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.NET单元测试基础指南：FIRST原则与3A模式实战

dotnet-testing-unit-test-fundamentals by kevintsengtw/dotnet-testing-agent-skills

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安装命令

npx skills add https://github.com/kevintsengtw/dotnet-testing-agent-skills --skill dotnet-testing-unit-test-fundamentals

.NET C#测试

🇨🇳中文介绍

.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。

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[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("test@example.com");
    
    Assert.True(result); // 明確的通過或失敗
}

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。

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);
}

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

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]

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。

[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);
}

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);
}

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>

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

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

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

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

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FIRST 原則

F - Fast (快速)

I - Independent (獨立)

R - Repeatable (可重複)

S - Self-Validating (自我驗證)

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T - Timely (及時)

3A Pattern 結構

各區塊職責

測試命名規範

命名範例

xUnit 測試屬性

[Fact] - 單一測試案例

[Theory] + [InlineData] - 參數化測試

測試多個無效輸入

例外測試

測試專案結構

測試專案範本 (.csproj)

常用斷言方法

生成測試的檢查清單

輸出格式

參考資源

原始文章

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