單元測試Unit Test (二)─實例撰寫過程─面積計算功能

2023-05-29

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C#學習筆記
2023-06-10

上一篇說明單元測試基本概念，
這篇用實例寫單元測試，並拆解過程。

會從需求分析開始一步步做到單元測試

這裡直接拿KATA上的題目，該題為Level 6，L1最難~L8最簡單。
KATA─6 kyu TDD Area Calculations

DESCRIPTION:
Finish this kata with the unit tests as your only help!
Task:

Implement:
Calculator.GetTotalArea()
Define the different shapes: `Square`, `Rectangle`, `Circle` and `Triangle`

第一步需求分析

題目需求中，有哪些物件?
Square, Rectangle, Circle, Triangle
題目要執行的功能Calculator.GetTotalArea()
會將輸入的所有圖形面積加總。

第二步畫類別圖 Class Diagram

從題目分析出有四個物件Square, Rectangle, Circle, Triangle
接著思考使用者如何用?
Answer :
使用者不用直接認識每個圖形，而是透過公開的介面IShape使用所有圖形。
→使用介面，就不怕圖形增加、使用者要多認識一個圖形。
→使用者不需要管圖形有哪些，從頭到尾只要使用IShape就可以。
接著使用者需要透過Calculator.GetTotalArea()認識IShape。
.GetTotalArea()裡面參數要放圖形和圖形元素。
因此，使用者用Calculator使用IShape，透過IShape使用四個形狀。
畫類別圖

類別圖工具：

方法ㄧ、用像drawio的工具拉出類別圖

方法二、可以在Hackmd、Notion用Mermaid語法畫圖(下面附Mermaid程式碼給大家)

classDiagram

class Rectangle{
	-length : double
	-width : double
	+Area() double
}

class Square{
	-length : double
	+Area() double
}

class Circle{
	-radius : double
	-pi=3.14159 : double
	+Area() double
}

class Triangle{
	-baseSide : double
	-height : double
	+Area() double
}

class IShape{
	<<interface>>
	+Area() double
}

IShape <|--Rectangle
IShape <|--Square
IShape <|--Circle
IShape <|--Triangle

class Calculator{
	+GetTotalArea(Ishape[] shapes ) double
}

Calculator ..> IShape : (uses a) Dependency

第三步寫文件─驗收測試

照著Gherkin格式寫驗收測試。

Feature: 一句話帶出題目重點。
Scenario: [TestMethod]寫出每種被測試情境、例外狀況。
Given ( Arrange )前情題要、前置條件 : 描述在測試執行之前需要設定的環境或狀態。
And
…
And
When ( Act ) 做甚麼事、觸發條件: 描述觸發測試行為的操作或事件。
Then ( Assert ) 期望結果: 描述期望得到的結果。

以上三步驟的內容會放入README，
這邊附上README內容大家。以及Github上的呈現連結README─Area Calculation。
下面也會教學如何開README，寫入文件。

# AreaCalulations

## 問題
Implement:  
```csharp
Calculator.GetTotalArea()
```
Define the different shapes: `Square`, `Rectangle`, `Circle` and `Triangle`

[Link](https://www.codewars.com/kata/tdd-area-calculations/csharp)

## 類別圖
```mermaid
classDiagram
class Rectangle {
  -double height
  -double width
  +Area() double
}

class Square{
   -double length
   +Area() double
}

class Circle{
   -double radius
   -double pi = 3.14159
   +Area() double
}

class Triangle{
   -double baseSide
   -double height
   +Area() double
}

class IShape {
  <<interface>>
  +Area() double
}

IShape <|-- Rectangle
IShape <|-- Square
IShape <|-- Circle
IShape <|-- Triangle

class Calculator{
   +GetTotalArea(IShape[] shapes) double
}

Calculator ..> IShape
```

## 驗收測試
```gherkin
Feature: Calculate the area of different shapes.
  Four shapes: Rectangle, Square, Circle, Triangle.

  Scenario: Calculate Rectangle
    Given There is a rectangle, height is 3 cm, and width is 5 cm
    When Calculate area
    Then The area is 15 square cm

  Scenario: Calculate Square
    Given There is a square, and length is 3 cm
    When Calculate area
    Then The area is 9 square cm

  Scenario: Calculate Circle
    Given There is a circle, and radius is 4 cm 
    When Calculate area
    Then The area is 50.27 square cm

  Scenario: Calculate Triangle
    Given There is a triangle, height is 4 cm, and base-side is 5 cm
    When Calculate area
    Then The area is 10 square cm

  Scenario: Calculate different shapes
    Given There is a rectangle, height is 3 cm, and width is 5 cm
    And There is a rectangle, height is 4 cm, and width is 8 cm
    And There is a square, and length is 3 cm
    And There is a circle, and radius is 4 cm
    And There is a triangle, height is 4 cm, and base-side is 5 cm
    When Calculate area
    Then The area is 116.27 square cm

  Scenario: Calculate shapes and rounded to two decimal places 四捨五入到小數第二位
    Given There is a rectangle, height is 3.251 cm, and width is 1 cm
    And There is a circle, and radius is 1 cm
    When Calculate area
    Then The area is 6.39 square cm

  Scenario: No shapes 
    Given There is no shape
    When Calculate area
    Then The area is 0 square cm
```

第四步單元測試

完成文件後，開始寫單元測試。

上一篇認識單元測試的注意事項：

先讓測試通過，再來重構Refactor
用Github記錄每一步
✔一個單字記錄這次的意圖：
Refactor (重構)
Style (e.g.,重新命名、格式排版)
Feature (寫功能)
Fix (修bug)

(ㄧ)建立MSTest方案

新增MSTest方案
步驟如上一篇單元測試工具─Visual Studio的MSTest。
1. MSTest方案，命名為"AeaCalculation"
2. UnitTest專案，命名為"AreaOfShapeCalulationTests"
建立類別庫
1. 在方案"AeaCalculation"，按右鍵→[加入]→[新增專案]→選擇類別庫
2. 類別庫，命名為"AreaOfShapeCalulations"
讓UnitTest『參考』類別庫
1. 按右鍵→[加入]→[專案參考]→勾選類別庫(AreaOfShapeCalculations)
  (如圖一)
2. 成功將方案，分成"Unit Test測試"和"Production Code產品"兩個區塊。
建立Git，勾選README。(如圖二紅框)
Git就會一次記錄下面這兩個歷程

Git記錄─新增 .gitattributes、.gitignore 和 README.md。

Git記錄─加入專案檔案。

(二)將文件放進README

打開README(如圖三)：

在[AreaCalculations方案]點右鍵→[在檔案總管中開啟資料夾]
在資料夾中找到README檔案
左鍵按住，拖曳進Visual Studio開啟

將前面寫的需求、類別圖、驗收測試文件放進README。(如圖四)

在[Git變更]→[輸入訊息]→按[全部提交]，就會有Git記錄。

Git記錄─README: 需求分析(類別圖)與驗收案例(gherkin)

(三)開始寫功能─

1️⃣計算長方形面積

將UnitTest1重新命名為"CalculateAreaTests"
搭配驗收測試文件，開始寫單元測試

驗收測試文件中的每個Scenario區塊，都會放進一個[TestMethod]

所以找到第一個Scenario: Calculate Rectangle
→將TestMethod的名稱改為"CalculateRectangleArea"

再看他的Given-When-Then

  Scenario: Calculate Rectangle
    Given There is a rectangle, height is 3 cm, and width is 5 cm
    When Calculate area
    Then The area is 15 square cm

先看第一句Given

1. Given There is a rectangle, height is 3 cm, and width is 5 cm

There is a rectangle中文意思"有"一個長方形，代表要new出一個長方形物件。
→先輸入var rectangle = new Rectangle();
這時會看到Rectangle下面有紅色底線，因為我們並沒有一個名稱為Rectangle的類別(class)。
除了自己建立類別(class)之外，還有一個快速的方法：

游標放到紅色底線的Rectangle(如圖五)，
按出現的燈泡、或是快捷鍵：Alt + Enter，
就會出現解決問題的方法！
我們這裡要建立class，因此選擇：「產生class “Rectangle”」

紅色波浪消失，代表沒有錯誤了。
下面也自動出現 class Rectangle(圖六)👍

再回來看驗收文件Given There is a rectangle, 後面的height is 3 cm, and width is 5 cm
一定要有長和寬才能組成一個長方形，因此可以將長和寬做為叫出Rectangle時一定要放入的參數，所以我們要使用建構式。
→在Rectangle()裡面放入3,5，Rectangle出現紅色波浪，因為我們還沒建立建構式。

如前面利用IDE的快速方式(如圖七)：
游標放到紅色底線的Rectangle，
按出現的燈泡、或是快捷鍵：Alt + Enter，
我們這裡要建立建構式，因此選擇：「在Rectangle中產生建構函式」
他也會一起產生欄位給我們。

如下圖左，IDE自動在class Rectangle內生成欄位、建構式。
我們需要做的事剩下「重新命名」、「確認回傳型態」(如圖八)。

「重新命名」
建構式內的Rectangle(參數1, 參數2)，有兩個參數，所以也需要兩個欄位來接。
在要改的名稱上，右鍵[重新命名]，依測試文件命名為長和寬。
❗❗注意：不要直接改名稱，而要用IDE的重新命名功能。

為什麼要用IDE的重新命名功能呢?
因為你針對Y重新命名，IDE便會同時幫你調整在程式碼各處的Y。

「確認回傳型態」
IDE給我們的是int型態，但我們可能有小數點，因此將型態都改為double。

2. When Calculate area
有長方形後要計算面積，就是題目需要的功能了Calculator.GetTotalArea()(被測試對象)。
所以我需要先建立Calculator物件(如圖九)。

new了Calculator並建立好class後，我們就要使用方法GetTotalArea()。

這個方法首先要計算長方形，所以我們就放rectangle進去Calculator.GetTotalArea(rectangle)(如圖十)。
IDE快速建立方法，class Calculator就出現GetTotalArea()。
我們只要讓測試能先過了就好❗❗所以直接讓這個方法回傳我們要的答案：15。
並記得改回傳型態為double。

3. Then The area is 15 square cm
TestMethod最後一步看最後結果是否等於預期結果(如圖十一)

方法一：
用關鍵字Assert.AreEqual(expected期待值, actual實際);

方法二：
安裝NuGet套件裡的FluentAssertions(有在上一篇說明單元測試基本認識)，using FluentAssertions，然後用要被檢核的變數.Should().Be(期望的值);

接著我們就來測試！

測試的步驟：在上一篇「認識單元測試」
快捷鍵：按Ctrl+R, A (等於按住Ctrl去按R、全部放開去按A)
測試結果顯示在測試總管視窗。

讓測試總管視窗內的測試案例全部綠燈。

恭喜！你完成了一個TestMethod！

Git記錄─feat: 計算長方形面積。

2️⃣重構：寫出面積邏輯

剛剛我們在class Calculator中的GetTotalArea()，直接回傳15，並沒有寫出面積邏輯，現在就來重構這塊。

在class Rectangle裡面加上Area()方法，回傳長方形面積計算邏輯。
因為我認為計算長方形面積是長方形自己的能力。
(如圖十三)
因此將class Calculator中的GetTotalArea()回傳，改為回傳rectangle.Area()。
(如圖十四)
執行測試。
快捷鍵：按Ctrl+R, A。讓測試全部綠燈。

現在將Rectangle類別搬移到類別庫"AreaOfShapeCalculations"。

將整個class Rectangle選取起來，按Alt+Enter→選擇[將類型移到Rectangle.cs]。(類似圖十五)
➡他會建立在UnitTest "AreaOfShapeCalculationTests"下面。
按住Rectangle.cs，拖移到類別庫"AreaOfShapeCalculations"再放開。
→UnitTest下和類別庫下都會有Rectangle.cs。
將UnitTest下的Rectangle.cs刪掉。
class Calculator同上面步驟，也要移動到"AreaOfShapeCalculations"。
(如圖十五)
兩個class都移出去到類別庫中後，會看到CalculateAreaTests的Rectangle、Calculator都有紅色底線。錯誤訊息都寫缺了using。
→在"CalculateAreaTests"最上面放using AreaOfShapeCalculations;
(如圖十六)
將Rectangle.cs的封裝internal改成public。
Area()方法維持internal。
因為只有Calculator會使用到rectangle.Area()。而Calculator和Rectangle是在同一個專案下。
(如圖十七)
將Calculator.cs的所有封裝internal都改成public。
(如圖十八)
執行測試。
快捷鍵：按Ctrl+R, A。讓測試全部綠燈。

Git記錄─refactor: 將 hard code 改用長方形面積邏輯。
1. 將return15的15改放rectangle.Area()。
2. 將類別搬移進AreaOfShapeCalculations(Production Code)

3️⃣下一個Scenario正方形

Scenario: Calculate Square
  Given There is a square, and length is 3 cm
  When Calculate area
  Then The area is 9 square cm

Scenario: Calculate Square
→將前一個Rectangle的[TestMethod] 整個複製，貼上成第二個[TestMehtod]。
→將名稱重新命名為"CalculateSquareArea"

接著來看Given-When-Then

寫Square的步驟跟Rectangle大同小異(如圖十九)我們來看看。

1.Given There is a square, and length is 3 cm

new一個square，裡面的參數相較rectangle只需要放一個。
因為長方形的長和寬可能會不一樣，正方形邊長必定一樣。
→var square = new Square(3);
Square下方有紅色波浪，按Alt+Enter
選擇[在新檔案中建立class Square]
→建立出Square.cs
重新命名Square.cs的變數。(如圖二十)
將Square.cs移動到類別庫AreaOfShapeCalculations，封裝的internal改成public。