极限编程之TDD

      Test-Driven Development(TDD)，是Extreme Programming (XP)--极限编程的一个重要组成部分。

      在上面的图中，列出的的是XP的12个团队实践。Test-Driven Development是其中之一。

      Kent Beck 的著作TDD(Test Driven Development) 中详细讲述了测试驱动开发。

      当你使用TDD的时候一定要说明是测试驱动开发还是测试驱动设计。这两者是有区别的。测试驱动开发，是通过测试定义所要开发的功能的接口，然后实现功能的开发过程。对于测试驱动设计，在XP中似乎已经消失了，而是被测试驱动开发所取代。另外在XP中有用于描述设计的，SimpleDesign ，Design Improvement.

一、测试驱动开发的基本过程

      1） 明确当前要完成的功能。可以记录成一个 TODO 列表。       2） 快速完成针对此功能的测试用例编写。       3） 测试代码编译不通过。       4） 编写对应的功能代码。       5） 测试通过。       6） 对代码进行重构，并保证测试通过。       7） 循环完成所有功能的开发。

二、测试驱动开发的原则

      1）测试隔离。不同代码的测试应该相互隔离。对一块代码的测试只考虑此代码的测试，不要考虑其实现细节（比如它使用了其他类的边界条件）。

      2）一顶帽子。开发人员开发过程中要做不同的工作，比如：编写测试代码、开发功能代码、对代码重构等。做不同的事，承担不同的角色。开发人员完成对应的工作时应该保持注意力集中在当前工作上，而不要过多的考虑其他方面的细节，保证头上只有一顶帽子。避免考虑无关细节过多，无谓地增加复杂度。

      3）测试列表。需要测试的功能点很多。应该在任何阶段想添加功能需求问题时，把相关功能点加到测试列表中，然后继续手头工作。然后不断的完成对应的测试用例、功能代码、重构。一是避免疏漏，也避免干扰当前进行的工作。

      4）测试驱动。这个比较核心。完成某个功能，某个类，首先编写测试代码，考虑其如何使用、如何测试。然后在对其进行设计、编码。

      5）先写断言。测试代码编写时，应该首先编写对功能代码的判断用的断言语句，然后编写相应的辅助语句。

      6）可测试性。功能代码设计、开发时应该具有较强的可测试性。其实遵循比较好的设计原则的代码都具备较好的测试性。比如比较高的内聚性，尽量依赖于接口等。

      7）及时重构。无论是功能代码还是测试代码，对结构不合理，重复的代码等情况，在测试通过后，及时进行重构。

三、测试驱动开发的测试范围

      按大师 Kent Benk 的话，对那些你认为应该测试的代码进行测试，测试驱动开发强调测试并不应该是负担，而应该是帮助我们减轻工作量的方法。

四、TDD的优点

      『充满吸引力的优点』

      完工时完工。表明我可以很清楚的看到自己的这段工作已经结束了，而传统的方式很难知道什么时候编码工作结束了。       全面正确的认识代码和利用代码，而传统的方式没有这个机会。       为利用你成果的人提供Sample，无论它是要利用你的源代码，还是直接重用你提供的组件。
      开发小组间降低了交流成本，提高了相互信赖程度。       避免了过渡设计。       系统可以与详尽的测试集一起发布，从而对程序的将来版本的修改和扩展提供方便。       TDD给了我们自信，让我们今天的问题今天解决，明天的问题明天解决，今天不能解决明天的问题，因为明天的问题还没有出现(没有TestCase)，除非有TestCase否则我决不写任何代码；明天也不必担心今天的问题，只要我亮了绿灯。

      『不显而易见的优点』

      逃避了设计角色。对于一个敏捷的开发小组，每个人都在做设计。       大部分时间代码处在高质量状态，100％的时间里成果是可见的。
      由于可以保证编写测试和编写代码的是相同的程序员，降低了理解代码所花费的成本。       为减少文档和代码之间存在的细微的差别和由这种差别所引入的Bug作出杰出贡献。       在预先设计和紧急设计之间建立一种平衡点，为你区分哪些设计该事先做、哪些设计该迭代时做提供了一个可靠的判断依据。

      『有争议的优点』

       事实上提高了开发效率。每一个正在使用TDD并相信TDD的人都会相信这一点，但观望者则不同，不相信TDD的人甚至坚决反对这一点，这很正常，世界总是这样。
      发现比传统测试方式更多的Bug。       使IDE的调试功能失去意义，或者应该说，避免了令人头痛的调试和节约了调试的时间。       总是处在要么编程要么重构的状态下，不会使人抓狂。（两顶帽子）       单元测试非常有趣。

五、TDD的 优势

      TDD的基本思路就是通过测试来推动整个开发的进行。而测试驱动开发技术并不只是单纯的测试工作。

      需求向来就是软件开发过程中感觉最不好明确描述、易变的东西。这里说的需求不只是指用户的需求，还包括对代码的使用需求。很多开发人员最害怕的就是后期还要修改某个类或者函数的接口进行修改或者扩展，为什么会发生这样的事情就是因为这部分代码的使用需求没有很好的描述。测试驱动开发就是通过编写测试用例，先考虑代码的使用需求（包括功能、过程、接口等），而且这个描述是无二义的，可执行验证的。

      通过编写这部分代码的测试用例，对其功能的分解、使用过程、接口都进行了设计。而且这种从使用角度对代码的设计通常更符合后期开发的需求。可测试的要求，对代码的内聚性的提高和复用都非常有益。因此测试驱动开发也是一种代码设计的过程。

      开发人员通常对编写文档非常厌烦，但要使用、理解别人的代码时通常又希望能有文档进行指导。而测试驱动开发过程中产生的测试用例代码就是对代码的最好的解释。

      快乐工作的基础就是对自己有信心，对自己的工作成果有信心。当前很多开发人员却经常在担心：“代码是否正确？”“辛苦编写的代码还有没有严重bug？”“修改的新代码对其他部分有没有影响？”。这种担心甚至导致某些代码应该修改却不敢修改的地步。测试驱动开发提供的测试集就可以作为你信心的来源。

      当然测试驱动开发最重要的功能还在于保障代码的正确性，能够迅速发现、定位bug。而迅速发现、定位bug是很多开发人员的梦想。针对关键代码的测试集，以及不断完善的测试用例，为迅速发现、定位bug提供了条件。

      我的一段功能非常复杂的代码使用TDD开发完成，真实环境应用中只发现几个bug，而且很快被定位解决。您在应用后，也一定会为那种自信的开发过程，功能不断增加、完善的感觉，迅速发现、定位bug的能力所感染，喜欢这个技术的。

      那么是什么样的原理、方法提供上面说的这些好处哪？下面我们就看看TDD的原理。

六、TDD的原理

      测试驱动开发的基本思想就是在开发功能代码之前，先编写测试代码。也就是说在明确要开发某个功能后，首先思考如何对这个功能进行测试，并完成测试代码的编写，然后编写相关的代码满足这些测试用例。然后循环进行添加其他功能，直到完全部功能的开发。

      我们这里把这个技术的应用领域从代码编写扩展到整个开发过程。应该对整个开发过程的各个阶段进行测试驱动，首先思考如何对这个阶段进行测试、验证、考核，并编写相关的测试文档，然后开始下一步工作，最后再验证相关的工作。下图是一个比较流行的测试模型：V测试模型。

【图 V测试模型】

      在开发的各个阶段，包括需求分析、概要设计、详细设计、编码过程中都应该考虑相对应的测试工作，完成相关的测试用例的设计、测试方案、测试计划的编写。这里提到的开发阶段只是举例，根据实际的开发活动进行调整。相关的测试文档也不一定是非常详细复杂的文档，或者什么形式，但应该养成测试驱动的习惯。

      关于测试模型，还有X测试模型。这个测试模型，我认为，是对详细阶段和编码阶段进行建模，应该说更详细的描述了详细设计和编码阶段的开发行为。及针对某个功能进行对应的测试驱动开发。

【图 X测试模型】

     基本原理应该说非常简单，那么如何进行实际操作哪，下面对开发过程进行详细的介绍。

七、测试技术　

      1. 测试范围、粒度

      对哪些功能进行测试？会不会太繁琐？什么时候可以停止测试？这些问题比较常见。按大师 Kent Benk 的话，对那些你认为应该测试的代码进行测试。就是说，要相信自己的感觉，自己的经验。那些重要的功能、核心的代码就应该重点测试。感到疲劳就应该停下来休息一下。感觉没有必要更详细的测试，就停止本轮测试。

      测试驱动开发强调测试并不应该是负担，而应该是帮助我们减轻工作量的方法。而对于何时停止编写测试用例，也是应该根据你的经验，功能复杂、核心功能的代码就应该编写更全面、细致的测试用例，否则测试流程即可。

      测试范围没有静态的标准，同时也应该可以随着时间改变。对于开始没有编写足够的测试的功能代码，随着bug的出现，根据bug补齐相关的测试用例即可。

      小步前进的原则，要求我们对大的功能块测试时，应该先分拆成更小的功能块进行测试，比如一个类A使用了类B、C，就应该编写到A使用B、C功能的测试代码前，完成对B、C的测试和开发。那么是不是每个小类或者小函数都应该测试哪？我认为没有必要。你应该运用你的经验，对那些可能出问题的地方重点测试，感觉不可能出问题的地方就等它真正出问题的时候再补测试吧。

      2. 怎么编写测试用例

      测试用例的编写就用上了传统的测试技术。

      操作过程尽量模拟正常使用的过程。       全面的测试用例应该尽量做到分支覆盖，核心代码尽量做到路径覆盖。       测试数据尽量包括：真实数据、边界数据。       测试语句和测试数据应该尽量简单，容易理解。       为了避免对其他代码过多的依赖，可以实现简单的桩函数或桩类（Mock Object）。       如果内部状态非常复杂或者应该判断流程而不是状态，可以通过记录日志字符串的方式进行验证。

八、Tips

      很多朋友有疑问，“测试代码的正确性如何保障？是写测试代码还是写测试文档？”这样是不是会陷入“鸡生蛋，蛋生鸡”的循环。其实是不会的。通常测试代码通常是非常简单的，通常围绕着某个情况的正确性判断的几个语句，如果太复杂，就应该继续分解啦。而传统的开发过程通常强调测试文档。但随着开发节奏的加快，用户需求的不断变化，维护高层（需求、概要设计）的测试文档可以，更低层的测试文档的成本的确太大了。而且可实时验证功能正确性的测试代码就是对代码最好的文档。

      软件开发过程中，除了遵守上面提到的测试驱动开发的几个原则外，一个需要注意的问题就是，谨防过度设计。编写功能代码时应该关注于完成当前功能点，通过测试，使用最简单、直接的方式来编码。过多的考虑后期的扩展，其他功能的添加，无疑增加了过多的复杂性，容易产生问题。应该等到要添加这些特性时在进行详细的测试驱动开发。到时候，有整套测试用例做基础，通过不断重构很容易添加相关特性。

九、FAQ

[什么时候重构？] 如果您在软件公司工作，就意味着您成天都会和想通过重构改善代码质量的想法打交道，不仅您如此，您的大部分同事也都如此。可是，究竟什么时候该重构，什么情况下应该重构呢？我相信您和您的同事可能有很多不同的看法，最常见的答案是“该重构时重构”，“写不下去的时候重构”，和“下一次迭代开始之前重构”，或者干脆就是“最近没时间，就不重构了，下次有时间的时候重构吧”。正如您已经预见到我想说的——这些想法都是对重构的误解。重构不是一种构建软件的工具，不是一种设计软件的模式，也不是一个软件开发过程中的环节，正确理解重构的人应该把重构看成一种书写代码的方式，或习惯，重构时时刻刻有可能发生。在TDD中，除去编写测试用例和实现测试用例之外的所有工作都是重构，所以，没有重构任何设计都不能实现。至于什么时候重构嘛，还要分开看，有三句话是我的经验：实现测试用例时重构代码，完成某个特性时重构设计，产品的重构完成后还要记得重构一下测试用例哦。

[什么时候设计？] 这个问题比前面一个要难回答的多，实话实说，本人在依照TDD开发软件的时候也常常被这个问题困扰，总是觉得有些问题应该在写测试用例之前定下来，而有些问题应该在新增一个一个测试用例的过程中自然出现，水到渠成。所以，我的建议是，设计的时机应该由开发者自己把握，不要受到TDD方式的限制，但是，不需要事先确定的事一定不能事先确定，免得捆住了自己的手脚。

[什么时候增加新的TestCase？] 没事做的时候。通常我们认为，如果你要增加一个新的功能，那么先写一个不能通过的TestCase；如果你发现了一个bug，那么先写一个不能通过的TestCase；如果你现在什么都没有，从0开始，请先写一个不能通过的TestCase。所有的工作都是从一个TestCase开始。此外，还要注意的是，一些大师要求我们每次只允许有一个TestCase亮红灯，在这个TestCase没有Green之前不可以写别的TestCase，这种要求可以适当考虑，但即使有多个TestCase亮红灯也不要紧，并未违反TDD的主要精神。

[TestCase该怎么写？] 测试用例的编写实际上就是两个过程：使用尚不存在的代码和定义这些代码的执行结果。所以一个TestCase也就应该包括两个部分——场景和断言。第一次写TestCase的人会有很大的不适应的感觉，因为你之前所写的所有东西都是在解决问题，现在要你提出问题确实不大习惯，不过不用担心，你正在做正确的事情，而这个世界上最难的事情也不在于如何解决问题，而在于ask the right question！

[TDD能帮助我消除Bug吗？] 答：不能！千万不要把“测试”和“除虫”混为一谈！“除虫”是指程序员通过自己的努力来减少bug的数量（消除bug这样的字眼我们还是不要讲为好^_^），而“测试”是指程序员书写产品以外的一段代码来确保产品能有效工作。虽然TDD所编写的测试用例在一定程度上为寻找bug提供了依据，但事实上，按照TDD的方式进行的软件开发是不可能通过TDD再找到bug的（想想我们前面说的“完工时完工”），你想啊，当我们的代码完成的时候，所有的测试用例都亮了绿灯，这时隐藏在代码中的bug一个都不会露出马脚来。

但是，如果要问“测试”和“除虫”之间有什么联系，我相信还是有很多话可以讲的，比如TDD事实上减少了bug的数量，把查找bug战役的关注点从全线战场提升到代码战场以上。还有，bug的最可怕之处不在于隐藏之深，而在于满天遍野。如果你发现了一个用户很不容易才能发现的bug，那么不一定对工作做出了什么杰出贡献，但是如果你发现一段代码中，bug的密度或离散程度过高，那么恭喜你，你应该抛弃并重写这段代码了。TDD避免了这种情况，所以将寻找bug的工作降低到了一个新的低度。

[我该为一个Feature编写TestCase还是为一个类编写TestCase？] 初学者常问的问题。虽然我们从TDD的说明书上看到应该为一个特性编写相应的TestCase，但为什么著名的TDD大师所写的TestCase都是和类/方法一一对应的呢？为了解释这个问题，我和我的同事们都做了很多试验，最后我们得到了一个结论，虽然我不知道是否正确，但是如果您没有答案，可以姑且相信我们。

我们的研究结果表明，通常在一个特性的开发开始时，我们针对特性编写测试用例，如果您发现这个特性无法用TestCase表达，那么请将这个特性细分，直至您可以为手上的特性写出TestCase为止。从这里开始是最安全的，它不会导致任何设计上重大的失误。但是，随着您不断的重构代码，不断的重构TestCase，不断的依据TDD的思想做下去，最后当产品伴随测试用例集一起发布的时候，您就会不经意的发现经过重构以后的测试用例很可能是和产品中的类/方法一一对应的。

[什么时候应该将全部测试都运行一遍？] Good Question！大师们要求我们每次重构之后都要完整的运行一遍测试用例。这个要求可以理解，因为重构很可能会改变整个代码的结构或设计，从而导致不可预见的后果，但是如果我正在开发的是一个ERP怎么办？运行一遍完整的测试用例可能将花费数个小时，况且现在很多重构都是由工具做到的，这个要求的可行性和前提条件都有所动摇。所以我认为原则上你可以挑几个你觉得可能受到本次重构影响的TestCase去run，但是如果运行整个测试包只要花费数秒的时间，那么不介意你按大师的要求去做。

[什么时候改进一个TestCase？] 增加的测试用例或重构以后的代码导致了原来的TestCase的失去了效果，变得无意义，甚至可能导致错误的结果，这时是改进TestCase的最好时机。但是有时你会发现，这样做仅仅导致了原来的TestCase在设计上是臃肿的，或者是冗余的，这都不要紧，只要它没有失效，你仍然不用去改进它。记住，TestCase不是你的产品，它不要好看，也不要怎么太科学，甚至没有性能要求，它只要能完成它的使命就可以了——这也证明了我们后面所说的“用Ctrl-C/Ctrl-V编写测试用例”的可行性。

但是，美国人的想法其实跟我们还是不太一样，拿托尼巴赞的MindMap来说吧，其实画MindMap只是为了表现自己的思路，或记忆某些重要的事情，但托尼却建议大家把MindMap画成一件艺术品，甚至还有很多艺术家把自己画的抽象派MindMap拿出来帮助托尼做宣传。同样，大师们也要求我们把TestCase写的跟代码一样质量精良，可我想说的是，现在国内有几个公司能把产品的代码写的精良？？还是一步一步慢慢来吧。

[为什么原来通过的测试用例现在不能通过了？] 这是一个警报，Red Alert！它可能表达了两层意思——都不是什么好意思——1）你刚刚进行的重构可能失败了，或存在一些错误未被发现，至少重构的结果和原来的代码不等价了。2）你刚刚增加的TestCase所表达的意思跟前面已经有的TestCase相冲突，也就是说，新增的功能违背了已有的设计，这种情况大部分可能是之前的设计错了。但无论哪错了，无论是那层意思，想找到这个问题的根源都比TDD的正常工作要难。

[我怎么知道那里该有一个方法还是该有一个类？] 这个问题也是常常出现在我的脑海中，无论你是第一次接触TDD或者已经成为TDD专家，这个问题都会缠绕着你不放。不过问题的答案可以参考前面的“什么时候设计”一节，答案不是唯一的。其实多数时候你不必考虑未来，今天只做今天的事，只要有重构工具，从方法到类和从类到方法都很容易。

[我要写一个TestCase，可是不知道从哪里开始？] 从最重要的事开始，what matters most？从脚下开始，从手头上的工作开始，从眼前的事开始。从一个没有UI的核心特性开始，从算法开始，或者从最有可能耽误时间的模块开始，从一个最严重的bug开始。这是TDD主义者和鼠目寸光者的一个共同点，不同点是前者早已成竹在胸。

[为什么我的测试总是看起来有点愚蠢？] 哦？是吗？来，握个手，我的也是！不必担心这一点，事实上，大师们给的例子也相当愚蠢，比如一个极端的例子是要写一个两个int变量相加的方法，大师先断言2+3=5，再断言5+5=10，难道这些代码不是很愚蠢吗？其实这只是一个极端的例子，当你初次接触TDD时，写这样的代码没什么不好，以后当你熟练时就会发现这样写没必要了，要记住，谦虚是通往TDD的必经之路！从经典开发方法转向TDD就像从面向过程转向面向对象一样困难，你可能什么都懂，但你写出来的类没有一个纯OO的！我的同事还告诉我真正的太极拳，其速度是很快的，不比任何一个快拳要慢，但是初学者（通常是指学习太极拳的前10年）太不容易把每个姿势都做对，所以只能慢慢来。

[什么场合不适用TDD？] 问的好，确实有很多场合不适合使用TDD。比如对软件质量要求极高的军事或科研产品——神州六号，人命关天的软件——医疗设备，等等，再比如设计很重要必须提前做好的软件，这些都不适合TDD，但是不适合TDD不代表不能写TestCase，只是作用不同，地位不同罢了