.Net单元测试xUnit和集成测试指南(1)

引言

在现代化的软件开发中，单元测试和集成测试是确保代码质量和可靠性的关键部分。ASP.NET Core 社区内提供了强大的单元测试框架，xUnit 是其中之一，它提供了简单、清晰和强大的测试功能，编写单元测试有许多优点；有助于回归、提供文档及辅助良好的设计。下面几节我们来深入浅出探讨如何使用 xUnit 进行 ASP.NET Core 应用程序的单元测试和集成测试。

内容大纲：

xUnit 简介

xUnit.net 是一个免费、开源、面向社区的.NET 单元测试工具。由 NUnit v2 的原始发明者编写，xUnit.net 是用于 C#和 F#（其他.NET 语言可能也可以使用，但不受支持）的最新技术单元测试。xUnit.net 可与 Visual Studio、Visual Studio Code、ReSharper、CodeRush 和 TestDriven.NET 一起使用。它是.NET 基金会的一部分，并遵守其行为准则。其许可协议为 Apache 2（为 OSI 批准的许可协议）。

xUnit.net 官方网站

创建单元测试项目

在单元测试中通常要遵循AAA模式，也就是 Arrange、Act、Assert，这是一种常见的测试组织结构。

• Arrange（准备）: 在这个阶段，将设置测试的前提条件，初始化对象、设置输入参数等。简单讲就是准备测试环境，确保被测代码在正确的上下文中执行。
• Act（执行）: 在这个阶段，会执行要测试的代码或方法。这是针对被测代码的实际调用或操作。
• Assert: 在这个阶段，会验证被测代码的行为是否符合预期。检查实际结果与期望结果是否一致，如果不一致则测试失败。

示例：

[Fact]
public void Add_EmptyString_ReturnsZero()
{
    // Arrange
    var stringCalculator = new StringCalculator();

    // Act
    var actual = stringCalculator.Add("");

    // Assert
    Assert.Equal(0, actual);
}

可读性是编写单元测试最重要的方面之一，在测试中分离这些操作 都明确地突出调用代码所需的依赖项、调用代码的方式以及尝试断言的内容，让测试尽可能具有可读性。

好了理解了这个核心概念我们可以先创建项目一步步的练习了。

用 VS 创建单元测试项目

在项目创建完之后我们可以简单浏览一下 xUnit 单元测试项目装了那些 nuget 依赖,做到对项目有个简单的了解

  <ItemGroup>
    <PackageReference Include="coverlet.collector" Version="6.0.0" />
    <PackageReference Include="Microsoft.NET.Test.Sdk" Version="17.8.0" />
    <PackageReference Include="xunit" Version="2.5.3" />
    <PackageReference Include="xunit.runner.visualstudio" Version="2.5.3" />
  </ItemGroup>

下面我们创建一个简单的数据计算类。

• 创建数学计算类

public class MathCalculator
{
    public int Add(int a, int b)
    {
        return a + b;
    }
}

• 创建数据计算测试类

public class MathCalculatorTests
{
    [Fact]
    public void Add_TwoNumbers_ReturnSum()
    {
        // Arrange
        var calculator = new MathCalculator();

        // Act
        var result = calculator.Add(3, 5);

        // Assert
        Assert.Equal(8, result);
    }
}

测试一下，测试类库右键->运行测试

可以看到 我们的单元测试通过。

单元测试命名规范

本着代码自文档的原则，测试的名称建议应包括三个部分：

• 要测试的方法的名称。
• 测试的方案。
• 调用方案时的预期行为。

示例

    [Fact]
    public void Add_TwoNumbers_ReturnSum()
    {
        // Arrange
        var calculator = new MathCalculator();

        // Act
        var result = calculator.Add(3, 5);

        // Assert
        Assert.Equal(8, result);
    }

要测试的方法名称是 MathCalculator 中的 Add 方法，测试的方案是传两个数，预期是返回两数之和 按照上面的测试名称的命名规则可以命名为Add_TwoNumbers_ReturnSum。

单元测试最佳命名规范应该包括三个关键部分：要测试的方法的名称、测试的场景，以及调用该场景时的预期行为。良好的命名标准能清晰表达测试意图，提供有效文档，便于他人理解代码行为和快速定位问题。

单元测试最佳实践

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将方法标记为测试方法在 xUnit 中有两个属性，Fact和Theory

Fact 属性

在方法上我们看到有一个 Attribute [Fact] ,[Fact] 属性是 xUnit 中最基本的测试属性之一，用于标记一个方法作为一个无需参数且不返回任何内容的测试方法。被标记为 [Fact] 的方法将会被 xUnit 框架识别并执行.

Theory 属性

Theory 属性用于标记一个测试方法，该方法可以接受参数并运行多次，每次运行时使用不同的参数值。Theory 属性通常用于数据驱动测试，允许在同一个测试方法中使用不同的输入数据进行测试.

InlineData 属性

[InlineData] 属性指定这些输入 Theory 标记的测试方法的参数值。

示例：

[Theory]
[InlineData(-1)]
[InlineData(0)]
[InlineData(1)]
public void IsPrime_ValuesLessThan2_ReturnFalse(int value)
{
    var result = _primeService.IsPrime(value);

    Assert.False(result, $"{value} should not be prime");
}

InlineData 适用于静态、硬编码的测试数据集合，适合于简单且固定的测试场景。

MemberData 属性

MemberData 属性是 xUnit 中用于数据驱动测试的一种方式，它允许从一个字段、属性或方法中获取测试数据，并将这些数据传递给测试方法进行多次测试。通过 MemberData 属性，可以更灵活地管理和提供测试数据，适用于需要动态生成测试数据的情况。

使用方式

• 标记测试方法：使用 [Theory] 属性标记测试方法，以便接受从 MemberData 属性提供的测试数据。
• 准备测试数据：创建一个公共静态字段、属性或方法，该字段、属性或方法返回一个 IEnumerable<object[]> 对象，其中每个 object[] 对象代表一组测试数据。
• 传递测试数据：在 MemberData 属性中指定要使用的数据源，从而将数据传递给测试方法。

示例

    public static IEnumerable<object[]> GetComplexTestData()
    {
        yield return new object[] { 10, 5, 15 }; // 测试数据 1
        yield return new object[] { -3, 7, 4 }; // 测试数据 2
        yield return new object[] { 0, 0, 0 }; // 测试数据 3
        // 可以根据需要继续添加更多的测试数据
    }

   [Theory]
   [MemberData(nameof(GetComplexTestData))]
   public void Add_TwoNumbers_ReturnsSumofNumbers01(int first, int second, int sum)
   {
       // Arrange
       var calculator = new MathCalculator();

       // Act
       var result = calculator.Add(first, second);

       // Assert
       Assert.Equal(sum, result);
   }

MemberData 适用于动态、灵活的测试数据集合，适合于需要从外部源动态获取测试数据的情况。

自定义属性

除了上面提到的 InlineData和MemberData 之外还可以有更加灵活的方式继承DataAttribute实现自定义的Attribute。

我们来做一个实现和上面一样的需求

• 实现 Custom Attribute

[AttributeUsage(AttributeTargets.Method, AllowMultiple = true)]
public class CustomDataAttribute : DataAttribute
{

    private readonly int _first;
    private readonly int _second;
    private readonly int _sum;

    public CustomDataAttribute(int first, int second, int sum)
    {
        _first = first;
        _second = second;
        _sum = sum;
    }
    public override IEnumerable<object[]> GetData(MethodInfo testMethod)
    {
        yield return new object[] { _first, _second, _sum };
    }
}

• 用例

   [Theory]
   [CustomData(1, 2, 3)]
   [CustomData(2, 3, 5)]
   public void Add_TwoNumbers_ReturnSum03(int num1, int num2, int expectedSum)
   {
       // Arrange
       var calculator = new MathCalculator();

       // Act
       var result = calculator.Add(num1, num2);

       // Assert
       Assert.Equal(expectedSum, result);
   }

自定义属性相较于使用 InlineData 和 MemberData 有以下优势：

1. 灵活性：自定义属性允许您实现更复杂的逻辑来动态生成测试数据，可以从不同数据源中获取数据，实现更灵活的数据驱动测试。

2. 重用性：通过自定义属性，您可以将相同的测试数据逻辑应用于多个测试方法，提高测试代码的重用性和可维护性。

3. 可扩展性：自定义属性可以根据需求进行定制和扩展，适应不同的测试场景和数据需求，使得测试数据的生成更具灵活性。

4. 可读性：通过自定义属性，可以使测试代码更具可读性和表达力，更清晰地表达测试数据的来源和意图。

尽管使用 InlineData 和 MemberData 可以满足大多数简单的测试数据需求，但当需要更复杂的数据生成逻辑、数据源、或者对测试数据进行处理时，使用自定义属性会更具优势，能够更好地满足个性化的测试需求。

在测试中应避免逻辑

[Theory]的出现就是为了避免我们在单元测试时编写一些额外的逻辑，造成测试之外的一些错误。

编写单元测试时，请避免手动字符串串联、逻辑条件（例如 if、while、for 和 switch）以及其他条件。

错误示范：

   [Fact]
   public void Add_TwoNumbers_ReturnsSumofNumbers02()
   {
       // Arrange
       var calculator = new MathCalculator();
       var testData = new List<(int, int, int)>
   {
       (1, 2, 3),
       (2, 3, 5),
       (3, 4, 7)
   };

       // Act & Assert
       foreach (var (first, second, sum) in testData)
       {
           var result = calculator.Add(first, second);
           Assert.Equal(sum, result);
       }
   }

此处用了 forEach 循环来批量断言，违反了单元测试的最佳实践。

测试中应避免逻辑的好处是:

• 降低在测试中引入 bug 的可能性。
• 专注于最终结果，而不是实现细节。

ITestOutputHelper 控制台输出

在 xUnit 中我们利用 Console.WriteLine输出时发现什么也不会显示，在 xUnit 单元测试项目中我们需要利用ITestOutputHelper。
ITestOutputHelper是 xUnit 中的一个接口，用于在单元测试中输出信息。通过 ITestOutputHelper，您可以在测试运行时将调试信息、日志信息等输出到测试结果中，方便调试和查看测试过程中的输出信息。

调试

再要测试的方法上右键选择调试测试，或者点击方法上面的小点

最后

本篇文章简单的讲了单元测试的基础知识，让大家先对单元测试有个基本的概念，这些用在具体的项目中显然是不够的，后面的章节我们聊一下 TDD,Fake 管理,Log 日志输出,单元测试覆盖率,WebApi 的集成测试,DependencyInjection,Bogus,还有 Devops 的单元测试等知识。

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