Python 测试驱动开发学习的实践案例

xiaoshi 05-30 18 抢沙发

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摘要： ...

Python测试驱动开发实战：从零构建一个计算器应用

测试驱动开发(TDD)是现代软件开发中越来越受欢迎的方法论。本文将通过一个完整的Python项目案例，带你体验TDD的实际应用过程，掌握这一提升代码质量的有效方法。

什么是测试驱动开发？

测试驱动开发是一种先写测试再写实现代码的开发方式。它的核心流程可以概括为"红-绿-重构"循环：

红：先编写一个会失败的测试（测试框架会显示红色）
绿：编写最简单的代码使测试通过（变为绿色）
重构：优化代码结构，同时保持测试通过

这种开发方式能带来诸多好处：更清晰的接口设计、更高的代码覆盖率、更少的回归缺陷，以及更易于维护的代码库。

实战项目：简易计算器

我们将使用TDD方法开发一个支持加、减、乘、除的计算器类。这个案例虽然简单，但能完整展示TDD的工作流程。

1. 环境准备

首先确保安装了Python和pytest测试框架：

pip install pytest

创建项目结构：

calculator/
├── calculator.py   # 主实现文件
└── test_calculator.py  # 测试文件

2. 第一个测试：加法功能

按照TDD原则，我们先写测试。在test_calculator.py中：

from calculator import Calculator

def test_add():
    calc = Calculator()
    result = calc.add(2, 3)
    assert result == 5

运行测试会失败，因为我们还没有实现Calculator类。这正是TDD预期的"红"阶段。

现在实现最简单的加法功能，calculator.py中：

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

再次运行测试，应该通过（"绿"阶段）。

3. 扩展功能：减法

继续TDD循环，先写减法测试：

def test_subtract():
    calc = Calculator()
    result = calc.subtract(5, 2)
    assert result == 3

测试失败后，实现减法：

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

4. 处理边界情况：除零错误

除法需要考虑除数为零的情况。先写测试：

import pytest

def test_divide_by_zero():
    calc = Calculator()
    with pytest.raises(ValueError):
        calc.divide(10, 0)

然后实现除法方法：

def divide(self, a, b):
    if b == 0:
        raise ValueError("Cannot divide by zero")
    return a / b

5. 重构阶段

随着功能增加，我们可以优化代码结构。例如，发现每个测试都创建Calculator实例，可以使用pytest的fixture：

import pytest
from calculator import Calculator

@pytest.fixture
def calc():
    return Calculator()

def test_add(calc):
    assert calc.add(2, 3) == 5

def test_subtract(calc):
    assert calc.subtract(5, 2) == 3

def test_divide_by_zero(calc):
    with pytest.raises(ValueError):
        calc.divide(10, 0)

TDD进阶技巧

1. 参数化测试

对于相似测试用例，可以使用参数化减少重复代码：

import pytest

@pytest.mark.parametrize("a,b,expected", [
    (1, 1, 1),
    (2, 3, 6),
    (5, 0, 0)
])
def test_multiply(calc, a, b, expected):
    assert calc.multiply(a, b) == expected

2. 测试覆盖率

安装pytest-cov检查测试覆盖率：

pip install pytest-cov
pytest --cov=calculator

目标是达到100%的代码覆盖率，确保每个分支都被测试到。

3. 持续集成

将TDD与CI工具（如GitHub Actions）结合，确保每次提交都运行测试：

name: Python Test

on: [push]

jobs:
  test:
    runs-on: ubuntu-latest
    steps:
    - uses: actions/checkout@v2
    - name: Set up Python
      uses: actions/setup-python@v2
    - name: Install dependencies
      run: |
        python -m pip install --upgrade pip
        pip install pytest pytest-cov
    - name: Test with pytest
      run: |
        pytest --cov=calculator