Testování

Programátorská práce nespočívá jen v tom, program napsat. Důležité je si i ověřit, že opravdu funguje (a případně ho pak opravit). Ověřování, že program funguje, se říká testování.

Zatím jsi asi svoje programy testoval/a tak, že jsi je zkusil/a spustit, něco zadal/a a podíval/a se, jestli jsou výsledky v pořádku. U větších programů, které budou mít více a více možností, ale bude těžší a těžší takhle zkontrolovat, jestli všechny ty možnosti fungují, jak mají.

Proto si programátoři, místo aby program zkoušeli ručně, píšou jiné programy, které testují jejich výtvory za ně.

Automatické testy jsou funkce, které zkontrolují, že náš program funguje správně. Spuštěním testů můžeš kdykoli ověřit, že kód funguje. Hlavní výhoda je, že když v otestovaném kódu v budoucnu uděláš nějakou změnu, testy ověří, že jsi nerozbil/a nic, co dříve fungovalo.

Instalace knihovny pytest

Zatím jsme v kurzu pracovali/y s tím, co se instaluje se samotným Pythonem – s moduly jako math a turtle. Kromě takových modulů ale existuje ale velká spousta dalších knihoven, které nejsou přímo v Pythonu, ale dají se doinstalovat a používat.

Na testy je v samotném Pythonu zabudovaná knihovna unittest. Ta je ale celkem složitá na použití, proto ji my používat nebudeme. Nainstalujeme si knihovnu pytest, která se používá mnohem jednodušeji a je velice populární.

Knihovny se instalují do aktivního virtuálního prostředí. Jak se dělá a spouští virtuální prostředí ses naučil/a při instalaci Pythonu, ale teprve teď to začíná být opravdu důležité. Ujisti se, že máš virtuální prostředí aktivované.

Potom zadej následující příkaz. (Je to příkaz příkazové řádky, podobně jako cd nebo mkdir; nezadávej ho do Pythonu.)

(venv)$ python -m pip install pytest

Psaní testů

Nejdříve si testování ukážeme na jednoduchém příkladu. Tady je funkce secti, která umí sečíst dvě čísla, a další funkce, která testuje, jestli se secti pro určité hodnoty chová správně.

Kód si opiš do souboru test_secteni.py, v novém prázdném adresáři. Pro pytest je (ve výchozím nastavení) důležité, aby jména jak souborů s testy, tak samotných testovacích funkcí, začínala na test_.

def secti(a, b):
    return a + b

def test_secti():
    assert secti(1, 2) == 3

Co se v té testovací funkci děje?

Příkaz assert vyhodnotí výraz za ním a pokud výsledek není pravdivý, vyvolá výjimku, která způsobí, že test selže. Můžeš si představit, že assert a == b dělá následující:

if not (a == b):
    raise AssertionError('Test selhal!')

Spouštění testů

Testy se spouští zadáním příkazu python -m pytest -v následovaným názvem souboru s testy. Tedy v překladu: Pythone, pusť modul pytest, v „ukecaném” režimu (angl. verbose) nad zadaným souborem.

$ python -m pytest -v test_secteni.py

============================= test session starts ==============================
platform linux -- Python 3.7.1, pytest-3.6.4, py-1.5.4, pluggy-0.6.0 -- venv/bin/python
cachedir: .pytest_cache
rootdir: naucse, inifile:
collecting ... collected 1 item

test_secteni.py::test_secti PASSED                                       [100%]

=========================== 1 passed in 0.00 seconds ===========================

Tento příkaz projde zadaný soubor, zavolá v něm všechny funkce, jejichž jméno začíná na test_, a ověří, že nevyvolají žádnou výjimku – typicky výjimku z příkazu assert. Pokud výjimka nastane, dá to pytest velice červeně najevo a přidá několik informací, které můžou usnadnit nalezení a opravu chyby.

Zkus si změnit funkci secti (nebo její test) a podívat se, jak to vypadá když test „neprojde“.

Testovací moduly

Testy se většinou nepíšou přímo ke kódu, ale do souboru vedle. Je to tak přehlednější a taky to pak zjednodušuje distribuci – předávání kódu někomu, kdo ho chce jen spustit a testy nepotřebuje.

Rozděl soubor s testem sečítání: funkci secti přesuň do modulu secteni.py, a v test_secteni.py nech jenom test. Do test_secteni.py pak na začátek přidej from secteni import secti, aby byla funkce testu k dispozici.

Test by měl opět projít.

Spouštěcí moduly

Automatické testy musí projít „bez dozoru“. V praxi se často automaticky spouští, případné chyby se automaticky oznamují (např. e-mailem) a fungující kód se automaticky začne používat dál (nebo se rovnou vydá zákazníkům).

Co to znamená pro nás? Funkce input v testech nefunguje. Nemá koho by se zeptala; „za klávesnicí“ nemusí nikdo sedět.

To může někdy „ztěžovat práci“. Ukážeme si to na složitějším projektu: na 1D piškvorkách.

Kód pro 1D Piškvorky může rámcově vypadat zhruba takto:

import random  # (příp. import jiných věci, které budou potřeba)

def tah(pole, cislo_policka, symbol):
    """Vrátí pole s daným symbolem umístěným na danou pozici"""
    ...

def tah_hrace(pole):
    """Zeptá se hráče kam chce hrát a vrátí pole se zaznamenaným tahem"""
    ...
    input('Kam chceš hrát? ')
    ...

def piskvorky1d():
    """Spustí hru

    Vytvoří hrací pole a střídavě volá tah_hrace a tah_pocitace
    dokud někdo nevyhraje"""
    while ...:
        ...
        tah_hrace(...)
        ...

# Puštění hry!
piskvorky1d()

Když tenhle modul naimportuješ, Python v něm postupně, odshora dolů, provede všechny příkazy.

První příkaz, import, jen zpřístupní nějaké proměnné a funkce; je-li importovaný modul správně napsaný, nemá vedlejší účinek. Definice funkcí (příkazy def a všechno v nich) podobně jen definují funkce. Ale zavoláním funkce piskvorky1d se spustí hra: funkce piskvorky1d zavolá funkci tah_hrace() a ta zavolá input().

Importuješ-li tenhle modul z testů, input selže a import se nepovede.

Volání funkce piskvorky1d je vedlejší efekt, a je potřeba ho odstranit. No jo, ale po takovém odstranění už nejde jednoduše spustit hra! Co s tím?

Můžeš na to vytvořit nový modul. Pojmenuj ho hra.py a dej do něj jenom to odstraněné volání:

import piskvorky

piskvorky.piskvorky1d()

Tenhle modul nebudeš moci testovat (protože nepřímo volá funkci input), ale můžeš ho spustit, když si budeš chtít zahrát. Protože k němu nemáš napsané testy, nepoznáš z nich, když se takový spouštěcí modul rozbije. Měl by být proto nejjednodušší – jeden import a jedno volání.

Původní modul teď můžeš importovat bez obav – ať už z testů nebo z jiných modulů. Test může vypadat třeba takhle:

import piskvorky

def test_tah_na_prazdne_pole():
    pole = piskvorky.tah_pocitace('--------------------')
    assert len(pole) == 20
    assert pole.count('x') == 1
    assert pole.count('-') == 19

Pozitivní a negativní testy

Testům, které kontrolují že se program za správných podmínek chová správně, se říká pozitivní testy. Můžeš ale testovat i reakci programu na špatné nebo neočekávané podmínky.

Testy, které kontrolují reakci na „špatný“ vstup, se jmenují negativní testy. Můžou kontrolovat nějaký negativní výsledek (např. že volání jako cislo_je_sude(7) vrátí False), a nebo to, že nastane „rozumná“ výjimka.

Například funkce tah_pocitace by měla způsobit chybu (třeba ValueError), když je herní pole už plné.

Na otestování výjimky použij příkaz with a funkci raises naimportovanou z modulu pytest. Jak příkaz with přesně funguje, se dozvíme později; teď stačí říct, že ověří, že odsazený blok kódu pod ním vyvolá danou výjimku:

import pytest

import piskvorky

def test_tah_chyba():
    with pytest.raises(ValueError):
        piskvorky.tah_pocitace('oxoxoxoxoxoxoxoxoxox')