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背景

一個高效的軟體開發過程對軟體開發人員來說是至關重要的，決定著開發是痛苦的掙扎，還是不斷進步的喜悅。國人對軟體藍領的不屑，對繁瑣冗長的傳統開發過程的不耐，使大多數開發人員無所適從。最近興起的一些軟體開發過程相關的技術，提供一些比較高效、實用的軟體過程開發方法。其中比較基礎、關鍵的一個技術就是測試驅動開發（Test-Driven Development）。雖然TDD光大於極限程式設計，但測試驅動開發完全可以單獨應用。下面就從開發人員使用的角度進行介紹，使開發人員用最少的代價儘快理解、掌握、應用這種技術。下面分優勢，原理，過程，原則，測試技術，Tips等方面進行討論。

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1. 優勢

TDD的基本思路就是通過測試來推動整個開發的進行。而測試驅動開發技術並不只是單純的測試工作。

需求向來就是軟體開發過程中感覺最不好明確描述、易變的東西。這裡說的需求不只是指使用者的需求，還包括對程式碼的使用需求。很多開發人員最害怕的就是後期還要修改某個類或者函式的介面進行修改或者擴充套件，為什麼會發生這樣的事情就是因為這部分程式碼的使用需求沒有很好的描述。測試驅動開發就是通過編寫測試用例，先考慮程式碼的使用需求（包括功能、過程、介面等），而且這個描述是無二義的，可執行驗證的。

通過編寫這部分程式碼的測試用例，對其功能的分解、使用過程、介面都進行了設計。而且這種從使用角度對程式碼的設計通常更符合後期開發的需求。可測試的要求，對程式碼的內聚性的提高和複用都非常有益。因此測試驅動開發也是一種程式碼設計的過程。

開發人員通常對編寫文件非常厭煩，但要使用、理解別人的程式碼時通常又希望能有文件進行指導。而測試驅動開發過程中產生的測試用例程式碼就是對程式碼的最好的解釋。

快樂工作的基礎就是對自己有信心，對自己的工作成果有信心。當前很多開發人員卻經常在擔心：“程式碼是否正確？”“辛苦編寫的程式碼還有沒有嚴重bug？”“修改的新程式碼對其他部分有沒有影響？”。這種擔心甚至導致某些程式碼應該修改卻不敢修改的地步。測試驅動開發提供的測試集就可以作為你信心的來源。

當然測試驅動開發最重要的功能還在於保障程式碼的正確性，能夠迅速發現、定位bug。而迅速發現、定位bug是很多開發人員的夢想。針對關鍵程式碼的測試集，以及不斷完善的測試用例，為迅速發現、定位bug提供了條件。

我的一段功能非常複雜的程式碼使用TDD開發完成，真實環境應用中只發現幾個bug，而且很快被定位解決。您在應用後，也一定會為那種自信的開發過程，功能不斷增加、完善的感覺，迅速發現、定位bug的能力所感染，喜歡這個技術的。

那麼是什麼樣的原理、方法提供上面說的這些好處哪？下面我們就看看TDD的原理。

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2. 原理

測試驅動開發的基本思想就是在開發功能程式碼之前，先編寫測試程式碼。也就是說在明確要開發某個功能後，首先思考如何對這個功能進行測試，並完成測試程式碼的編寫，然後編寫相關的程式碼滿足這些測試用例。然後迴圈進行新增其他功能，直到完全部功能的開發。

我們這裡把這個技術的應用領域從程式碼編寫擴充套件到整個開發過程。應該對整個開發過程的各個階段進行測試驅動，首先思考如何對這個階段進行測試、驗證、考核，並編寫相關的測試文件，然後開始下一步工作，最後再驗證相關的工作。下圖是一個比較流行的測試模型：V測試模型。

【圖 V測試模型】

在開發的各個階段，包括需求分析、概要設計、詳細設計、編碼過程中都應該考慮相對應的測試工作，完成相關的測試用例的設計、測試方案、測試計劃的編寫。這裡提到的開發階段只是舉例，根據實際的開發活動進行調整。相關的測試文件也不一定是非常詳細複雜的文件，或者什麼形式，但應該養成測試驅動的習慣。

關於測試模型，還有X測試模型。這個測試模型，我認為，是對詳細階段和編碼階段進行建模，應該說更詳細的描述了詳細設計和編碼階段的開發行為。及針對某個功能進行對應的測試驅動開發。

【圖 X測試模型】

基本原理應該說非常簡單，那麼如何進行實際操作哪，下面對開發過程進行詳細的介紹。

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3. 過程

軟體開發其他階段的測試驅動開發，根據測試驅動開發的思想完成對應的測試文件即可。下面針對詳細設計和編碼階段進行介紹。

測試驅動開發的基本過程如下：

1） 明確當前要完成的功能。可以記錄成一個 TODO 列表。

2） 快速完成針對此功能的測試用例編寫。

3） 測試程式碼編譯不通過。

4） 編寫對應的功能程式碼。

5） 測試通過。

6） 對程式碼進行重構，並保證測試通過。

7） 迴圈完成所有功能的開發。

為了保證整個測試過程比較快捷、方便，通常可以使用測試框架組織所有的測試用例。一個免費的、優秀的測試框架是 Xunit 系列，幾乎所有的語言都有對應的測試框架。我曾經寫過一篇文章介紹CppUnit的文章（ http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cppunit/index.html）。

開發過程中，通常把測試程式碼和功能程式碼分開存放，這裡提供一個簡單的測試框架使用例子，您可以通過它瞭解測試框架的使用。下面是檔案列表。

	project/				專案主目錄
	project/test			測試專案主目錄
	project/test/testSeq.cpp		測試seq_t 的測試檔案，對其他功能檔案的測試檔案複製後修改即可
	project/test/testSeq.h
	project/test/Makefile			測試專案的 Makefile 
	project/test/main.cpp			測試專案的主檔案，不需要修改
	project/main.cpp		           專案的主檔案
	project/seq_t.h			功能程式碼，被測試檔案
	project/Makefile		           專案的 Makefile

主要流程基本如此，但要讓你的程式碼很容易的進行測試，全面又不繁瑣的進行測試，還是有很多測試原則和技術需要考慮。

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4. 原則

測試隔離。不同程式碼的測試應該相互隔離。對一塊程式碼的測試只考慮此程式碼的測試，不要考慮其實現細節（比如它使用了其他類的邊界條件）。

一頂帽子。開發人員開發過程中要做不同的工作，比如：編寫測試程式碼、開發功能程式碼、對程式碼重構等。做不同的事，承擔不同的角色。開發人員完成對應的工作時應該保持注意力集中在當前工作上，而不要過多的考慮其他方面的細節，保證頭上只有一頂帽子。避免考慮無關細節過多，無謂地增加複雜度。

測試列表。需要測試的功能點很多。應該在任何階段想新增功能需求問題時，把相關功能點加到測試列表中，然後繼續手頭工作。然後不斷的完成對應的測試用例、功能程式碼、重構。一是避免疏漏，也避免干擾當前進行的工作。

測試驅動。這個比較核心。完成某個功能，某個類，首先編寫測試程式碼，考慮其如何使用、如何測試。然後在對其進行設計、編碼。

先寫斷言。測試程式碼編寫時，應該首先編寫對功能程式碼的判斷用的斷言語句，然後編寫相應的輔助語句。

可測試性。功能程式碼設計、開發時應該具有較強的可測試性。其實遵循比較好的設計原則的程式碼都具備較好的測試性。比如比較高的內聚性，儘量依賴於介面等。

及時重構。無論是功能程式碼還是測試程式碼，對結構不合理，重複的程式碼等情況，在測試通過後，及時進行重構。關於重構，我會另撰文詳細分析。

小步前進。軟體開發是個複雜性非常高的工作，開發過程中要考慮很多東西，包括程式碼的正確性、可擴充套件性、效能等等，很多問題都是因為複雜性太大導致的。極限程式設計提出了一個非常好的思路就是小步前進。把所有的規模大、複雜性高的工作，分解成小的任務來完成。對於一個類來說，一個功能一個功能的完成，如果太困難就再分解。每個功能的完成就走測試程式碼－功能程式碼－測試－重構的迴圈。通過分解降低整個系統開發的複雜性。這樣的效果非常明顯。幾個小的功能程式碼完成後，大的功能程式碼幾乎是不用除錯就可以通過。一個個類方法的實現，很快就看到整個類很快就完成啦。本來感覺很多特性需要增加，很快就會看到沒有幾個啦。你甚至會為這個速度感到震驚。（我理解，是大幅度減少除錯、出錯的時間產生的這種速度感）

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5. 測試技術

5.1. 測試範圍、粒度

對哪些功能進行測試？會不會太繁瑣？什麼時候可以停止測試？這些問題比較常見。按大師 Kent Benk 的話，對那些你認為應該測試的程式碼進行測試。就是說，要相信自己的感覺，自己的經驗。那些重要的功能、核心的程式碼就應該重點測試。感到疲勞就應該停下來休息一下。感覺沒有必要更詳細的測試，就停止本輪測試。

測試驅動開發強調測試並不應該是負擔，而應該是幫助我們減輕工作量的方法。而對於何時停止編寫測試用例，也是應該根據你的經驗，功能複雜、核心功能的程式碼就應該編寫更全面、細緻的測試用例，否則測試流程即可。

測試範圍沒有靜態的標準，同時也應該可以隨著時間改變。對於開始沒有編寫足夠的測試的功能程式碼，隨著bug的出現，根據bug補齊相關的測試用例即可。

小步前進的原則，要求我們對大的功能塊測試時，應該先分拆成更小的功能塊進行測試，比如一個類A使用了類B、C，就應該編寫到A使用B、C功能的測試程式碼前，完成對B、C的測試和開發。那麼是不是每個小類或者小函式都應該測試哪？我認為沒有必要。你應該運用你的經驗，對那些可能出問題的地方重點測試，感覺不可能出問題的地方就等它真正出問題的時候再補測試吧。

5.2. 怎麼編寫測試用例

測試用例的編寫就用上了傳統的測試技術。

• 操作過程儘量模擬正常使用的過程。
• 全面的測試用例應該儘量做到分支覆蓋，核心程式碼儘量做到路徑覆蓋。
• 測試資料儘量包括：真實資料、邊界資料。
• 測試語句和測試資料應該儘量簡單，容易理解。
• 為了避免對其他程式碼過多的依賴，可以實現簡單的樁函式或樁類（Mock Object）。
• 如果內部狀態非常複雜或者應該判斷流程而不是狀態，可以通過記錄日誌字串的方式進行驗證。

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6. Tips

很多朋友有疑問，“測試程式碼的正確性如何保障？是寫測試程式碼還是寫測試文件？”這樣是不是會陷入“雞生蛋，蛋生雞”的迴圈。其實是不會的。通常測試程式碼通常是非常簡單的，通常圍繞著某個情況的正確性判斷的幾個語句，如果太複雜，就應該繼續分解啦。而傳統的開發過程通常強調測試文件。但隨著開發節奏的加快，使用者需求的不斷變化，維護高層（需求、概要設計）的測試文件可以，更低層的測試文件的成本的確太大了。而且可實時驗證功能正確性的測試程式碼就是對程式碼最好的文件。

軟體開發過程中，除了遵守上面提到的測試驅動開發的幾個原則外，一個需要注意的問題就是，謹防過度設計。編寫功能程式碼時應該關注於完成當前功能點，通過測試，使用最簡單、直接的方式來編碼。過多的考慮後期的擴充套件，其他功能的新增，無疑增加了過多的複雜性，容易產生問題。應該等到要新增這些特性時在進行詳細的測試驅動開發。到時候，有整套測試用例做基礎，通過不斷重構很容易新增相關特性。