演练：创建并运行托管代码的单元测试

项目
11/18/2024

本文将使用托管代码的 Microsoft 单元测试框架和 Visual Studio 测试资源管理器引导你逐步完成一系列单元测试的创建、运行和自定义。你将从正处于开发过程中的 C# 项目开始，创建执行该项目代码的测试，运行测试并检查结果。然后，更改项目代码并重新运行测试。若要在执行这些步骤之前了解这些任务的概念性概述，请参阅单元测试基础知识。要从现有代码自动生成测试，请参阅从代码创建单元测试方法存根。

创建一个项目进行测试

打开 Visual Studio。
在“开始”窗口上，选择“创建新项目” 。
搜索并对 .NET 选择 C#“控制台应用”项目模板，然后单击“下一步”。

注意

如果未看到“控制台应用”模板，则可以通过“创建新项目”窗口安装该模板。在“找不到所需内容?”消息中，选择“安装更多工具和功能”链接。然后在 Visual Studio 安装程序中，选择“.NET 桌面开发”工作负载。
将项目命名为“Bank”，然后单击“下一步” 。

选择建议的目标框架或 .NET 8，然后选择“创建”。

将创建 Bank 项目并将其显示在“解决方案资源管理器”中，而且将在代码编辑器中打开 Program.cs 文件。

注意

如果编辑器中未打开 Program.cs，请在“解决方案资源管理器”中双击文件 Program.cs 将其打开。

将 Program.cs 的内容替换为以下定义 BankAccount 类的 C# 代码：

using System;

namespace BankAccountNS
{
    /// <summary>
    /// Bank account demo class.
    /// </summary>
    public class BankAccount
    {
        private readonly string m_customerName;
        private double m_balance;

        private BankAccount() { }

        public BankAccount(string customerName, double balance)
        {
            m_customerName = customerName;
            m_balance = balance;
        }

        public string CustomerName
        {
            get { return m_customerName; }
        }

        public double Balance
        {
            get { return m_balance; }
        }

        public void Debit(double amount)
        {
            if (amount > m_balance)
            {
                throw new ArgumentOutOfRangeException("amount");
            }

            if (amount < 0)
            {
                throw new ArgumentOutOfRangeException("amount");
            }

            m_balance += amount; // intentionally incorrect code
        }

        public void Credit(double amount)
        {
            if (amount < 0)
            {
                throw new ArgumentOutOfRangeException("amount");
            }

            m_balance += amount;
        }

        public static void Main()
        {
            BankAccount ba = new BankAccount("Mr. Bryan Walton", 11.99);

            ba.Credit(5.77);
            ba.Debit(11.22);
            Console.WriteLine("Current balance is ${0}", ba.Balance);
        }
    }
}

通过在“解决方案资源管理器”中右键单击并选择“重命名”，将该文件重命名为 BankAccount.cs 。
在“构建”菜单中，单击“构建解决方案”（或按 Ctrl + Shift + B）。

现在具有可测试其方法的项目。在本文中，测试侧重于 Debit 方法。在从帐户提取资金时调用 Debit 方法。

创建单元测试项目

在“文件” 菜单上，选择“添加” >“新建项目” 。

提示

也可以右键单击“解决方案资源管理器”中的解决方案，然后依次选择“添加”>“新建项目” 。
在搜索框中键入“测试”，选择“C#”作为语言，然后为 .NET 模板选择 C#“MSTest 单元测试项目”模板，再单击“下一步”。

注意

在 Visual Studio 2019 版本 16.9 中，MSTest 项目模板是单元测试项目。
将项目命名为“BankTests”，然后单击“下一步” 。
选择建议的目标框架或 .NET 8，然后选择“创建”。

将“BankTests” 项目添加到“Bank” 解决方案。
在“BankTests” 项目中，添加对“Bank” 项目的引用。

在“解决方案资源管理器”中，选择“BankTests”项目下的“依赖项”，然后从右键单击菜单中选择“添加引用”（或“添加项目引用”）。
在“引用管理器”对话框中，展开“项目”，选择“解决方案”，然后选中“Bank”项。
选择 “确定” 。

创建测试类

创建一个测试类来验证 BankAccount 类。可以使用项目模板生成的 UnitTest1.cs 文件，但需为文件和类提供更具描述性的名称。

重命名文件和类

要重命名文件，在“解决方案资源管理器”中，从 BankTests 项目中选择 UnitTest1.cs 文件。在右键单击菜单中，选择“重命名”（或按 F2），再将文件重命名为 BankAccountTests.cs。
要重命名类，请将光标放置在代码编辑器的 UnitTest1 上，右键单击，然后选择“重命名”（或按 F2）。键入 BankAccountTests，然后按 Enter 。

BankAccountTests.cs 文件现包含下列代码：

// The 'using' statement for Test Tools is in GlobalUsings.cs
// using Microsoft.VisualStudio.TestTools.UnitTesting;

namespace BankTests
{
    [TestClass]
    public class BankAccountTests
    {
        [TestMethod]
        public void TestMethod1()
        {
        }
    }
}

添加 using 语句

向测试类中添加 using 语句，供测试项目调用，而无需使用完全限定名。在类文件顶部添加：

using BankAccountNS;

测试类要求

对测试类的最低要求有：

任何包含要在“测试资源管理器”中运行的单元测试方法的类都需要有 [TestClass] 特性。
需要“测试资源管理器”识别的每个测试方法都必须具有 [TestMethod] 属性。

单元测试项目中可以具有不含 [TestClass] 特性的其他类，测试类中可以具有不含 [TestMethod] 特性的其他方法。可以从测试方法中调用这些其他的类和方法。

创建第一个测试方法

在此过程中，你将编写单元测试方法以验证 BankAccount 类的 Debit 方法的行为。

至少需要检查三种行为：

如果借方金额大于余额，该方法将引发 ArgumentOutOfRangeException 。
如果借方金额小于零，该方法会引发 ArgumentOutOfRangeException。
如果借方金额有效，该方法会从帐户余额中减去该借方金额。

提示

可以删除默认的 TestMethod1 方法，因为本演练中不会用到它。

创建测试方法

第一个测试验证是否从帐户中提取了正确的有效金额（即小于帐户余额且大于零）。将以下方法添加到该 BankAccountTests 类：

[TestMethod]
public void Debit_WithValidAmount_UpdatesBalance()
{
    // Arrange
    double beginningBalance = 11.99;
    double debitAmount = 4.55;
    double expected = 7.44;
    BankAccount account = new BankAccount("Mr. Bryan Walton", beginningBalance);

    // Act
    account.Debit(debitAmount);

    // Assert
    double actual = account.Balance;
    Assert.AreEqual(expected, actual, 0.001, "Account not debited correctly");
}

该方法非常简单：它设置了具有期初余额的新 BankAccount 对象，然后提取有效金额。它使用 Assert.AreEqual 方法验证期末余额是否和预期一样。 Assert.AreEqual、Assert.IsTrue 等方法经常用于单元测试。有关编写单元测试的更多概念性信息，请参阅编写测试。

测试方法要求

测试方法必须满足以下要求：

使用 [TestMethod] 特性进行修饰。
它将返回 void。
它不能含有参数。

生成并运行测试

在“构建”菜单中，选择“构建解决方案”（或按 Ctrl + Shift + B）。
如果未打开“测试资源管理器”，请通过在顶部菜单栏中选择“测试”>“测试资源管理器”（或“测试”>“Windows”>“测试资源管理器”）将其打开（或按 Ctrl + E，T）。
选择“全部运行”以运行测试（或按 Ctrl + R，V）。

测试运行时，“测试资源管理器”窗口顶部的状态栏呈动态。测试运行结束时，如果测试方法全部通过，状态栏将变为绿色；如果有任何测试失败，状态栏将变为红色。

在这种情况下，测试失败。
在“测试资源管理器” 中选择该方法，可在窗口底部查看详细信息。

修复代码并重新运行测试

测试结果包含一条描述失败的消息。可能需要向下钻取才能查看此消息。对于 AreEqual 方法，该消息显示预计余额和实际余额。虽然预计余额会减少，但余额中反而增加了取款金额。

单元测试已发现一个 bug：取款金额本应从帐户余额中减去，结果却添加到帐户余额中。

更正 bug

若要更正该错误，请在 BankAccount.cs 文件中替换以下行：

m_balance += amount;

替换为：

m_balance -= amount;

重新运行测试

在测试资源管理器中，选择“全部运行”以重新运行测试（或按 Ctrl + R，V）。红色/绿色栏变为绿色，指示已通过测试。

Visual Studio 2019 中显示已通过的测试的文本资源管理器

使用单元测试以改进代码

本部分介绍了分析的迭代过程、单元测试开发和重构如何帮助你增加成品代码的可靠性和有效性。

分析问题

已创建测试方法，以确认是否在 Debit 方法中正确扣除了有效金额。现在，验证若借方金额为以下情况，该方法是否会引发 ArgumentOutOfRangeException：

大于余额，或
小于零。

创建和运行新的测试方法

创建测试方法，验证借方金额小于零时的行为是否正确：

[TestMethod]
public void Debit_WhenAmountIsLessThanZero_ShouldThrowArgumentOutOfRange()
{
    // Arrange
    double beginningBalance = 11.99;
    double debitAmount = -100.00;
    BankAccount account = new BankAccount("Mr. Bryan Walton", beginningBalance);

    // Act and assert
    Assert.ThrowsException<System.ArgumentOutOfRangeException>(() => account.Debit(debitAmount));
}

使用 ThrowsException 方法断言已引发正确的异常。除非 ArgumentOutOfRangeException 已引发，否则该方法将导致测试失败。如果在借方金额小于零时，临时修改测试方法以引发更通用的 ApplicationException，则测试将正确运行，即测试将失败。

若要测试提取金额大于余额的情况，执行以下操作：

新建一个名为 Debit_WhenAmountIsMoreThanBalance_ShouldThrowArgumentOutOfRange的测试方法。
将 Debit_WhenAmountIsLessThanZero_ShouldThrowArgumentOutOfRange 中的方法主体复制到新方法中。
将 debitAmount 设置为比余额大的一个数字。

运行两个测试，并验证是否已通过这两个测试。

继续分析

可以进一步改进所测试的方法。对于当前实现，我们没有办法知道哪个条件（amount > m_balance 或 amount < 0）导致在测试期间引发异常。我们只知道在方法中引发了一个 ArgumentOutOfRangeException。更理想的情况是，如果我们知道是 BankAccount.Debit 中的哪个条件导致引发异常（amount > m_balance 或 amount < 0），这样就可以确信我们的方法可以正确合理地检查其自变量。

让我们再看看测试方法 (BankAccount.Debit)，请注意两个条件语句都使用 ArgumentOutOfRangeException 构造函数，该函数将自变量名称作为参数：

throw new ArgumentOutOfRangeException("amount");

可以使用报告的信息更加丰富的构造函数：ArgumentOutOfRangeException(String, Object, String) 包括参数名称、参数值和用户定义的消息。可以重构被测方法以使用此构造函数。更理想的做法是使用公开的类型成员来指定错误。

重构所测试的代码

首先，为类范围内的错误消息定义两个常量。将定义放到要测试的类 BankAccount 中：

public const string DebitAmountExceedsBalanceMessage = "Debit amount exceeds balance";
public const string DebitAmountLessThanZeroMessage = "Debit amount is less than zero";

然后，修改 Debit 方法中的两个条件语句：

if (amount > m_balance)
{
    throw new System.ArgumentOutOfRangeException("amount", amount, DebitAmountExceedsBalanceMessage);
}

if (amount < 0)
{
    throw new System.ArgumentOutOfRangeException("amount", amount, DebitAmountLessThanZeroMessage);
}

重构测试方法

通过删除对 Assert.ThrowsException 的调用重构测试方法。将对 Debit() 的调用包装到 try/catch 块中、捕获预期的特定异常并验证其关联的消息。 Microsoft.VisualStudio.TestTools.UnitTesting.StringAssert.Contains 方法提供比较两个字符串的功能。

现在，Debit_WhenAmountIsMoreThanBalance_ShouldThrowArgumentOutOfRange 可能如下所示：

[TestMethod]
public void Debit_WhenAmountIsMoreThanBalance_ShouldThrowArgumentOutOfRange()
{
    // Arrange
    double beginningBalance = 11.99;
    double debitAmount = 20.0;
    BankAccount account = new BankAccount("Mr. Bryan Walton", beginningBalance);

    // Act
    try
    {
        account.Debit(debitAmount);
    }
    catch (System.ArgumentOutOfRangeException e)
    {
        // Assert
        StringAssert.Contains(e.Message, BankAccount.DebitAmountExceedsBalanceMessage);
    }
}

重测、重写和重新分析

目前，测试方法不会处理它原本应该处理的所有情况。如果所测试的方法 Debit 在 debitAmount 大于余额（或小于零）时未能引发 ArgumentOutOfRangeException，则该测试方法通过。这种方案不是很好，因为你希望在未引发异常的情况下使测试方法失败。

而此方案的结果是测试方法中出现 bug。要解决该问题，在测试方法末尾添加 Assert.Fail 断言，处理未引发异常的情况。

重新运行测试表明，如果捕获到正确的异常，测试现将失败。 catch 块捕获到该异常，但该方法继续执行，并在新的 Assert.Fail 断言处失败。要解决此问题，在 catch 块中的 StringAssert 后添加 return 语句。重新运行测试可确认已解决此问题。 Debit_WhenAmountIsMoreThanBalance_ShouldThrowArgumentOutOfRange 的最终版本如下：

[TestMethod]
public void Debit_WhenAmountIsMoreThanBalance_ShouldThrowArgumentOutOfRange()
{
    // Arrange
    double beginningBalance = 11.99;
    double debitAmount = 20.0;
    BankAccount account = new BankAccount("Mr. Bryan Walton", beginningBalance);

    // Act
    try
    {
        account.Debit(debitAmount);
    }
    catch (System.ArgumentOutOfRangeException e)
    {
        // Assert
        StringAssert.Contains(e.Message, BankAccount.DebitAmountExceedsBalanceMessage);
        return;
    }

    Assert.Fail("The expected exception was not thrown.");
}

结束语

通过改进测试代码，可使测试方法更可靠并提供更多信息。但更重要的是，被测代码也得到改进。

提示

此演练使用用于托管代码的 Microsoft 单元测试框架。 “测试资源管理器”还可以在具有“测试资源管理器”适配器的第三方单元测试框架中运行测试。有关详细信息，请参阅安装第三方单元测试框架。

有关如何从命令行运行测试的信息，请参阅 VSTest.Console.exe 命令行选项。

通过

演练：创建并运行托管代码的单元测试

创建一个项目进行测试

创建单元测试项目

创建测试类

重命名文件和类

添加 using 语句

测试类要求

创建第一个测试方法

创建测试方法

测试方法要求

生成并运行测试

修复代码并重新运行测试

更正 bug

重新运行测试

使用单元测试以改进代码

分析问题

创建和运行新的测试方法

继续分析

重构所测试的代码

重构测试方法

重测、重写和重新分析

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