dotnet-testing-unit-test-fundamentals

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dotnet-testing-unit-test-fundamentals

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.NET 單元測試基礎與 FIRST 原則的專門技能。當需要建立單元測試、了解測試基礎、學習 3A Pattern、掌握測試最佳實踐時使用。涵蓋 FIRST 原則、AAA Pattern、Fact/Theory、測試金字塔等。 Make sure to use this skill whenever the user mentions unit testing fundamentals, FIRST principles, AAA/3A pattern, or wants to learn how to write basic .NET tests, even if they don't explicitly ask for fundamentals guidance. Keywords: unit test, 單元測試, unit testing, test fundamentals, 測試基礎, FIRST principle, FIRST 原則, 3A pattern, AAA pattern, Arrange Act Assert, Fact, Theory, InlineData, 如何寫測試, testing best practices, 建立單元測試

.NET 單元測試基礎指南

FIRST 原則

好的單元測試遵循以下原則，因為這些原則能確保測試的可靠性與維護性：

F - Fast (快速)

測試執行時間應在毫秒級，不依賴外部資源。

[Fact] // Fast: 不依賴外部資源，執行快速
public void Add_輸入1和2_應回傳3()
{
    // 純記憶體運算，無 I/O 或網路延遲
    var calculator = new Calculator();
    var result = calculator.Add(1, 2);
    Assert.Equal(3, result);
}

I - Independent (獨立)

測試之間不應有相依性，每個測試都建立新的實例。

[Fact] // Independent: 每個測試都建立新的實例
public void Increment_從0開始_應回傳1()
{
    var counter = new Counter(); // 每個測試都建立新的實例，不受其他測試影響
    counter.Increment();
    Assert.Equal(1, counter.Value);
}

R - Repeatable (可重複)

在任何環境都能得到相同結果，不依賴外部狀態。

[Fact] // Repeatable: 每次執行都得到相同結果
public void Increment_多次執行_應產生一致結果()
{
    var counter = new Counter();
    counter.Increment();
    counter.Increment();
    counter.Increment();
    
    // 每次執行這個測試都會得到相同結果
    Assert.Equal(3, counter.Value);
}

S - Self-Validating (自我驗證)

測試結果應為明確的通過或失敗，使用清晰的斷言。

[Fact] // Self-Validating: 明確的驗證
public void IsValidEmail_輸入有效Email_應回傳True()
{
    var emailHelper = new EmailHelper();
    var result = emailHelper.IsValidEmail("[e-mail]");
    
    Assert.True(result); // 明確的通過或失敗
}

T - Timely (及時)

測試應在產品程式碼之前或同時撰寫，確保程式碼的可測試性。

3A Pattern 結構

每個測試方法遵循 Arrange-Act-Assert 模式，這種結構讓測試意圖一目了然：

[Fact]
public void Add_輸入負數和正數_應回傳正確結果()
{
    // Arrange - 準備測試資料與相依物件
    var calculator = new Calculator();
    const int a = -5;
    const int b = 3;
    const int expected = -2;

    // Act - 執行被測試的方法
    var result = calculator.Add(a, b);

    // Assert - 驗證結果是否符合預期
    Assert.Equal(expected, result);
}

各區塊職責

區塊	職責	注意事項
Arrange	準備測試所需的物件、資料、Mock	使用 const 宣告常數值，提高可讀性
Act	執行被測試的方法	通常只有一行，呼叫被測方法
Assert	驗證結果	每個測試只驗證一個行為

測試命名規範

使用以下格式命名測試方法：

[被測試方法名稱]_[測試情境]_[預期行為]

命名範例

方法名稱	說明
Add_輸入1和2_應回傳3	測試正常輸入
Add_輸入負數和正數_應回傳正確結果	測試邊界條件
Divide_輸入10和0_應拋出DivideByZeroException	測試例外情況
IsValidEmail_輸入null值_應回傳False	測試無效輸入
GetDomain_輸入有效Email_應回傳網域名稱	測試回傳值

提示：使用中文命名可以讓測試報告更易讀，特別是在團隊溝通時。

xUnit 測試屬性

[Fact] - 單一測試案例

用於測試單一情境：

[Fact]
public void Add_輸入0和0_應回傳0()
{
    var calculator = new Calculator();
    var result = calculator.Add(0, 0);
    Assert.Equal(0, result);
}

[Theory] + [InlineData] - 參數化測試

用於測試多個輸入組合：

[Theory]
[InlineData(1, 2, 3)]
[InlineData(-1, 1, 0)]
[InlineData(0, 0, 0)]
[InlineData(100, -50, 50)]
public void Add_輸入各種數值組合_應回傳正確結果(int a, int b, int expected)
{
    var calculator = new Calculator();
    var result = calculator.Add(a, b);
    Assert.Equal(expected, result);
}

測試多個無效輸入

[Theory]
[InlineData("invalid-email")]
[InlineData("@example.com")]
[InlineData("test@")]
[InlineData("test.example.com")]
public void IsValidEmail_輸入無效Email格式_應回傳False(string invalidEmail)
{
    var emailHelper = new EmailHelper();
    var result = emailHelper.IsValidEmail(invalidEmail);
    Assert.False(result);
}

例外測試

測試預期會拋出例外的情況：

[Fact]
public void Divide_輸入10和0_應拋出DivideByZeroException()
{
    // Arrange
    var calculator = new Calculator();
    const decimal dividend = 10m;
    const decimal divisor = 0m;

    // Act & Assert
    var exception = Assert.Throws<DivideByZeroException>(
        () => calculator.Divide(dividend, divisor)
    );

    // 驗證例外訊息
    Assert.Equal("除數不能為零", exception.Message);
}

測試專案結構

建議的專案結構：

Solution/
├── src/
│   └── MyProject/
│       ├── Calculator.cs
│       └── MyProject.csproj
└── tests/
    └── MyProject.Tests/
        ├── CalculatorTests.cs
        └── MyProject.Tests.csproj

測試專案範本 (.csproj)

<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">

    <PropertyGroup>
        <TargetFramework>net9.0</TargetFramework>
        <ImplicitUsings>enable</ImplicitUsings>
        <Nullable>enable</Nullable>
        <IsPackable>false</IsPackable>
    </PropertyGroup>

    <ItemGroup>
        <PackageReference Include="coverlet.collector" Version="8.0.1">
            <PrivateAssets>all</PrivateAssets>
            <IncludeAssets>runtime; build; native; contentfiles; analyzers; buildtransitive</IncludeAssets>
        </PackageReference>
        <PackageReference Include="Microsoft.NET.Test.Sdk" Version="18.3.0" />
        <PackageReference Include="xunit" Version="2.9.3" />
        <PackageReference Include="xunit.runner.visualstudio" Version="3.1.5">
            <PrivateAssets>all</PrivateAssets>
            <IncludeAssets>runtime; build; native; contentfiles; analyzers; buildtransitive</IncludeAssets>
        </PackageReference>
    </ItemGroup>

    <ItemGroup>
        <Using Include="Xunit" />
    </ItemGroup>

    <ItemGroup>
        <ProjectReference Include="..\..\src\MyProject\MyProject.csproj" />
    </ItemGroup>

</Project>

常用斷言方法

斷言方法	用途
Assert.Equal(expected, actual)	驗證相等
Assert.NotEqual(expected, actual)	驗證不相等
Assert.True(condition)	驗證條件為真
Assert.False(condition)	驗證條件為假
Assert.Null(object)	驗證為 null
Assert.NotNull(object)	驗證不為 null
Assert.Throws<T>(action)	驗證拋出特定例外
Assert.Empty(collection)	驗證集合為空
Assert.Contains(item, collection)	驗證集合包含項目

生成測試的檢查清單

為方法生成測試時，請確保涵蓋：

• 正常路徑 - 標準輸入產生預期輸出
• 邊界條件 - 最小值、最大值、零、空字串
• 無效輸入 - null、負數、格式錯誤
• 例外情況 - 預期會拋出例外的情境

輸出格式

• 產生符合 FIRST 原則的 xUnit 測試類別（.cs 檔案）
• 每個測試方法遵循 AAA Pattern（Arrange-Act-Assert）
• 使用三段式命名法（方法_情境_預期）
• 涵蓋正常路徑、邊界條件、無效輸入、例外情況

參考資源

原始文章

本技能內容提煉自「老派軟體工程師的測試修練 - 30 天挑戰」系列文章：

• Day 01 - 老派工程師的測試啟蒙
  • 鐵人賽文章：https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10373888
  • 範例程式碼：https://github.com/kevintsengtw/30Days_in_Testing_Samples/tree/main/day01

相關技能

• dotnet-testing-test-naming-conventions - 測試命名規範
• dotnet-testing-xunit-project-setup - xUnit 專案設定
• dotnet-testing-awesome-assertions-guide - 流暢斷言