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程式碼覆蓋率分析指南

適用情境

當被要求執行以下任務時，請使用此技能：

  • 設定與執行程式碼覆蓋率分析
  • 配置 Coverlet 或其他覆蓋率工具
  • 產生與解讀覆蓋率報告
  • 在 Visual Studio 或 VS Code 中檢視覆蓋率
  • 評估測試完整性與品質
  • 結合複雜度指標制定測試策略

Code Coverage 核心概念

定義

程式碼覆蓋率 (Code Coverage) 是一種測量指標，用來統計測試執行時實際執行了多少程式碼。

正確認知

Code Coverage 的實際價值：

  1. 找出測試盲點：快速識別沒有被測試的程式碼
  2. 評估測試完整性：檢查重要邏輯是否都有測試
  3. 輔助重構決策：了解哪些區域需要更多關注
  4. 增加測試信心：確認關鍵路徑都有被驗證

常見誤解（必須避免）

❌ 錯誤認知：

  • 涵蓋率 100% 就沒有 Bug
  • 涵蓋率數字越高越好
  • 可以用涵蓋率當作 KPI

✅ 正確認知：

  • Code Coverage 只是提醒工具，告訴你哪些程式碼沒被測試
  • 重點是測試的有效性，不是覆蓋率數字
  • 幫助判斷是否需要補充測試案例
  • 絕對不應該當作 KPI 使用

⚠️ 警告：當 Code Coverage 被當作 KPI 時，開發者會為了衝數字而寫沒有 Assert 的測試，完全失去了測試的意義。

.NET 專案的覆蓋率工具選擇

1. Visual Studio Enterprise（僅限企業版）

優點：

  • 內建整合，無需額外設定
  • 完整的 UI 支援
  • 即時結果顯示

限制：

  • 只有 Enterprise 版本才有此功能
  • Professional 和 Community 版本不支援

2. Fine Code Coverage（推薦免費方案）

優點：

  • 完全免費
  • 整合在 Visual Studio 中
  • 即時顯示覆蓋率
  • 程式碼編輯器直接標示

安裝方式：

  1. 開啟 Visual Studio
  2. 延伸模組 → 管理延伸模組
  3. 搜尋 "Fine Code Coverage"
  4. 安裝後重新啟動

必要設定：

  • 工具 → 選項 → Fine Code Coverage
  • Run (Common) → Enable：設為 True
  • Editor Colouring Line Highlighting：設為 True

3. .NET CLI 工具

使用場景：

  • CI/CD 流程整合
  • 命令列自動化
  • 跨平台開發

安裝與使用：

# 安裝工具
dotnet tool install -g dotnet-coverage

# 執行測試並產生報告
dotnet-coverage collect dotnet test

# 或使用 Coverlet（推薦）
dotnet test --collect:"XPlat Code Coverage"

4. VS Code 內建測試覆蓋率

優點：

  • 跨平台支援
  • 內建功能，無需安裝擴充套件
  • 整合式測試管理

使用方式：

  1. 安裝 C# Dev Kit 擴充套件
  2. 開啟測試總管（燒杯圖示）
  3. 點選「執行涵蓋範圍測試」
  4. 查看結果：測試涵蓋範圍視圖、編輯器內顯示、檔案總管顯示

執行覆蓋率分析

方法一：使用 .NET CLI（推薦用於 CI/CD）

# 執行測試並收集覆蓋率
dotnet test --collect:"XPlat Code Coverage"

# 指定輸出格式
dotnet test --collect:"XPlat Code Coverage" --results-directory ./coverage

# 產生多種格式報告
dotnet test /p:CollectCoverage=true /p:CoverageReportFormat="cobertura;opencover;json"

方法二：使用 Fine Code Coverage

  1. 在 Visual Studio 中執行測試
  2. 檢視 → 其他視窗 → Fine Code Coverage
  3. 自動顯示覆蓋率報告

方法三：使用 VS Code

  1. 開啟測試總管
  2. 點選「執行涵蓋範圍測試」圖示
  3. 查看覆蓋率結果：
    • 測試涵蓋範圍視圖：樹狀結構
    • 編輯器內顯示：綠色/紅色標示
    • 檔案總管：百分比顯示

設定 Coverlet

在 csproj 中配置

<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">
  
  <PropertyGroup>
    <TargetFramework>net9.0</TargetFramework>
  </PropertyGroup>

  <ItemGroup>
    <!-- 測試框架套件 -->
    <PackageReference Include="xunit" Version="2.9.3" />
    <PackageReference Include="xunit.runner.visualstudio" Version="3.0.0" />
    <PackageReference Include="Microsoft.NET.Test.Sdk" Version="17.12.0" />
    
    <!-- 覆蓋率收集器 -->
    <PackageReference Include="coverlet.collector" Version="6.0.3">
      <IncludeAssets>runtime; build; native; contentfiles; analyzers; buildtransitive</IncludeAssets>
      <PrivateAssets>all</PrivateAssets>
    </PackageReference>
  </ItemGroup>

</Project>

使用 runsettings 檔案

請參考 templates/runsettings-template.xml 檔案，用於更進階的覆蓋率設定：

  • 排除特定檔案或命名空間
  • 設定覆蓋率閾值
  • 自訂報告格式

使用方式：

dotnet test --settings coverage.runsettings

解讀覆蓋率報告

顏色標示說明

在程式碼編輯器中：

  • 綠色：已被測試覆蓋
  • 黃色：部分覆蓋（部分分支未測試）
  • 紅色：未被覆蓋

覆蓋率指標

  1. Line Coverage（行覆蓋率）

    • 被執行的程式碼行數 / 總程式碼行數
    • 最基本的指標

  2. Branch Coverage（分支覆蓋率）

    • 被執行的分支數 / 總分支數
    • 比行覆蓋率更準確
    • 確保 if/else、switch 等所有分支都被測試

  3. Method Coverage（方法覆蓋率）

    • 被執行的方法數 / 總方法數

報告解讀策略

  1. 優先處理紅色區域

    • 完全沒被測試的程式碼
    • 可能是關鍵業務邏輯

  2. 檢查黃色區域

    • 確認所有條件分支都有測試
    • 特別注意 if/else、try/catch 等

  3. 評估必要性

    • 簡單的 getter/setter 可能不需要測試
    • 自動產生的程式碼可以排除
    • 專注於業務邏輯與複雜運算

結合複雜度指標

循環複雜度（Cyclomatic Complexity）

定義： 程式中獨立邏輯路徑的數量

與測試案例的關係：

  • 循環複雜度 = 至少需要的測試案例數量
  • 每個 if、for、while、case、&&、|| 都會增加複雜度

範例：

public int Max(int[] array)
{
    if (array == null || array.Length == 0)  // +2 (null 判斷 + 長度判斷)
    {
        throw new ArgumentException("array must not be empty.");
    }

    int max = array[0];

    for (int i = 1; i < array.Length; i++)  // +1 (迴圈)
    {
        if (array[i] > max)  // +1 (條件判斷)
        {
            max = array[i];
        }
    }

    return max;  // +1 (方法本身)
}
// 總複雜度 = 5

測試策略：

循環複雜度為 5，至少需要 5 個測試案例：

  1. 傳入 null → 測試 array == null
  2. 傳入空陣列 → 測試 array.Length == 0
  3. 單一元素 → 不進入迴圈
  4. 最大值在開頭 → 迴圈不更新 max
  5. 最大值在中間 → 迴圈更新 max

Visual Studio 擴充套件

CodeMaintainability：

  • 顯示可維護性指標
  • 計算循環複雜度
  • 評估程式碼品質

CodeMaid：

  • Spade 功能：視覺化程式碼結構
  • 顯示每個方法的複雜度
  • 幫助識別需要重構的程式碼

改善覆蓋率的策略

1. 漸進式改善

目前覆蓋率 → 識別關鍵模組 → 補充測試 → 提升至目標值 → 持續監控

建議流程：

  1. 第一階段：覆蓋核心業務邏輯（目標 60-70%）
  2. 第二階段：補充邊界條件測試（目標 70-80%）
  3. 第三階段：處理異常情境（目標 80-85%）
  4. 維持階段：新增功能必須有測試

2. 優先順序排序

高優先級（必須測試）：

  • 業務邏輯核心
  • 金融計算
  • 資料驗證
  • 權限控制
  • 異常處理

中優先級（建議測試）：

  • 資料轉換
  • 格式化邏輯
  • 查詢邏輯

低優先級（可選測試）：

  • 簡單的 getter/setter
  • DTO 類別
  • 自動產生的程式碼

3. 排除不必要的程式碼

在程式碼或 runsettings 中排除：

// 使用屬性排除
[ExcludeFromCodeCoverage]
public class GeneratedCode
{
    // ...
}

實戰建議與最佳實踐

測試案例數量決策

  1. 基於需求分析

    • 列出方法的使用案例
    • 識別邊界條件和異常情況
    • 考慮業務邏輯的各種情境

  2. 參考複雜度指標

    • 循環複雜度提供測試案例下限
    • 高複雜度方法需要更多測試
    • 考慮重構降低複雜度

  3. 平衡覆蓋率與品質

    • 不以 100% 覆蓋率為唯一目標
    • 專注於關鍵業務邏輯
    • 確保測試的實際價值

測試策略

四大測試類型：

  1. 邊界測試：測試輸入值的上下限
  2. 異常測試：驗證錯誤處理邏輯
  3. 主流程測試：覆蓋正常的業務流程
  4. 條件分支測試：確保所有分支都有測試

持續改善

  1. 定期檢視報告

    • 每次提交前檢查涵蓋率變化
    • Pull Request 時審查覆蓋率

  2. 識別風險區域

    • 關注未覆蓋的關鍵程式碼
    • 優先處理高複雜度未測試區域

  3. 漸進式改善

    • 逐步提升重要模組的測試覆蓋率
    • 新功能必須包含測試

  4. 團隊協作

    • 建立測試標準和流程
    • Code Review 包含測試檢查

CI/CD 整合

GitHub Actions 範例

name: Test with Coverage

on: [push, pull_request]

jobs:
  test:
    runs-on: ubuntu-latest
    steps:
      - uses: actions/checkout@v3
      
      - name: Setup .NET
        uses: actions/setup-dotnet@v3
        with:
          dotnet-version: '9.0.x'
      
      - name: Run tests with coverage
        run: dotnet test --collect:"XPlat Code Coverage"
      
      - name: Generate coverage report
        run: |
          dotnet tool install -g dotnet-reportgenerator-globaltool
          reportgenerator -reports:**/coverage.cobertura.xml -targetdir:coverage -reporttypes:Html
      
      - name: Upload coverage
        uses: codecov/codecov-action@v3

Azure DevOps 範例

- task: DotNetCoreCLI@2
  displayName: 'Run tests with coverage'
  inputs:
    command: 'test'
    arguments: '--collect:"XPlat Code Coverage"'
    publishTestResults: true

- task: PublishCodeCoverageResults@1
  inputs:
    codeCoverageTool: 'Cobertura'
    summaryFileLocation: '$(Agent.TempDirectory)/**/*coverage.cobertura.xml'

常見問題與解決方案

Q1: 覆蓋率顯示 0%？

檢查清單：

  1. 確認已安裝 coverlet.collector 套件
  2. 檢查 runsettings 設定是否正確
  3. 確認測試有實際執行
  4. 查看是否有排除設定過於廣泛

Q2: Visual Studio 看不到覆蓋率？

解決方案：

  • Community/Professional 版本：安裝 Fine Code Coverage 擴充套件
  • Enterprise 版本：使用內建功能
  • 確認已啟用覆蓋率收集

Q3: VS Code 無法顯示覆蓋率？

解決方案：

  1. 確認已安裝 C# Dev Kit
  2. 重新執行「執行涵蓋範圍測試」
  3. 檢查 lcov 檔案是否產生
  4. 嘗試重新載入視窗

Q4: 如何提升覆蓋率？

策略：

  1. 識別未覆蓋的關鍵程式碼（紅色區域）
  2. 補充邊界條件測試
  3. 測試所有條件分支
  4. 加入異常情境測試
  5. 考慮重構過於複雜的方法

範本檔案

請參考同目錄下的範本檔案：

  • templates/runsettings-template.xml - 覆蓋率設定範本
  • templates/coverage-workflow.md - 完整的工作流程說明

檢查清單

設定程式碼覆蓋率時，請確認以下項目：

  • 已安裝 coverlet.collector 套件
  • 可以執行 dotnet test --collect:"XPlat Code Coverage"
  • 工具可以正常顯示覆蓋率結果
  • 了解覆蓋率數字的真正意義（不是 KPI）
  • 已排除不必要的程式碼（如自動產生的程式碼）
  • 團隊理解覆蓋率是輔助工具而非目標
  • 專注於測試品質而非覆蓋率數字

相關技能

  • unit-test-fundamentals - 單元測試基礎與 FIRST 原則
  • xunit-project-setup - xUnit 測試專案設定
  • test-naming-conventions - 測試命名規範

核心理念

程式碼覆蓋率是手段，不是目的。

重點不在於數字有多高，而在於：

  • 關鍵業務邏輯是否都有測試
  • 測試是否真正驗證了預期行為
  • 是否能在重構時提供信心

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：

官方文件

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相關技能

  • unit-test-fundamentals - 單元測試基礎與 FIRST 原則
  • xunit-project-setup - xUnit 專案設定
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