C Sharp 单元测试

C#单元测试

单元测试是软件开发中的一种测试方法，用于验证代码中最小可测试单元（通常是方法或函数）的行为是否符合预期。在C#中，单元测试通常通过专门的测试框架（如NUnit、xUnit或MSTest）来实现。本节将详细介绍如何在C#中编写和运行单元测试，并探讨其最佳实践。

什么是单元测试？

单元测试是一种自动化测试方法，用于验证代码的单个组件（如方法、类或模块）是否按预期工作。它的核心目标是：

• 快速验证代码的正确性
• 在早期发现错误
• 提供代码变更的安全网
• 作为代码文档的一种形式

在C#中，单元测试通常遵循"Arrange-Act-Assert"（AAA）模式：

1. Arrange：设置测试所需的初始条件和输入
2. Act：执行被测试的代码
3. Assert：验证结果是否符合预期

常用C#测试框架

C#生态系统中有几个流行的单元测试框架：

框架	特点
MSTest	Microsoft官方测试框架，与Visual Studio深度集成
NUnit	功能丰富，社区支持强大
xUnit	现代化设计，更简洁的语法

基本单元测试示例

以下是一个简单的C#方法和对应的单元测试示例：

// 被测试的类
public class Calculator
{
    public int Add(int a, int b)
    {
        return a + b;
    }
    
    public int Divide(int a, int b)
    {
        if (b == 0)
            throw new DivideByZeroException("Cannot divide by zero.");
        return a / b;
    }
}

使用xUnit框架编写的测试：

using Xunit;

public class CalculatorTests
{
    [Fact]
    public void Add_TwoNumbers_ReturnsSum()
    {
        // Arrange
        var calculator = new Calculator();
        
        // Act
        var result = calculator.Add(3, 5);
        
        // Assert
        Assert.Equal(8, result);
    }
    
    [Fact]
    public void Divide_DivideByZero_ThrowsException()
    {
        // Arrange
        var calculator = new Calculator();
        
        // Act & Assert
        Assert.Throws<DivideByZeroException>(() => calculator.Divide(10, 0));
    }
}

测试驱动开发(TDD)

测试驱动开发是一种先写测试再实现功能的开发方法：

graph LR A[编写失败的测试] --> B[实现最小功能使测试通过] B --> C[重构代码] C --> A

TDD循环的三个阶段： 1. 红：编写一个会失败的测试 2. 绿：编写刚好能让测试通过的代码 3. 重构：改进代码结构而不改变行为

高级测试技术

参数化测试

允许使用不同输入多次运行同一测试：

[Theory]
[InlineData(1, 2, 3)]
[InlineData(0, 0, 0)]
[InlineData(-1, 1, 0)]
public void Add_WithVariousInputs_ReturnsCorrectSum(int a, int b, int expected)
{
    // Arrange
    var calculator = new Calculator();
    
    // Act
    var result = calculator.Add(a, b);
    
    // Assert
    Assert.Equal(expected, result);
}

模拟对象(Mocking)

当测试代码依赖外部服务时，可以使用模拟对象：

// 使用Moq框架的示例
[Fact]
public void ProcessOrder_WithValidOrder_CallsPaymentService()
{
    // Arrange
    var mockPaymentService = new Mock<IPaymentService>();
    var orderProcessor = new OrderProcessor(mockPaymentService.Object);
    var order = new Order { Total = 100.00m };
    
    // Act
    orderProcessor.ProcessOrder(order);
    
    // Assert
    mockPaymentService.Verify(
        ps => ps.ProcessPayment(order.Total),
        Times.Once);
}

测试最佳实践

• 测试名称应清晰描述测试目的（如"MethodName_StateUnderTest_ExpectedBehavior"）
• 每个测试应只验证一件事
• 避免测试中有逻辑（如if语句）
• 测试应独立运行，不依赖其他测试
• 测试应快速执行（理想情况下整个测试套件应在几秒内完成）
• 测试应具有确定性（相同输入总是产生相同结果）

实际应用案例

考虑一个电子商务系统中的折扣计算器：

public class DiscountCalculator
{
    public decimal CalculateDiscount(Customer customer, decimal orderTotal)
    {
        if (customer.IsPremium)
        {
            return orderTotal * 0.15m; // 15%折扣
        }
        else if (orderTotal > 1000)
        {
            return orderTotal * 0.10m; // 10%折扣
        }
        return 0;
    }
}

对应的测试可能包括：

[Fact]
public void CalculateDiscount_PremiumCustomer_Returns15Percent()
{
    // Arrange
    var calculator = new DiscountCalculator();
    var customer = new Customer { IsPremium = true };
    
    // Act
    var discount = calculator.CalculateDiscount(customer, 100.00m);
    
    // Assert
    Assert.Equal(15.00m, discount);
}

[Fact]
public void CalculateDiscount_LargeOrder_Returns10Percent()
{
    // Arrange
    var calculator = new DiscountCalculator();
    var customer = new Customer { IsPremium = false };
    
    // Act
    var discount = calculator.CalculateDiscount(customer, 1500.00m);
    
    // Assert
    Assert.Equal(150.00m, discount);
}

[Fact]
public void CalculateDiscount_RegularSmallOrder_ReturnsNoDiscount()
{
    // Arrange
    var calculator = new DiscountCalculator();
    var customer = new Customer { IsPremium = false };
    
    // Act
    var discount = calculator.CalculateDiscount(customer, 100.00m);
    
    // Assert
    Assert.Equal(0, discount);
}

数学公式示例

在某些情况下，测试可能涉及数学验证。例如，测试一个金融计算器：

$FV=PV\times (1+r{)}^n$

其中：

• FV = 未来值
• PV = 现值
• r = 利率
• n = 期数

对应的测试可能验证这个公式的正确实现。

结论

单元测试是C#开发中不可或缺的一部分，它能显著提高代码质量和开发效率。通过：

• 选择合适的测试框架
• 遵循AAA模式
• 编写清晰、独立的测试
• 应用适当的测试技术（如参数化测试和模拟）

开发者可以构建更可靠、更易维护的应用程序。随着经验的积累，单元测试将成为开发流程中自然的一部分，而不是额外的负担。