CS61B 课程笔记（Lecture 07）

测试

3.1 一种新方式

编程中最重要的技能之一是判断代码是否正确。在这一部分，我们将探讨如何编写自己的测试，并引入一种新的思维方式。我们将先编写一个测试方法 testSort()，然后再编写实际的排序代码。这种方法有助于确保我们的排序实现是正确的。

临时测试（Ad Hoc Testing）

下面是一个简单的测试实现示例：

public class TestSort {
    /** 测试 Sort 类的 sort 方法。 */
    public static void testSort() {
        // 定义输入和期望输出
        String[] input = {"i", "have", "an", "egg"};
        String[] expected = {"an", "egg", "have", "i"};
        
        // 调用待测试的排序方法
        Sort.sort(input);
        
        // 验证排序结果
        for (int i = 0; i < input.length; i += 1) {
            if (!input[i].equals(expected[i])) {
                // 如果结果不匹配，打印错误信息
                System.out.println("Mismatch in position " + i + ", expected: " + expected[i] + ", but got: " + input[i] + ".");
                break; // 找到第一个不匹配后停止检查
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 执行测试
        testSort();
    }
}

运行 testSort() 方法时，如果 Sort.sort() 方法为空，将输出：

1	Mismatch in position 0, expected: an, but got: i.

这表明排序方法尚未实现，因此测试失败。

JUnit 测试

为了简化测试的编写，Java 提供了 org.junit 库。这个库允许我们使用断言来检查实际输出是否与预期输出相匹配。使用 JUnit 进行测试的实现如下：

public static void testSort() {
    // 定义输入和期望输出
    String[] input = {"i", "have", "an", "egg"};
    String[] expected = {"an", "egg", "have", "i"};
    
    // 调用待测试的排序方法
    Sort.sort(input);
    
    // 使用 JUnit 的断言检查数组是否相等
    org.junit.Assert.assertArrayEquals(expected, input);
}

如果运行此代码时发现不匹配，会抛出如下异常：

1	Exception in thread "main" arrays first differed at element [0]; expected:<[an]> but was:<[i]>

这个代码片段比前面的实现更简洁，并且使用了 JUnit 提供的断言来自动检查结果。

assertArrayEquals 语法

assertArrayEquals 方法用于比较两个数组是否相等。如果两个数组的内容相同，则测试通过；如果不同，则测试失败并抛出异常。其基本语法如下：
1
org.junit.Assert.assertArrayEquals(expectedArray, actualArray);
参数说明

expectedArray：预期的数组，表示你希望排序后得到的结果。

actualArray：实际的数组，表示经过排序方法处理后的结果。

示例代码

以下是完整的 testSort 方法示例，包含了对 assertArrayEquals 的使用：
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public static void testSort() {
    // 定义输入和期望输出
    String[] input = {"i", "have", "an", "egg"};
    String[] expected = {"an", "egg", "have", "i"};
    
    // 调用待测试的排序方法
    Sort.sort(input);
    
    // 使用 JUnit 的断言检查数组是否相等
    org.junit.Assert.assertArrayEquals(expected, input);
}
运行测试

当你运行这个测试时，如果 Sort.sort(input) 方法正确地对数组进行了排序，input 数组将与 expected 数组相等，测试将通过。如果排序不正确，JUnit 将会输出错误信息，指出实际结果与预期结果不符，并显示具体的差异。

错误示例

如果 Sort.sort(input) 没有正确排序，可能会看到类似以下的错误信息：
1
Exception in thread "main" arrays first differed at element [0]; expected:<[an]> but was:<[i]>
这个错误信息表明在数组的第一个元素（索引为0）处，预期的值是 "an"，但实际得到的值是 "i"。这可以帮助你快速定位问题。

选择排序（Selection Sort）

反思开发过程，拥有一组自动化测试可以帮助减轻认知负担。测试的意义在于：

提供信心：通过测试，我们可以对程序的基本部分充满信心，这样如果出现问题，就可以更容易找到问题所在。
促进重构：测试使得重构代码变得更简单。我们可以在重构代码时，依赖已有的测试来确保新代码的正确性。

更好的 JUnit

两项主要增强功能，使代码更清晰、更易于使用。

使用测试注解：
- 在每个测试方法前加上 @org.junit.Test 注解（不需要分号）。
- 将测试方法改为非静态方法。
- 从 TestSort 类中移除 main 方法。这样做之后，如果在 JUnit 中使用 Run->Run 命令，所有测试会自动执行，无需手动调用。
简化导入和调用：
- 在文件顶部添加导入语句：
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  2
  import org.junit.Test;
  import static org.junit.Assert.*;
- 使用简化的注解 @Test 替代 @org.junit.Test。
- 这样一来，我们可以省略 org.junit.Assert. 的前缀。

测试哲学

单元测试的重要性

单元测试是软件开发中的一种关键实践，它要求开发者在编写代码之前，先清晰地定义每个代码单元（如函数或方法）的预期行为。通过这种方式，单元测试提供了一种结构化的方法来确保代码的正确性和可靠性。

主要目标

明确功能预期：
- 在编写测试之前，开发者需要仔细考虑方法的目的。这包括明确该方法应该完成什么任务、处理哪些输入以及预期的输出是什么。
- 这种过程促使开发者思考代码的设计，减少模糊性和不确定性。
定义输入和输出：
- 每个测试用例应具体描述输入数据及其类型。例如，如果一个方法接受整数列表作为输入，测试用例需要明确给定的列表内容。
- 同样，输出的预期结果也需要明确。例如，如果一个方法对列表进行排序，预期的输出应该是已排序的列表。
考虑边界条件：
- 边界条件是指输入数据的极限情况，例如空输入、非常大的数字、特殊字符等。
- 测试时应包括这些边界情况，以确保代码能够稳健地处理所有可能的输入。比如，如果一个函数处理数组，测试用例应包括空数组、单元素数组以及非常大的数组。

测试用例的设计

有效的测试用例设计应考虑以下要素：

功能性测试：确保方法按照预期工作，返回正确的结果。
异常情况测试：测试代码在面对错误输入或异常情况下的行为，确保能适当地处理这些情况（如抛出异常）。
性能测试：对于性能敏感的代码，测试其在不同规模输入下的表现，确保满足性能要求。
可维护性测试：确保方法在代码重构后仍然通过测试，维护其功能的完整性。

测试驱动开发（TDD）

测试驱动开发是一种开发过程，强调在编写代码之前先编写测试。具体步骤如下：

识别新特性：确定需要实现的新功能。
编写单元测试：为该功能编写测试代码，描述预期行为。
运行测试：执行测试，确认测试失败（因为尚未实现该功能）。
编写实现代码：编写代码以实现功能，使测试通过。
可选：重构代码：对代码进行重构，以提升性能和可读性，但要确保现有测试仍然通过。

虽然 TDD 在本课程中并非强制要求，单元测试却是一个良好的编程实践，可以帮助开发者在代码中保持信心。

集成测试

集成测试用于验证多个组件之间的交互是否正常。这种测试确保不同模块协同工作，确保系统的整体功能。

总结

编写测试是良好编程习惯的体现，只有在测试有意义时才进行测试。可选材料包括对测试驱动开发和单元测试的深入讨论，帮助理解其在现代软件开发中的重要性。

CS61B 课程笔记（Lecture 07）

测试

3.1 一种新方式

临时测试（Ad Hoc Testing）

JUnit 测试

assertArrayEquals 语法

参数说明

示例代码

运行测试

错误示例