CS61B 课程笔记（Lab 03 Unit Testing with JUnit, Debugging）

1. 实验前准备

• 安装 IntelliJ 插件：确保你安装并更新了 CS61B 插件（版本 1.0.21+）。
• 骨架代码：将 Lab 2 中的 IntList.java 文件复制到 lab3/IntList 文件夹中。
• 课程材料：观看测试相关课程，了解单元测试和 JUnit 的基本概念。

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2. 单元测试与 JUnit 介绍

单元测试是什么？

• 单元测试是对软件中最小的功能单元（通常是方法或类）进行测试的过程。
• 目的是确保代码模块是独立正确的，从而更容易发现错误并进行调试。

为什么使用单元测试？

• 早期发现错误：在开发过程中尽早测试和发现潜在错误。
• 提高代码质量：通过测试驱动开发（TDD）编写更模块化、易测试的代码。
• 减少调试时间：更快定位问题所在，避免在代码集成后发现重大问题。

JUnit 介绍：

• JUnit 是一个用于 Java 应用程序的开源测试框架，简化了单元测试编写和执行的过程。
• 常用注解：
  • @Test：标识一个测试方法。
  • @Before、@After：分别在每个测试方法执行前后运行。

JUnit 常用方法：

• assertEquals(expected, actual)：断言两个值相等。
• assertNotEquals(expected, actual)：断言两个值不相等。
• assertNull(value)：断言值为 null。
• assertNotNull(value)：断言值不为 null。

示例测试方法：

@Test
public void testAddition() {
    assertEquals(4, 2 + 2);
}

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3. 在 IntelliJ 中运行 JUnit 测试

1. 导入项目：确保正确导入 lab3 文件夹，并检查 javalib 库是否配置好。
2. 运行测试：
   • 打开 lab3/Arithmetic/ArithmeticTest.java。
   • 点击测试方法旁边的绿色箭头以运行测试。
   • 可以切换到 jh61b 渲染器，查看测试结果的详细输出。
3. 分析测试结果：
   • 测试通过会显示绿色对勾，失败则会显示红色叉号。
   • 测试失败时，IntelliJ 会提供详细的错误信息和失败的行号，便于定位问题。

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4. 调试失败的测试

1. 识别错误：
   • 测试失败时，错误日志会显示预期结果和实际结果的差异。
   • 点击失败的测试可以跳转到具体代码行。
2. 修复 Bug：
   • 检查被测方法中的逻辑错误，尤其是与测试用例不匹配的部分。
   • 修复代码后，重新运行测试，确保错误得到解决。

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5. 使用 TDD 进行链表反转

5.1 任务描述

• 目标：编写一个破坏性方法 IntList.reverse()，反转链表中的元素顺序，并修改原链表。
• 破坏性方法：即该方法会修改输入的链表，而不是返回一个新的链表。

5.2 编写测试用例

在编写 reverse() 方法之前，先为它编写单元测试。这个方法需要处理三种情况：

1. 正常的链表反转。
2. 确保方法破坏性地修改了原链表。
3. 当输入 null 时，方法返回 null。

在 IntListTest.java 中为 reverse() 方法编写如下测试：

@Test
public void testReverse() {
    IntList list = IntList.of(1, 2, 3);
    IntList reversedList = IntList.reverse(list);
    
    // 反转后的链表应为 [3, 2, 1]
    assertEquals(IntList.of(3, 2, 1), reversedList);
    
    // 确保原链表被修改
    assertNotEquals(list, reversedList);
    
    // 处理 null 输入
    assertNull(IntList.reverse(null));
}

5.3 编写 Reverse 方法

接下来在 IntList.java 中实现 reverse() 方法。

public static IntList reverse(IntList list) {
    if (list == null) {
        return null;
    }
    
    IntList prev = null;
    IntList current = list;
    
    while (current != null) {
        IntList next = current.rest;
        current.rest = prev;
        prev = current;
        current = next;
    }
    
    return prev;
}

此方法的工作原理是通过迭代反转链表，将当前节点的 rest 指针指向前一个节点（prev），直到链表的所有节点都被反转。

5.4 运行测试并验证

• 运行测试，确保所有测试用例都能通过。
• 如果测试失败，返回调试错误，检查代码实现中的问题。

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6. 小结与反思

• 本次实验通过测试驱动开发（TDD）的方式，练习了如何使用 JUnit 进行单元测试，以及如何通过测试驱动开发实现链表反转功能。
• 测试驱动开发（TDD）流程：
  1. 编写测试。
  2. 运行测试，确保测试失败。
  3. 实现方法，修复错误。
  4. 重新运行测试，确保测试通过。
• 实验重点在于编写高质量的测试用例和调试测试失败的能力。