一、介紹
在軟體開發中，單元測試是一種測試方法，它用於檢查單個軟體元件（例如函式或方法）的正確性。Python 提供了一個內建的單元測試庫，名為 unittest，可以用來編寫測試程式碼，然後執行測試，並報告測試結果。
本文將向你介紹如何使用 unittest 來編寫和執行單元測試。透過閱讀本文，你將瞭解 unittest 的基本使用方法，以及如何使用 unittest 中的斷言方法和測試用例組織結構。
二、基礎概念和方法
在 unittest 中，每個測試用例都是 unittest.TestCase 的一個例項，而測試用例的集合就是一個測試套件。你可以透過實現 unittest.TestCase 的子類來定義你的測試用例，然後透過例項化這個子類的物件來建立具體的測試用例。
這是一個簡單的示例，演示瞭如何定義和使用測試用例：
import unittest
class TestStringMethods(unittest.TestCase):
def test_upper(self):
self.assertEqual('foo'.upper(), 'FOO')
def test_isupper(self):
self.assertTrue('FOO'.isupper())
self.assertFalse('Foo'.isupper())
def test_split(self):
s = 'hello world'
self.assertEqual(s.split(), ['hello', 'world'])
# check that s.split fails when the separator is not a string
with self.assertRaises(TypeError):
s.split(2)
if __name__ == '__main__':
unittest.main()
在上述程式碼中，我們定義了一個 TestStringMethods 類，這個類繼承自 unittest.TestCase。在這個類中，我們定義了三個方法：test_upper、test_isupper 和 test_split。這三個方法就是我們的三個測試用例。
unittest.TestCase 類提供了許多斷言方法，例如 assertEqual(a, b)、assertTrue(x) 和 assertFalse(x)。這些斷言方法用來檢查我們的程式碼是否滿足預期的行為。
三、執行測試和檢視測試結果
當我們定義好測試用例後，就可以執行這些測試用例，並檢視測試結果了。你可以透過執行 unittest.main() 來執行所有的測試用例。
在上述程式碼的最後，我們呼叫了 unittest.main()。這個函式會搜尋當前模組中所有 unittest.TestCase 的子類，然後執行這些子類中的所有以 test 開頭的方法。
當我們執行這段程式碼時，unittest 將會輸出一個測試報告，顯示每個測試用例的執行結果。例如，如果所有測試用例都透過了，你會看到如下的輸出：
....
----------------------------------------------------------------------
Ran 4 tests in 0.001s
OK
四、使用測試載入器和測試執行器
測試載入器用於搜尋和載入測試，而測試執行器則負責執行這些測試並報告結果。Python的unittest庫為我們提供了預設的測試載入器和測試執行器，但是，你也可以自定義它們以滿足特殊的需求。
下面是一個示例，演示瞭如何使用 unittest.TestLoader 來載入測試：
import unittest
class TestStringMethods(unittest.TestCase):
# ... 前面的內容 ...
def suite():
suite = unittest.TestSuite()
loader = unittest.TestLoader()
suite.addTest(loader.loadTestsFromTestCase(TestStringMethods))
return suite
if __name__ == '__main__':
runner = unittest.TextTestRunner()
runner.run(suite())
在這個例子中，我們首先建立了一個 unittest.TestLoader 例項。然後，我們呼叫了 loadTestsFromTestCase 方法，這個方法會載入 TestStringMethods 類中定義的所有測試。然後，我們將這些測試新增到了測試套件中。
至於測試執行器，unittest 提供了 unittest.TextTestRunner 類作為預設的測試執行器。這個類的例項會在控制檯上輸出一個文字報告。如果你想自定義測試執行器，你可以透過繼承 unittest.TestRunner 類來實現。
五、測試套件
測試套件是測試用例或測試套件的集合。它用於指定 unittest 所需執行的測試。透過建立自己的測試套件，你可以精確控制 unittest 執行哪些測試。以下是一個建立測試套件並新增測試用例的例子：
import unittest
class TestStringMethods(unittest.TestCase):
# ... 與前文相同 ...
def suite():
suite = unittest.TestSuite()
suite.addTest(TestStringMethods('test_upper'))
suite.addTest(TestStringMethods('test_isupper'))
return suite
if __name__ == '__main__':
runner = unittest.TextTestRunner()
runner.run(suite())
在這個例子中，我們建立了一個 suite 函式，這個函式建立一個 unittest.TestSuite 例項，然後向這個例項新增測試用例。在 main 部分，我們建立了一個 unittest.TextTestRunner 例項，然後呼叫它的 run 方法來執行測試套件。
六、setUp 和 tearDown 方法
除了用於測試的方法外，unittest.TestCase 還提供了兩個特殊的方法：setUp 和 tearDown。這兩個方法在每個測試方法之前和之後執行，可以用於準備測試環境和清理資源。
下面是一個使用 setUp 和 tearDown 的例子：
import unittest
class TestDatabaseMethods(unittest.TestCase):
def setUp(self):
self.conn = create_database_connection()
self.cur = self.conn.cursor()
def tearDown(self):
self.cur.close()
self.conn.close()
def test_insert(self):
self.cur.execute("INSERT INTO employees VALUES (1, 'John')")
self.cur.execute("SELECT * FROM employees")
result = self.cur.fetchone()
self.assertEqual(result, (1, 'John'))
if __name__ == '__main__':
unittest.main()
在這個例子中，我們在 setUp 方法中建立了資料庫連線和遊標，在 tearDown 方法中關閉了它們。這樣，我們就可以確保每個測試方法都在乾淨的資料庫環境中執行。
七、unittest.mock：模擬物件和行為
在某些情況下，你可能想要替換測試中的一些物件，或者模擬特定的行為。unittest.mock 模組提供了一個 Mock 類和許多其他工具，可以幫助你實現這一點。
下面是一個使用 unittest.mock 的例子：
from unittest import TestCase, mock
from my_module import MyObject
class TestMyObject(TestCase):
@mock.patch('my_module.MyObject')
def test_my_method(self, MockMyObject):
obj = MockMyObject()
obj.my_method.return_value = 42
assert obj.my_method() == 42
obj.my_method.assert_called_once()
在這個例子中，我們使用了 unittest.mock.patch 裝飾器來替換 MyObject 類。然後，我們可以控制這個替代物件的行為，例如設定它的方法返回什麼值，或者檢查它的方法是否被正確呼叫。
總的來說，Python的 unittest 框架為我們提供了強大而靈活的工具來進行單元測試。這只是 unittest 的冰山一角，它還有更多的功能等待你去發現和利用。