TUnit 新世代測試框架入門基礎

技能概述

本技能涵蓋 TUnit 新世代 .NET 測試框架的入門基礎，從框架特色到實際專案建立與測試撰寫。

核心主題：

• TUnit 框架特色與設計理念
• Source Generator 驅動的測試發現
• AOT (Ahead-of-Time) 編譯支援
• 流暢式非同步斷言系統
• 專案建立與套件配置
• 與 xUnit 的語法差異比較

TUnit 框架核心特色

1. Source Generator 驅動的測試發現

TUnit 與傳統測試框架最大的差異在於使用 Source Generator 在編譯時期完成測試發現：

傳統框架的方式（xUnit）：

// xUnit 在執行時期透過反射掃描所有方法
public class TraditionalTests
{
    [Fact] // 執行時期才被發現
    public void TestMethod() { }
}

TUnit 的創新做法：

// TUnit 在編譯時期就透過 Source Generator 產生測試註冊程式碼
public class ModernTests
{
    [Test] // 編譯時期就被處理和最佳化
    public async Task TestMethod() 
    {
        await Assert.That(true).IsTrue();
    }
}

優勢：

1. 避免反射成本：所有測試發現在編譯時期完成
2. AOT 相容：完全支援 Native AOT 編譯
3. 更快的啟動時間：特別是在大型測試專案中

2. AOT (Ahead-of-Time) 編譯支援

JIT vs AOT 編譯流程：

傳統 JIT：C# 原始碼 → IL 中間碼 → 執行時期 JIT 編譯 → 機器碼 → 執行
AOT：    C# 原始碼 → 編譯時期直接產生 → 機器碼 → 直接執行

AOT 編譯的優勢：

• 超快啟動時間（無需等待 JIT 編譯）
• 更小的記憶體占用
• 可預測的效能
• 更適合容器化部署

啟用 AOT 支援：

<PropertyGroup>
    <PublishAot>true</PublishAot>
    <InvariantGlobalization>true</InvariantGlobalization>
</PropertyGroup>

實際效能差異：

傳統 JIT 編譯測試啟動時間：約 1-2 秒
TUnit AOT 編譯測試啟動時間：約 50-100 毫秒
（大型專案可達 10-30 倍啟動時間改善）

3. Microsoft.Testing.Platform 採用

TUnit 建構在微軟最新的 Microsoft.Testing.Platform 之上，而非傳統的 VSTest 平台：

• 更輕量的測試執行器
• 更好的並行控制機制
• 原生支援最新的 IDE 整合

重要注意事項： TUnit 專案不需要也不應該安裝 Microsoft.NET.Test.Sdk 套件。

4. 預設並行執行

TUnit 將並行執行設為預設，並提供精細的控制：

// 預設所有測試都會並行執行
[Test]
public async Task ParallelTest1() { }

[Test]
public async Task ParallelTest2() { }

// 需要時可以控制並行行為
[Test]
[NotInParallel("DatabaseTests")]
public async Task DatabaseTest() { }

TUnit 專案建立

方式一：手動建立（理解底層架構）

# 建立專案目錄
mkdir TUnitDemo
cd TUnitDemo

# 建立解決方案
dotnet new sln -n MyApp

# 建立主專案
dotnet new classlib -n MyApp.Core -o src/MyApp.Core

# 建立測試專案（使用 console 模板）
dotnet new console -n MyApp.Tests -o tests/MyApp.Tests

# 加入解決方案
dotnet sln add src/MyApp.Core/MyApp.Core.csproj
dotnet sln add tests/MyApp.Tests/MyApp.Tests.csproj

# 加入專案參考
dotnet add tests/MyApp.Tests/MyApp.Tests.csproj reference src/MyApp.Core/MyApp.Core.csproj

方式二：使用 TUnit Template（推薦）

# 安裝 TUnit 專案模板
dotnet new install TUnit.Templates

# 使用 TUnit template 建立測試專案
dotnet new tunit -n MyApp.Tests -o tests/MyApp.Tests

測試專案 csproj 設定

<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">

  <PropertyGroup>
    <TargetFramework>net9.0</TargetFramework>
    <ImplicitUsings>enable</ImplicitUsings>
    <Nullable>enable</Nullable>
    <IsPackable>false</IsPackable>
    <IsTestProject>true</IsTestProject>
  </PropertyGroup>

  <ItemGroup>
    <!-- TUnit 核心套件 -->
    <PackageReference Include="TUnit" Version="0.57.24" />
    <!-- 程式碼覆蓋率支援 -->
    <PackageReference Include="Microsoft.Testing.Extensions.CodeCoverage" Version="17.12.4" />
    <!-- TRX 報告支援 -->
    <PackageReference Include="Microsoft.Testing.Extensions.TrxReport" Version="1.4.3" />
  </ItemGroup>

  <ItemGroup>
    <ProjectReference Include="..\..\src\MyApp.Core\MyApp.Core.csproj" />
  </ItemGroup>

</Project>

GlobalUsings 設定

// GlobalUsings.cs
global using TUnit.Core;
global using TUnit.Assertions;
global using MyApp.Core;

非同步測試方法（必要）

TUnit 的所有測試方法都必須是非同步的，這是框架的技術要求：

// ❌ 錯誤：無法編譯
[Test]
public void WrongTest()
{
    Assert.That(1 + 1).IsEqualTo(2);
}

// ✅ 正確：使用 async Task
[Test]
public async Task CorrectTest()
{
    await Assert.That(1 + 1).IsEqualTo(2);
}

測試屬性與參數化

基本測試 [Test]

TUnit 統一使用 [Test] 屬性，不像 xUnit 區分 [Fact] 和 [Theory]：

// TUnit：統一使用 [Test]
[Test]
public async Task Add_輸入1和2_應回傳3()
{
    var calculator = new Calculator();
    var result = calculator.Add(1, 2);
    await Assert.That(result).IsEqualTo(3);
}

參數化測試 [Arguments]

// TUnit：使用 [Arguments]（相當於 xUnit 的 [InlineData]）
[Test]
[Arguments(1, 2, 3)]
[Arguments(-1, 1, 0)]
[Arguments(0, 0, 0)]
[Arguments(100, -50, 50)]
public async Task Add_多組輸入_應回傳正確結果(int a, int b, int expected)
{
    var calculator = new Calculator();
    var result = calculator.Add(a, b);
    await Assert.That(result).IsEqualTo(expected);
}

TUnit.Assertions 斷言系統

TUnit 採用流暢式（Fluent）斷言設計，所有斷言都是非同步的：

基本相等性斷言

[Test]
public async Task 基本相等性斷言範例()
{
    var expected = 42;
    var actual = 40 + 2;
    
    await Assert.That(actual).IsEqualTo(expected);
    await Assert.That(actual).IsNotEqualTo(43);
    
    // Null 檢查
    string? nullValue = null;
    await Assert.That(nullValue).IsNull();
    await Assert.That("test").IsNotNull();
}

布林值斷言

[Test]
public async Task 布林值斷言範例()
{
    var condition = 1 + 1 == 2;
    
    await Assert.That(condition).IsTrue();
    await Assert.That(1 + 1 == 3).IsFalse();
    
    var number = 10;
    await Assert.That(number > 5).IsTrue();
}

數值比較斷言

[Test]
public async Task 數值比較斷言範例()
{
    var actual = 10;
    
    await Assert.That(actual).IsGreaterThan(5);
    await Assert.That(actual).IsGreaterThanOrEqualTo(10);
    await Assert.That(actual).IsLessThan(15);
    await Assert.That(actual).IsBetween(5, 15);
}

[Test]
[Arguments(3.14159, 3.14, 0.01)]
public async Task 浮點數精確度控制(double actual, double expected, double tolerance)
{
    await Assert.That(actual)
        .IsEqualTo(expected)
        .Within(tolerance);
}

字串斷言

[Test]
public async Task 字串斷言範例()
{
    var email = "user@example.com";
    
    await Assert.That(email).Contains("@");
    await Assert.That(email).StartsWith("user");
    await Assert.That(email).EndsWith(".com");
    await Assert.That(email).DoesNotContain(" ");
    await Assert.That("").IsEmpty();
    await Assert.That(email).IsNotEmpty();
}

集合斷言

[Test]
public async Task 集合斷言範例()
{
    var numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };
    
    await Assert.That(numbers).HasCount(5);
    await Assert.That(numbers).IsNotEmpty();
    await Assert.That(numbers).Contains(3);
    await Assert.That(numbers).DoesNotContain(10);
    await Assert.That(numbers.First()).IsEqualTo(1);
    await Assert.That(numbers.Last()).IsEqualTo(5);
}

例外斷言

[Test]
public async Task 例外斷言範例()
{
    var calculator = new Calculator();
    
    // 檢查特定例外類型
    await Assert.That(() => calculator.Divide(10, 0))
        .Throws<DivideByZeroException>();
    
    // 檢查例外訊息
    await Assert.That(() => calculator.Divide(10, 0))
        .Throws<DivideByZeroException>()
        .WithMessage("除數不能為零");
    
    // 檢查不拋出例外
    await Assert.That(() => calculator.Add(1, 2))
        .DoesNotThrow();
}

And / Or 條件組合

[Test]
public async Task 條件組合範例()
{
    var number = 10;
    
    // And：所有條件都必須成立
    await Assert.That(number)
        .IsGreaterThan(5)
        .And.IsLessThan(15)
        .And.IsEqualTo(10);
    
    // Or：任一條件成立即可
    await Assert.That(number)
        .IsEqualTo(5)
        .Or.IsEqualTo(10)
        .Or.IsEqualTo(15);
}

測試生命週期管理

建構式與 Dispose 模式

public class BasicLifecycleTests : IDisposable
{
    private readonly Calculator _calculator;

    public BasicLifecycleTests()
    {
        _calculator = new Calculator();
    }

    [Test]
    public async Task Add_基本測試()
    {
        await Assert.That(_calculator.Add(1, 2)).IsEqualTo(3);
    }

    public void Dispose()
    {
        // 清理資源
    }
}

Before / After 屬性

TUnit 提供更細緻的生命週期控制：

public class LifecycleTests
{
    private static TestDatabase? _database;

    // 類別層級：所有測試執行前只執行一次
    [Before(Class)]
    public static async Task ClassSetup()
    {
        _database = new TestDatabase();
        await _database.InitializeAsync();
    }

    // 測試層級：每個測試執行前都會執行
    [Before(Test)]
    public async Task TestSetup()
    {
        await _database!.ClearDataAsync();
    }

    [Test]
    public async Task 測試使用者建立()
    {
        var userService = new UserService(_database!);
        var user = await userService.CreateUserAsync("test@example.com");
        await Assert.That(user.Id).IsNotEqualTo(Guid.Empty);
    }

    // 測試層級：每個測試執行後都會執行
    [After(Test)]
    public async Task TestTearDown()
    {
        // 記錄測試結果
    }

    // 類別層級：所有測試執行後只執行一次
    [After(Class)]
    public static async Task ClassTearDown()
    {
        if (_database != null)
        {
            await _database.DisposeAsync();
        }
    }
}

生命週期屬性種類

執行順序

1. Before(Class)
2. 建構式
3. Before(Test)
4. 測試方法
5. After(Test)
6. Dispose
7. After(Class)

並行執行控制

NotInParallel 屬性

// 預設並行執行
[Test]
public async Task 並行測試1() { }

[Test]
public async Task 並行測試2() { }

// 控制特定測試不要並行
[Test]
[NotInParallel("DatabaseTests")]
public async Task 資料庫測試1_不並行執行()
{
    // 這個測試不會與其他 "DatabaseTests" 群組並行執行
}

[Test]
[NotInParallel("DatabaseTests")]
public async Task 資料庫測試2_不並行執行()
{
    // 與資料庫測試1 依序執行
}

xUnit 與 TUnit 語法對照

遷移範例

xUnit 原始程式碼：

[Theory]
[InlineData("test@example.com", true)]
[InlineData("invalid", false)]
public void IsValidEmail_各種輸入_應回傳正確驗證結果(string email, bool expected)
{
    var result = _validator.IsValidEmail(email);
    Assert.Equal(expected, result);
}

TUnit 轉換後：

[Test]
[Arguments("test@example.com", true)]
[Arguments("invalid", false)]
public async Task IsValidEmail_各種輸入_應回傳正確驗證結果(string email, bool expected)
{
    var result = _validator.IsValidEmail(email);
    await Assert.That(result).IsEqualTo(expected);
}

主要變更：

1. [Theory] → [Test]
2. [InlineData] → [Arguments]
3. 方法改為 async Task
4. 所有斷言加上 await
5. 流暢式斷言語法

執行與偵錯

CLI 執行

# 建置專案
dotnet build

# 執行所有測試
dotnet test

# 詳細輸出
dotnet test --verbosity normal

# 產生覆蓋率報告
dotnet test --coverage

# 過濾特定測試
dotnet test --filter "ClassName=CalculatorTests"
dotnet test --filter "TestName~Add"

AOT 編譯執行

# 發佈為 AOT 編譯版本
dotnet publish -c Release -p:PublishAot=true

# 執行 AOT 編譯的測試
./bin/Release/net9.0/publish/MyApp.Tests.exe

IDE 整合

Visual Studio 2022：

• 版本需 17.13+
• 啟用 “Use testing platform server mode”

VS Code：

• 安裝 C# Dev Kit 擴充套件
• 啟用 “Use Testing Platform Protocol”

JetBrains Rider：

• 啟用 “Testing Platform support”

效能比較

常見問題與解決方案

問題 1：套件相容性

錯誤： 安裝了 Microsoft.NET.Test.Sdk 導致測試無法發現

解決方案： 移除 Microsoft.NET.Test.Sdk，TUnit 使用新的測試平台

問題 2：IDE 整合問題

症狀： 測試在 IDE 中無法顯示或執行

解決方案：

1. 確認 IDE 版本支援 Microsoft.Testing.Platform
2. 啟用相關預覽功能
3. 重新載入專案或重啟 IDE

問題 3：非同步斷言遺忘

症狀： 編譯錯誤或斷言無法正常執行

解決方案： 所有斷言都需要 await，測試方法必須是 async Task

適用場景評估

適合使用 TUnit

1. 全新專案：沒有歷史包袱
2. 效能要求高：大型測試套件（1000+ 測試）
3. 技術棧先進：使用 .NET 8+，計劃採用 AOT
4. CI/CD 重度使用：測試執行時間直接影響部署頻率
5. 容器化部署：快速啟動時間很重要

暫時不建議

1. Legacy 專案：已有大量 xUnit 測試
2. 保守團隊：需要穩定性勝過創新性
3. 複雜測試生態：大量使用 xUnit 特定套件
4. 舊版 .NET：還在 .NET 6/7

參考資源

原始文章

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 28 – TUnit 入門 – 下世代 .NET 測試框架探索
  • 鐵人賽文章：https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10377828
  • 範例程式碼：https://github.com/kevintsengtw/30Days_in_Testing_Samples/tree/main/day28

官方資源

• TUnit 官方網站
• TUnit GitHub
• 從 xUnit 遷移指南

Microsoft 官方文件

• Microsoft.Testing.Platform 介紹
• 原生 AOT 部署