توسعه به روش تست‌محور: رویکردی حرفه‌ای برای بهبود کیفیت و کاهش خطا در کدنویسی

رابرت سی. مارتین،در فصل پنجم کتاب "The Clean Coder"، به معرفی و اهمیت روش توسعه به روش تست‌محور یا TDD (Test-Driven Development) می‌پردازد. TDD یک روش توسعه نرم‌افزار است که برنامه‌نویسان را ملزم می‌کند قبل از نوشتن کد تولیدی، تست‌های واحد (unit tests) را بنویسند. این روش که بخشی از جنبش "برنامه‌نویسی افراطی" (Extreme Programming) بود، طی سال‌ها به یکی از اصول بنیادین در توسعه‌ی چابک (Agile) تبدیل شده است. TDD به طور قابل توجهی بهره‌وری را افزایش می‌دهد و کدهای بدون باگ و با کیفیت بالا تولید می‌کند.

پیدایش TDD و تجربه شخصی مارتین

مارتین توضیح می‌دهد که اولین بار در سال ۱۹۹۸ با مفهوم "برنامه‌نویسی با تست اول" یا "Test First Programming" آشنا شد و مانند بسیاری از برنامه‌نویسان، ابتدا به این ایده مشکوک بود. او که تا آن زمان حدود ۳۰ سال تجربه برنامه‌نویسی حرفه‌ای داشت، این ایده را عجیب می‌دانست که قبل از نوشتن کد واقعی، تست بنویسد. اما با این حال، او تصمیم گرفت به مدفورد، اورگن سفر کند تا این روش را به طور مستقیم از کنت بک (Kent Beck)، یکی از بنیان‌گذاران TDD، یاد بگیرد.

او توضیح می‌دهد که چقدر این تجربه برای او شگفت‌انگیز بود. در حین کدنویسی با کنت بک، مارتین شاهد بود که کنت ابتدا یک تست کوچک نوشت، سپس مقدار کمی کد تولیدی نوشت تا تست به درستی اجرا شود. این فرآیند با سرعت بسیار بالا و در چرخه‌های زمانی ۳۰ ثانیه‌ای انجام می‌شد. او از این که می‌دید کنت بدون هیچ‌گونه توقفی به توسعه کد با این سرعت ادامه می‌دهد، شگفت‌زده شد. او فهمید که این چرخه‌ی سریع می‌تواند بهره‌وری را به طور چشمگیری افزایش دهد، همانطور که زمانی که او با زبان‌های مفسری مانند Basic یا Logo بازی می‌کرد، چنین تجربه‌ای داشت. این درک او را به سمت پذیرش TDD هدایت کرد.

سه قانون TDD

مارتین سه قانون اصلی TDD را برای درک بهتر این روش به صورت زیر تعریف می‌کند:

1. کد تولیدی ننویسید مگر این‌که یک تست واحد (Unit Test) نوشته باشید که شکست بخورد: این قانون تضمین می‌کند که هیچ کدی بدون تست نوشته نشود و همه‌چیز تحت پوشش تست باشد.
2. تست واحد را تنها به میزانی بنویسید که برای شکست خوردن کافی باشد: این شکست می‌تواند به دلایل مختلفی مانند کامپایل نشدن یا خطاهای دیگر باشد. این قانون به برنامه‌نویس کمک می‌کند تا همیشه یک تست معیاری داشته باشد که نیاز به رفع آن دارد.
3. کد تولیدی را تنها به میزان کافی بنویسید که تست واحد را عبور دهد: این قانون تضمین می‌کند که برنامه‌نویس تنها کدی را بنویسد که برای رفع خطاهای مشخص شده در تست لازم است، و از نوشتن کدهای غیرضروری جلوگیری می‌کند.

این قوانین به توسعه‌دهندگان کمک می‌کنند که فرآیند توسعه را به چرخه‌های کوتاه و سریع تقسیم کنند که در آن کد تولیدی و کد تست به صورت همزمان و مکمل یکدیگر رشد می‌کنند.

مزایای TDD

مارتین در این فصل به مزایای متعدد TDD پرداخته و توضیح می‌دهد که چرا این روش یکی از ابزارهای حرفه‌ای برای توسعه‌دهندگان نرم‌افزار است. او برخی از مزایای TDD را به شرح زیر بیان می‌کند:

• قطعیت (Certainty): وقتی TDD به عنوان یک روش حرفه‌ای پذیرفته شود، برنامه‌نویسان هزاران تست در طول هفته و سال خواهند نوشت. این تست‌ها به عنوان یک سپر امنیتی عمل می‌کنند که هر زمان تغییراتی در کد ایجاد شود، می‌توانند به سرعت نشان دهند که آیا تغییری مشکل‌ساز بوده است یا نه. مارتین به تجربه خود در پروژه FitNesse اشاره می‌کند، که با استفاده از TDD و داشتن بیش از ۲۲۰۰ تست واحد، توانسته است نرخ خطای بسیار پایینی داشته باشد.
• کاهش نرخ خطا (Defect Injection Rate): مارتین به تجربه خود و تجربه‌های تیم‌های مختلف از شرکت‌های بزرگ مانند IBM و Microsoft اشاره می‌کند که با استفاده از TDD، به کاهش چشمگیر خطاها (گاهی تا ۱۰ برابر کمتر) دست یافته‌اند. او بیان می‌کند که این کاهش خطا یک اثر جانبی معمول در تیم‌هایی است که TDD را به درستی پیاده‌سازی می‌کنند.
• شهامت (Courage): بسیاری از برنامه‌نویسان از تغییر کدهای قدیمی می‌ترسند، زیرا نگران‌اند که تغییرات آنها باعث بروز خطاهای جدیدی شود. TDD به برنامه‌نویسان اطمینان می‌دهد که با داشتن مجموعه‌ای از تست‌های قابل اعتماد، می‌توانند بدون ترس از خطاها، کدهای ناسازگار را اصلاح کنند و کد را بهبود بخشند. این شهامت باعث می‌شود که کدها همیشه در بهترین حالت خود باشند و از حالت "پوسیدگی نرم‌افزار" جلوگیری شود.
• مستندسازی (Documentation): تست‌های واحد به نوعی مستندات زنده هستند که نحوه عملکرد کد را به وضوح نشان می‌دهند. این تست‌ها نشان می‌دهند که هر تابع و کلاس چگونه باید استفاده شود و به توسعه‌دهندگان کمک می‌کند که بدون نیاز به مستندات متنی اضافی، کد را درک کنند. مارتین بیان می‌کند که این نوع مستندسازی دقیق، واضح و به زبانی نوشته شده که توسط همه توسعه‌دهندگان قابل فهم است.
• طراحی بهتر (Design): TDD برنامه‌نویسان را مجبور می‌کند که کد خود را به گونه‌ای طراحی کنند که تست کردن آن آسان باشد. این الزام به طراحی خوب منجر به جداسازی بهتر بخش‌های مختلف کد و کاهش وابستگی‌ها می‌شود. مارتین اشاره می‌کند که این روش به طور طبیعی باعث می‌شود که طراحی کد بهتر شود و وابستگی‌های کمتری بین بخش‌های مختلف آن وجود داشته باشد.

انتخاب حرفه‌ای‌ها (The Professional Option)

مارتین نتیجه می‌گیرد که TDD انتخابی حرفه‌ای برای توسعه‌دهندگان نرم‌افزار است. این روش بهبود قطعیت، کاهش نرخ خطا، مستندسازی بهتر، و طراحی بهینه را به همراه دارد. با این حال، او تصریح می‌کند که TDD یک راه‌حل جادویی نیست و نمی‌تواند تضمین کند که کدهای نوشته شده همیشه بهترین باشند. او معتقد است که TDD باید با دقت و با توجه به شرایط خاص هر پروژه استفاده شود.

مارتین تاکید می‌کند که TDD یک راه‌حل جادویی نیست. این روش نیازمند دقت و توجه به جزئیات است و تنها رعایت قوانین آن تضمینی برای داشتن کد خوب نیست. همچنین، او تصریح می‌کند که TDD در همه شرایط عملی یا مناسب نیست و برنامه‌نویسان حرفه‌ای باید بدانند که چه زمانی استفاده از این روش می‌تواند بیش از حد مفید باشد.

فصل پنجم به وضوح بیان می‌کند که TDD یک گزینه حرفه‌ای برای توسعه‌دهندگان نرم‌افزار است که به بهبود قطعیت، کاهش نرخ خطا، مستندسازی بهتر، و طراحی بهینه کمک می‌کند. اگرچه TDD همیشه راه‌حل مناسبی نیست، اما فواید آن به قدری قابل توجه است که به عنوان یک روش استاندارد برای برنامه‌نویسان حرفه‌ای توصیه می‌شود.