Python單元測試詳解

一、什麼是單元測試

單元測試（Unit Testing）是指對軟件中的最小可測試單元進行檢查和驗證，最小可測試單元一般是指一個函數或方法。單元測試是程序員編寫的自測代碼，主要用於驗證函數、過程、類等功能模塊是否符合設計要求，並且可以保證後續更改不會影響已經測試通過的部分。

單元測試一般在開發周期的早期進行，對於複雜數學邏輯運算或涉及訪問數據庫、文件等操作的程序，單元測試顯得尤為重要。

Python內置了豐富的單元測試框架，可以方便的對各種Python模塊進行測試。

二、unittest模塊

Python標準庫中提供了一套單元測試框架——unittest模塊，該模塊可以方便地進行單元測試。該模塊是一個基於Junit的測試框架，支持測試用例組織、執行、報告、斷言和參數化等功能。

unittest作為Python官方自帶的單元測試框架，使用方便而且功能強大，應用廣泛。除此之外還有其他非常好的第三方單元測試框架，例如Pytest和nose等。

三、unittest的使用

1. 基本用法

unittest框架的基本流程分為三步：編寫測試用例、執行測試用例、查看結果。

    import unittest

    class MyTest(unittest.TestCase):
        def test_add(self):
            self.assertEqual(1 + 2, 3)

    if __name__ == '__main__':
        unittest.main()

以上代碼是一個最簡單的單元測試的例子。首先我們導入了unittest模塊，然後定義了一個繼承自unittest.TestCase的測試用例類MyTest，其中定義了一個測試方法test_add，該測試方法對1+2是否等於3進行斷言。最後在main函數中調用unittest.main()方法即可運行單元測試。

2. 斷言方法

unittest.TestCase類提供了一系列用於斷言的方法，這些斷言方法用於確認預期結果與實際結果是否一致。在測試中使用斷言可以讓我們在測試失敗的時候更方便地查找出問題所在。

以下是一些常見的斷言方法：

assertEqual

方法用於比較兩個值是否相等。

    self.assertEqual(a, b)

assertTrue/assertFalse

方法用於判斷某個表達式是否為真或是否為假。

    self.assertTrue(a > b)
    self.assertFalse(a < b)

assertIs/assertIsNot

方法用於判斷兩個變量是否是同一個對象。

    self.assertIs(a, b)
    self.assertIsNot(a, b)

assertIn/assertNotIn

方法用於判斷某個元素是否在某個集合容器中。

    self.assertIn(a, b)
    self.assertNotIn(a, b)

3. 測試套件

測試套件（Test Suite）是將測試用例按組織結構分裝起來，方便測試的一種方式。在unittest中，測試套件可以由多個測試用例和測試套件組裝而成。

unittest提供了兩種方式創建測試套件：TestCase類和TestSuite類。TestCase類的實例代表一個測試用例，而TestSuite類的實例則代表一個測試套件。如果測試用例較少的話，我們可以直接使用TestCase類來進行單元測試。如果測試用例過多，我們可以使用TestSuite來組織測試用例。

以下是TestSuite的例子：

    import unittest
    
    class MyTest(unittest.TestCase):
        def test_add(self):
            self.assertEqual(1 + 2, 3)
    
    class MyTestSuite(unittest.TestSuite):
        def __init__(self, tests):
            unittest.TestSuite.__init__(self)
            self.addTests(tests)
    
    if __name__ == '__main__':
        suite = MyTestSuite([
            MyTest('test_add')
        ])
        unittest.TextTestRunner().run(suite)

以上代碼中，我們首先定義了一個測試類MyTest，其中包含一個測試方法test_add。然後定義了一個名為MyTestSuite的測試套件類，該類繼承自unittest.TestSuite，初始化方法中將測試用例進行添加。最後我們在main函數中創建了一個測試套件，並利用TextTestRunner來運行單元測試。

4. fixtures和mocking

在進行單元測試的時候，我們可能需要進行一些操作，例如創建文件、銷毀對象等。而fixtures就是用於解決這些問題的。

而mocking則是指模擬某些零件（例如：類、函數）的行為的方法，用於幫助我們進行單元測試。在Python中，我們可以使用mock模塊來進行mocking操作。

以下是一個使用fixtures和mocking的例子：

    import unittest
    from unittest.mock import patch, Mock
    
    class MyTest(unittest.TestCase):
        def setUp(self):
            self.file = open('test.txt', 'w')
    
        def tearDown(self):
            self.file.close()
    
        def test_add(self):
            self.assertEqual(1 + 2, 3)
    
        @patch('builtins.print')
        def test_print(self, mock_print):
            mock_print.side_effect = Exception('Boom!')
            print('Hello World')
            mock_print.assert_called_once_with('Hello World')
            mock_print.side_effect = None
            
        def test_mock(self):
            mock = Mock()
            mock.add(1, 2, 3)
            mock.add.assert_called_once_with(1, 2, 3)
    
    if __name__ == '__main__':
        unittest.main()

以上代碼中，在MyTest類中我們定義了setUp和tearDown方法，setUp方法在測試開始前會被自動調用，tearDown方法則在測試結束後被自動調用。在test_add方法中，我們進行了一個簡單的運算並進行了一個斷言，而在test_print方法中，我們使用了patch修飾符和side_effect參數來模擬print方法。在test_mock方法中，我們使用Mock來模擬一個前置操作和進行了一個斷言。

四、Pytest

除了Python自帶的unittest之外，目前最受歡迎的Python測試框架是Pytest。Pytest是一個使用起來十分簡潔明了的Python測試框架，可以用於編寫各種類型的測試代碼：單元測試、功能測試、集成測試等。

以下為使用Pytest進行單元測試的例子：

    def test_add():
        assert 1 + 2 == 3
    
    def test_subtract():
        assert 3 - 2 == 1

以上代碼中，我們定義了兩個測試函數，並使用assert語句進行斷言。

五、nose

nose是Python中另一種流行的測試框架，用於簡化代碼的編寫和組織。與Pytest相似，nose可以用於自動檢測測試函數，可以自動生成測試報告。

以下為使用nose進行單元測試的例子：

    def test_add():
        assert 1 + 2 == 3
    
    def test_subtract():
        assert 3 - 2 == 1

以上代碼同樣是定義了兩個測試函數，並使用assert語句進行斷言。