_formatted_name()
,我们使用名、姓和中间名调用它(见❶),再使用assertEqual()
检查返回的姓名是否与预期的姓名(名、中间名和姓)一致。我们再次运行test_name_function.py时,两个测试都通过了:
..
..
Ran 2 tests in 0.000s
OK
太好了!现在我们知道,这个函数又能正确地处理像Janis Joplin这样的姓名了,我们还深信它也能够正确地处理像Wolfgang Amadeus Mozart这样的姓名。
动手试一试
11-1 城市和国家:编写一个函数,它接受两个形参:一个城市名和一个国家名。这个函数返回一个格式为
City, Country
的字符串,如Santiago, Chile
。将这个函数存储在一个名为city_functions.py的模块中。创建一个名为test_cities.py的程序,对刚编写的函数进行测试(别忘了,你需要导入模块
unittest
以及要测试的函数)。编写一个名为test_city_country()
的方法,核实使用类似于'santiago'
和'chile'
这样的值来调用前述函数时,得到的字符串是正确的。运行test_cities.py
,确认测试test_city_country()
通过了。11-2 人口数量:修改前面的函数,使其包含第三个必不可少的形参
population
,并返回一个格式为City, Country - population xxx
的字符串,如Santiago, Chile - population 5000000
。运行test_cities.py,确认测试test_city_country()
未通过。修改上述函数,将形参
population
设置为可选的。再次运行test_cities.py,确认测试test_city_country()
又通过了。再编写一个名为
test_city_country_population()
的测试,核实可以使用类似于'santiago'
、'chile'
和'population=5000000'
这样的值来调用这个函数。再次运行test_cities.py,确认测试test_city_country_population()
通过了。
11.2 测试类
在本章前半部分,你编写了针对单个函数的测试,下面来编写针对类的测试。很多程序中都会用到类,因此能够证明你的类能够正确地工作会大有裨益。如果针对类的测试通过了,你就能确信对类所做的改进没有意外地破坏其原有的行为。
11.2.1 各种断言方法
Python在unittest.TestCase
类中提供了很多断言方法。前面说过,断言方法检查你认为应该满足的条件是否确实满足。如果该条件确实满足,你对程序行为的假设就得到了确认,你就可以确信其中没有错误。如果你认为应该满足的条件实际上并不满足,Python将引发异常。
表11-1描述了6个常用的断言方法。使用这些方法可核实返回的值等于或不等于预期的值、返回的值为True
或False
、返回的值在列表中或不在列表中。你只能在继承unittest.TestCase
的类中使用这些方法,下面来看看如何在测试类时使用其中的一个。
表11-1 unittest
Module中的断言方法
方法 | 用途 |
---|---|
assertEqual(a, b)
|
核实a == b
|
assertNotEqual(a, b)
|
核实a != b
|
assertTrue(x)
|
核实x 为True
|
assertFalse(x)
|
核实x 为False
|
assertIn(item, list)
|
核实item 在list 中
|
assertNotIn(item, list)
|
核实item 不在list 中
|
11.2.2 一个要测试的类
类的测试与函数的测试相似——你所做的大部分工作都是测试类中方法的行为,但存在一些不同之处,下面来编写一个类进行测试。来看一个帮助管理匿名调查的类:
survey.py
class AnonymousSurvey():
"""收集匿名调查问卷的答案"""
def __init__(self, question): ❶
"""存储一个问题,并为存储答案做准备"""
self.question = question
self.responses = []
def show_question(self): ❷
"""显示调查问卷"""
print(self.question)
def store_response(self, new_response): ❸
"""存储单份调查答卷"""
self.responses.append(new_response)
def show_results(self): ❹
"""显示收集到的所有答卷"""
print("Survey results:")
for response in self.responses:
print('- ' + response)
这个类首先存储了一个你指定的调查问题(见❶),并创建了一个空列表,用于存储答案。这个类包含打印调查问题的方法(见❷)、在答案列表中添加新答案的方法(见❸)以及将存储在列表中的答案都打印出来的方法(见❹)。要创建这个类的实例,只需提供一个问题即可。有了表示调查的实例后,就可使用show_question()
来显示其中的问题,可使用store_response()
来存储答案,并使用show_results()
来显示调查结果。
为证明AnonymousSurvey
类能够正确地工作,我们来编写一个使用它的程序:
language_survey.py
from survey import AnonymousSurvey
#定义一个问题,并创建一个表示调查的AnonymousSurvey对象
question = "What language did you first learn to speak?"
my_survey = AnonymousSurvey(question)
#显示问题并存储答案
my_survey.show_question()
print("Enter 'q' at any time to quit.\n")
while True:
response = input("Language: ")
if response == 'q':
break
my_survey.store_response(response)
# 显示调查结果
print("\nThank you to everyone who participated in the survey!")
my_survey.show_results()
这个程序定义了一个问题("What language did you first learn to speak? "
),并使用这个问题创建了一个AnonymousSurvey
对象。接下来,这个程序调用show_question()
来显示问题,并提示用户输入答案。收到每个答案的同时将其存储起来。用户输入所有答案(输入q
要求退出)后,调用show_results()
来打印调查结果:
- What language did you first learn to speak?
- Enter 'q' at any time to quit.
- Language: English
- Language: Spanish
- Language: English
- Language: Mandarin
- Language: q
- Thank you to everyone who participated in the survey!
- Survey results:
- - English
- - Spanish
- - English
- - Mandarin
AnonymousSurvey
类可用于进行简单的匿名调查。假设我们将它放在了模块survey
中,并想进行改进:让每位用户都可输入多个答案;编写一个方法,它只列出不同的答案,并指出每个答案出现了多少次;再编写一个类,用于管理非匿名调查。
进行上述修改存在风险,可能会影响AnonymousSurvey
类的当前行为。例如,允许每位用户输入多个答案时,可能不小心修改了处理单个答案的方式。要确认在开发这个模块时没有破坏既有行为,可以编写针对这个类的测试。
11.2.3 测试AnonymousSurvey
类
下面来编写一个测试,对AnonymousSurvey
类的行为的一个方面进行验证:如果用户面对调查问题时只提供了一个答案,这个答案也能被妥善地存储。为此,我们将在这个答案被存储后,使用方法assertIn()
来核实它包含在答案列表中:
test_survey.py
import unittest
from survey import AnonymousSurvey
class TestAnonymousSurvey(unittest.TestCase): ❶
"""针对AnonymousSurvey类的测试"""
def test_store_single_response(self): ❷
"""测试单个答案会被妥善地存储"""
question = "What language did you first learn to speak?"
my_survey = AnonymousSurvey(question) ❸
my_survey.store_response('English')
self.assertIn('English', my_survey.responses) ❹
unittest.main()
我们首先导入了模块unittest
以及要测试的类AnonymousSurvey
。我们将测试用例命名为TestAnonymousSurvey
,它也继承了unittest.TestCase
(见❶)。第一个测试方法验证调查问题的单个答案被存储后,会包含在调查结果列表中。对于这个方法,一个不错的描述性名称是test_store_single_response()
(见❷)。如果这个测试未通过,我们就能通过输出中的方法名得知,在存储单个调查答案方面存在问题。
要测试类的行为,需要创建其实例。在❸处,我们使用问题"What language did you first learn to speak?"
创建了一个名为my_survey
的实例,然后使用方法store_response()
存储了单个答案English
。接下来,我们检查English
是否包含在列表my_survey.responses
中,以核实这个答案是否被妥善地存储了(见❹)。
当我们运行test_survey.py时,测试通过了:
.
.
Ran 1 test in 0.001s
OK
这很好,但只能收集一个答案的调查用途不大。下面来核实用户提供三个答案时,它们也将被妥善地存储。为此,我们在TestAnonymousSurvey
中再添加一个方法:
import unittest
from survey import AnonymousSurvey
class TestAnonymousSurvey(unittest.TestCase):
"""针对AnonymousSurvey类的测试"""
def test_store_single_response(self):
"""测试单个答案会被妥善地存储"""
--snip--
def test_store_three_responses(self):
"""测试三个答案会被妥善地存储"""
question = "What language did you first learn to speak?"
my_survey = AnonymousSurvey(question)
responses = ['English', 'Spanish', 'Mandarin'] ❶
for response in responses:
my_survey.store_response(response)
for response in responses: ❷
self.assertIn(response, my_survey.responses)
unittest.main()
我们将这个方法命名为test_store_three_responses()
,并像test_store_single_response()
一样,在其中创建一个调查对象。我们定义了一个包含三个不同答案的列表(见❶),再对其中每个答案都调用store_response()
。存储这些答案后,我们使用一个循环来确认每个答案都包含在my_survey.responses
中(见❷)。
我们再次运行test_survey.py时,两个测试(针对单个答案的测试和针对三个答案的测试)都通过了:
..
..
Ran 2 tests in 0.000s
OK
前述做法的效果很好,但这些测试有些重复的地方。下面使用unittest
的另一项功能来提高它们的效率。
11.2.4 方法setUp()
在前面的testsurvey.py中,我们在每个测试方法中都创建了一个AnonymousSurvey
实例,并在每个方法中都创建了答案。unittest.TestCase
类包含方法setUp()
,让我们只需创建这些对象一次,并在每个测试方法中使用它们。如果你在TestCase
类中包含了方法setUp()
,Python将先运行它,再运行各个以test打头的方法。这样,在你编写的每个测试方法中都可使用在方法setUp()
中创建的对象了。
下面使用setUp()
来创建一个调查对象和一组答案,供方法test_store_single_response()
和test_store_three_responses()
使用:
import unittest
from survey import AnonymousSurvey
class TestAnonymousSurvey(unittest.TestCase):
"""针对AnonymousSurvey类的测试"""
def setUp(self):
"""
创建一个调查对象和一组答案,供使用的测试方法使用
"""
question = "What language did you first learn to speak?"
self.my_survey = AnonymousSurvey(question) ❶
self.responses = ['English', 'Spanish', 'Mandarin'] ❷
def test_store_single_response(self):
"""测试单个答案会被妥善地存储"""
self.my_survey.store_response(self.responses[0])
self.assertIn(self.responses[0], self.my_survey.responses)
def test_store_three_responses(self):
"""测试三个答案会被妥善地存储"""
for response in self.responses:
self.my_survey.store_response(response)
for response in self.responses:
self.assertIn(response, self.my_survey.responses)
unittest.main()
方法setUp()
做了两件事情:创建一个调查对象(见❶);创建一个答案列表(见❷)。存储这两样东西的变量名包含前缀self
(即存储在属性中),因此可在这个类的任何地方使用。这让两个测试方法都更简单,因为它们都不用创建调查对象和答案。方法test_store_single_response()
核实self.responses
中的第一个答案——self.responses[0]
——被妥善地存储,而方法test_store_three_response()
核实self.responses
中的全部三个答案都被妥善地存储。
再次运行test_survey.py时,这两个测试也都通过了。如果要扩展AnonymousSurvey
,使其允许每位用户输入多个答案,这些测试将很有用。修改代码以接受多个答案后,可运行这些测试,确认存储单个答案或一系列答案的行为未受影响。
测试自己编写的类时,方法setUp()
让测试方法编写起来更容易:可在setUp()
方法中创建一系列实例并设置它们的属性,再在测试方法中直接使用这些实例。相比于在每个测试方法中都创建实例并设置其属性,这要容易得多。
注意 运行测试用例时,每完成一个单元测试,Python都打印一个字符:测试通过时打印一个句点;测试引发错误时打印一个
E
;测试导致断言失败时打印一个F
。这就是你运行测试用例时,在输出的第一行中看到的句点和字符数量各不相同的原因。如果测试用例包含很多单元测试,需要运行很长时间,就可通过观察这些结果来获悉有多少个测试通过了。
动手试一试
11-3 雇员:编写一个名为
Employee
的类,其方法__init__()
接受名、姓和年薪,并将它们都存储在属性中。编写一个名为give_raise()
的方法,它默认将年薪增加5000美元,但也能够接受其他的年薪增加量。为
Employee
编写一个测试用例,其中包含两个测试方法:test_give_default_raise()
和test_give_custom_raise()
。使用方法setUp()
,以免在每个测试方法中都创建新的雇员实例。运行这个测试用例,确认两个测试都通过了。
11.3 小结
在本章中,你学习了:如何使用模块unittest
中的工具来为函数和类编写测试;如何编写继承unittest.TestCase
的类,以及如何编写测试方法,以核实函数和类的行为符合预期;如何使用方法setUp()
来根据类高效地创建实例并设置其属性,以便在类的所有测试方法中都可使用它们。
测试是很多初学者都不熟悉的主题。作为初学者,并非必须为你尝试的所有项目编写测试;但参与工作量较大的项目时,你应对自己编写的函数和类的重要行为进行测试。这样你就能够更加确定自己所做的工作不会破坏项目的其他部分,你就能够随心所欲地改进既有代码了。如果不小心破坏了原来的功能,你马上就会知道,从而能够轻松地修复问题。相比于等到不满意的用户报告bug后再采取措施,在测试未通过时采取措施要容易得多。
如果你在项目中包含了初步测试,其他程序员将更敬佩你,他们将能够更得心应手地尝试使用你编写的代码,也更愿意与你合作开发项目。如果你要跟其他程序员开发的项目共享代码,就必须证明你编写的代码通过了既有测试,通常还需要为你添加的新行为编写测试。
请通过多开展测试来熟悉代码测试过程。对于自己编写的函数和类,请编写针对其重要行为的测试,但在项目早期,不要试图去编写全覆盖的测试用例,除非有充分的理由这样做。