Estratégias de Teste JavaScript: Implementação de Testes Baseados em Propriedades

O teste é uma parte integrante do desenvolvimento de software, garantindo a confiabilidade e a robustez de nossas aplicações. Enquanto os testes de unidade se concentram em entradas específicas e saídas esperadas, o teste baseado em propriedades (PBT) oferece uma abordagem mais abrangente, verificando se seu código adere a propriedades predefinidas em uma ampla gama de entradas geradas automaticamente. Esta postagem do blog se aprofunda no mundo dos testes baseados em propriedades em JavaScript, explorando seus benefícios, técnicas de implementação e bibliotecas populares.

O que é Teste Baseado em Propriedades?

O teste baseado em propriedades, também conhecido como teste generativo, muda o foco de testar exemplos individuais para verificar propriedades que devem ser verdadeiras para uma variedade de entradas. Em vez de escrever testes que afirmam saídas específicas para entradas específicas, você define propriedades que descrevem o comportamento esperado do seu código. A estrutura PBT então gera um grande número de entradas aleatórias e verifica se as propriedades são verdadeiras para todas elas. Se uma propriedade for violada, a estrutura tenta reduzir a entrada para encontrar o menor exemplo com falha, tornando a depuração mais fácil.

Imagine que você está testando uma função de classificação. Em vez de testar com algumas matrizes escolhidas a dedo, você pode definir uma propriedade como "O comprimento da matriz classificada é igual ao comprimento da matriz original" ou "Todos os elementos na matriz classificada são maiores ou iguais ao elemento anterior". A estrutura PBT então gerará inúmeras matrizes de tamanhos e conteúdos variados, garantindo que sua função de classificação satisfaça essas propriedades em uma ampla gama de cenários.

Benefícios do Teste Baseado em Propriedades

• Maior Cobertura de Testes: PBT explora uma gama muito mais ampla de entradas do que os testes de unidade tradicionais, descobrindo casos extremos e cenários inesperados que você pode não ter considerado manualmente.
• Melhor Qualidade do Código: Definir propriedades força você a pensar mais profundamente sobre o comportamento pretendido do seu código, levando a uma melhor compreensão do domínio do problema e uma implementação mais robusta.
• Custos de Manutenção Reduzidos: Os testes baseados em propriedades são mais resistentes a alterações no código do que os testes baseados em exemplos. Se você refatorar seu código, mas mantiver as mesmas propriedades, os testes PBT continuarão passando, dando a você confiança de que suas alterações não introduziram nenhuma regressão.
• Depuração mais fácil: Quando uma propriedade falha, a estrutura PBT fornece um exemplo mínimo com falha, tornando mais fácil identificar a causa raiz do bug.
• Melhor Documentação: As propriedades servem como uma forma de documentação executável, descrevendo claramente o comportamento esperado do seu código.

Implementando Testes Baseados em Propriedades em JavaScript

Várias bibliotecas JavaScript facilitam o teste baseado em propriedades. Duas escolhas populares são jsverify e fast-check. Vamos explorar como usar cada um deles com exemplos práticos.

Usando jsverify

jsverify é uma biblioteca poderosa e bem estabelecida para testes baseados em propriedades em JavaScript. Ele fornece um rico conjunto de geradores para criar dados aleatórios, bem como uma API conveniente para definir e executar propriedades.

Instalação:

            npm install jsverify
            

              
                Copy
              
            
          

Exemplo: Testando uma função de adição

Digamos que temos uma função de adição simples:

            function add(a, b) {
  return a + b;
}
            

              
                Copy
              
            
          

Podemos usar jsverify para definir uma propriedade que afirma que a adição é comutativa (a + b = b + a):

            const jsc = require('jsverify');

jsc.property('a adição é comutativa', 'number', 'number', function(a, b) {
  return add(a, b) === add(b, a);
});

            

              
                Copy
              
            
          

Neste exemplo:

• jsc.property define uma propriedade com um nome descritivo.
• 'number', 'number' especificam que a propriedade deve ser testada com números aleatórios como entradas para a e b. jsverify fornece uma ampla gama de geradores embutidos para diferentes tipos de dados.
• A função function(a, b) { ... } define a própria propriedade. Ele recebe as entradas geradas a e b e retorna true se a propriedade for válida e false caso contrário.

Ao executar este teste, jsverify gerará centenas de pares de números aleatórios e verificará se a propriedade comutativa é válida para todos eles. Se encontrar um contra-exemplo, ele relatará a entrada com falha e tentará reduzi-la a um exemplo mínimo.

Exemplo mais complexo: Testando uma função de inversão de string

Aqui está uma função de inversão de string:

            function reverseString(str) {
  return str.split('').reverse().join('');
}
            

              
                Copy
              
            
          

Podemos definir uma propriedade que afirma que inverter uma string duas vezes deve retornar a string original:

            jsc.property('inverter uma string duas vezes retorna a string original', 'string', function(str) {
  return reverseString(reverseString(str)) === str;
});

            

              
                Copy
              
            
          

jsverify gerará strings aleatórias de tamanhos e conteúdos variados e verificará se esta propriedade é válida para todas elas.

Usando fast-check

fast-check é outra excelente biblioteca de teste baseada em propriedades para JavaScript. É conhecida por seu desempenho e seu foco em fornecer uma API fluente para definir geradores e propriedades.

Instalação:

            npm install fast-check
            

              
                Copy
              
            
          

Exemplo: Testando uma função de adição

Usando a mesma função de adição que antes:

            function add(a, b) {
  return a + b;
}
            

              
                Copy
              
            
          

Podemos definir a propriedade comutativa usando fast-check:

            const fc = require('fast-check');

fc.assert(
  fc.property(fc.integer(), fc.integer(), (a, b) => {
    return add(a, b) === add(b, a);
  })
);

            

              
                Copy
              
            
          

Neste exemplo:

• fc.assert executa o teste baseado em propriedades.
• fc.property define a propriedade.
• fc.integer() especifica que a propriedade deve ser testada com inteiros aleatórios como entradas para a e b. fast-check também fornece uma ampla gama de arbitrarias (geradores) embutidos.
• A expressão lambda (a, b) => { ... } define a própria propriedade.

Exemplo mais complexo: Testando uma função de inversão de string

Usando a mesma função de inversão de string que antes:

            function reverseString(str) {
  return str.split('').reverse().join('');
}
            

              
                Copy
              
            
          

Podemos definir a propriedade de dupla inversão usando fast-check:

            fc.assert(
  fc.property(fc.string(), (str) => {
    return reverseString(reverseString(str)) === str;
  })
);

            

              
                Copy
              
            
          

Escolhendo entre jsverify e fast-check

jsverify e fast-check são excelentes opções para testes baseados em propriedades em JavaScript. Aqui está uma breve comparação para ajudá-lo a escolher a biblioteca certa para seu projeto:

• jsverify: Tem uma história mais longa e uma coleção mais extensa de geradores embutidos. Pode ser uma boa escolha se você precisar de geradores específicos que não estão disponíveis em fast-check ou se preferir um estilo mais declarativo.
• fast-check: Conhecido por seu desempenho e sua API fluente. Pode ser uma escolha melhor se o desempenho for crítico ou se você preferir um estilo mais conciso e expressivo. Suas capacidades de encolhimento também são consideradas muito boas.

Em última análise, a melhor escolha depende de suas necessidades e preferências específicas. Vale a pena experimentar as duas bibliotecas para ver qual você acha mais confortável e eficaz.

Estratégias para Escrever Testes Baseados em Propriedades Eficazes

Escrever testes baseados em propriedades eficazes requer uma mentalidade diferente de escrever testes de unidade tradicionais. Aqui estão algumas estratégias para ajudá-lo a obter o máximo do PBT:

• Concentre-se nas Propriedades, Não nos Exemplos: Pense nas propriedades fundamentais que seu código deve satisfazer, em vez de se concentrar em pares de entrada e saída específicos.
• Comece Simples: Comece com propriedades simples que são fáceis de entender e verificar. À medida que ganha confiança, você pode adicionar propriedades mais complexas.
• Use Nomes Descritivos: Dê às suas propriedades nomes descritivos que expliquem claramente o que elas estão testando.
• Considere Casos Extremos: Embora o PBT gere automaticamente uma ampla gama de entradas, ainda é importante considerar possíveis casos extremos e garantir que suas propriedades os cubram. Você pode usar técnicas como propriedades condicionais para lidar com casos especiais.
• Reduza Exemplos com Falha: Quando uma propriedade falha, preste atenção ao exemplo mínimo com falha fornecido pela estrutura PBT. Este exemplo geralmente fornece pistas valiosas sobre a causa raiz do bug.
• Combine com Testes de Unidade: PBT não é um substituto para testes de unidade, mas sim um complemento a eles. Use testes de unidade para verificar cenários e casos extremos específicos e use PBT para garantir que seu código satisfaça as propriedades gerais em uma ampla gama de entradas.
• Granularidade da Propriedade: Considere a granularidade de suas propriedades. Muito amplo e uma falha pode ser difícil de diagnosticar. Muito estreito e você está efetivamente escrevendo testes de unidade. Encontrar o equilíbrio certo é fundamental.

Técnicas Avançadas de Teste Baseadas em Propriedades

Depois de se sentir confortável com os conceitos básicos de teste baseado em propriedades, você pode explorar algumas técnicas avançadas para aprimorar ainda mais sua estratégia de teste:

• Propriedades Condicionais: Use propriedades condicionais para testar o comportamento que se aplica apenas sob certas condições. Por exemplo, você pode querer testar uma propriedade que se aplica apenas quando a entrada é um número positivo.
• Geradores Personalizados: Crie geradores personalizados para gerar dados específicos para o domínio da sua aplicação. Isso permite que você teste seu código com entradas mais realistas e relevantes.
• Teste com Estado: Use técnicas de teste com estado para verificar o comportamento de sistemas com estado, como máquinas de estado finito ou aplicações reativas. Isso envolve a definição de propriedades que descrevem como o estado do sistema deve mudar em resposta a várias ações.
• Teste de Integração: Embora usado principalmente para testes de unidade, os princípios de PBT podem ser aplicados a testes de integração. Defina propriedades que devem ser válidas em diferentes módulos ou componentes do seu aplicativo.
• Fuzzing: O teste baseado em propriedades pode ser usado como uma forma de fuzzing, onde você gera entradas aleatórias, potencialmente inválidas, para descobrir vulnerabilidades de segurança ou comportamento inesperado.

Exemplos em Diferentes Domínios

O teste baseado em propriedades pode ser aplicado a uma ampla variedade de domínios. Aqui estão alguns exemplos:

• Funções Matemáticas: Teste propriedades como comutatividade, associatividade e distributividade para operações matemáticas.
• Estruturas de Dados: Verifique propriedades como a preservação da ordem em uma lista classificada ou o número correto de elementos em uma coleção.
• Manipulação de Strings: Teste propriedades como a inversão de strings, a correção da correspondência de expressões regulares ou a validade da análise de URL.
• Integrações de API: Verifique propriedades como a idempotência de chamadas de API ou a consistência de dados em diferentes sistemas.
• Aplicações Web: Teste propriedades como a correção da validação de formulários ou a acessibilidade de páginas da web. Por exemplo, verificar se todas as imagens têm texto alt.
• Desenvolvimento de Jogos: Teste propriedades como o comportamento previsível da física do jogo, o mecanismo de pontuação correto ou a distribuição justa de conteúdo gerado aleatoriamente. Considere testar a tomada de decisão da IA em diferentes cenários.
• Aplicações Financeiras: Testar se as atualizações de saldo são sempre precisas após diferentes tipos de transações (depósitos, saques, transferências) é crucial em sistemas financeiros. As propriedades garantiriam que o valor total seja conservado e corretamente atribuído.

Exemplo de Internacionalização (i18n): Ao lidar com a internacionalização, as propriedades podem garantir que as funções tratem corretamente diferentes localidades. Por exemplo, ao formatar números ou datas, você pode verificar propriedades como: * O número ou data formatado é formatado corretamente para a localidade especificada. * O número ou data formatado pode ser analisado de volta em seu valor original, preservando a precisão.

Exemplo de Globalização (g11n): Ao trabalhar com traduções, as propriedades podem ajudar a manter a consistência e a precisão. Por exemplo: * O comprimento da string traduzida é razoavelmente próximo ao comprimento da string original (para evitar expansão ou truncamento excessivos). * A string traduzida contém os mesmos espaços reservados ou variáveis ​​que a string original.

Armadilhas Comuns a Evitar

• Propriedades Triviais: Evite propriedades que são sempre verdadeiras, independentemente do código que está sendo testado. Essas propriedades não fornecem nenhuma informação significativa.
• Propriedades Excessivamente Complexas: Evite propriedades que sejam muito complexas para entender ou verificar. Divida propriedades complexas em propriedades menores e mais gerenciáveis.
• Ignorando Casos Extremos: Certifique-se de que suas propriedades cobrem possíveis casos extremos e condições de contorno.
• Interpretação errônea de contra-exemplos: Analise cuidadosamente os exemplos mínimos com falha fornecidos pela estrutura PBT para entender a causa raiz do bug. Não tire conclusões precipitadas ou faça suposições.
• Tratar PBT como uma solução milagrosa: PBT é uma ferramenta poderosa, mas não substitui o design cuidadoso, revisões de código e outras técnicas de teste. Use PBT como parte de uma estratégia de teste abrangente.

Conclusão

O teste baseado em propriedades é uma técnica valiosa para melhorar a qualidade e a confiabilidade do seu código JavaScript. Ao definir propriedades que descrevem o comportamento esperado do seu código e permitir que a estrutura PBT gere uma ampla gama de entradas, você pode descobrir bugs ocultos e casos extremos que pode ter perdido com os testes de unidade tradicionais. Bibliotecas como jsverify e fast-check facilitam a implementação de PBT em seus projetos JavaScript. Adote o PBT como parte de sua estratégia de teste e colha os benefícios do aumento da cobertura de testes, melhor qualidade do código e custos de manutenção reduzidos. Lembre-se de se concentrar na definição de propriedades significativas, considerar casos extremos e analisar cuidadosamente exemplos com falha para obter o máximo dessa técnica poderosa. Com prática e experiência, você se tornará um mestre do teste baseado em propriedades e construirá aplicações JavaScript mais robustas e confiáveis.

Recursos Adicionais

• Documentação jsverify
• Documentação fast-check
• Hipótese (Biblioteca Python PBT) - Os conceitos se aplicam em todas as linguagens
• Teste Baseado em Propriedades em JavaScript (Vídeo)