テストの基礎——ユニットテスト、統合テスト、E2E テスト——品質を保証する実践的アプローチ

// 対象コード：JavaScript
function add(a, b) {
  return a + b;
}

// ユニットテスト：Jest
describe('add 関数', () => {
  test('2 つの数を加算できる', () => {
    expect(add(1, 2)).toBe(3);
  });

  test('負の数を加算できる', () => {
    expect(add(-1, -2)).toBe(-3);
  });

  test('0 を加算できる', () => {
    expect(add(5, 0)).toBe(5);
  });
});

# 対象コード：calculator.py
class Calculator:
    def add(self, a: float, b: float) -> float:
        return a + b

    def divide(self, a: float, b: float) -> float:
        if b == 0:
            raise ValueError("Cannot divide by zero")
        return a / b

# テストコード：test_calculator.py
import pytest
from calculator import Calculator

class TestCalculator:
    @pytest.fixture
    def calc(self):
        return Calculator()

    def test_add_positive_numbers(self, calc):
        assert calc.add(2, 3) == 5

    def test_add_negative_numbers(self, calc):
        assert calc.add(-2, -3) == -5

    def test_divide_normal(self, calc):
        assert calc.divide(10, 2) == 5

    def test_divide_by_zero_raises(self, calc):
        with pytest.raises(ValueError, match="Cannot divide by zero"):
            calc.divide(10, 0)

// calculator.go
package calculator

import "errors"

func Add(a, b float64) float64 {
    return a + b
}

func Divide(a, b float64) (float64, error) {
    if b == 0 {
        return 0, errors.New("cannot divide by zero")
    }
    return a / b, nil
}

// calculator_test.go
package calculator

import "testing"

func TestAdd(t *testing.T) {
    tests := []struct {
        name string
        a    float64
        b    float64
        want float64
    }{
        {"positive", 2, 3, 5},
        {"negative", -2, -3, -5},
        {"zero", 0, 0, 0},
    }

    for _, tt := range tests {
        t.Run(tt.name, func(t *testing.T) {
            got := Add(tt.a, tt.b)
            if got != tt.want {
                t.Errorf("Add(%v, %v) = %v, want %v", tt.a, tt.b, got, tt.want)
            }
        })
    }
}

func TestDivide(t *testing.T) {
    got, err := Divide(10, 2)
    if err != nil {
        t.Fatalf("unexpected error: %v", err)
    }
    if got != 5 {
        t.Errorf("Divide(10, 2) = %v, want 5", got)
    }

    _, err = Divide(10, 0)
    if err == nil {
        t.Error("expected error for division by zero")
    }
}

# test_integration.py
import pytest
from fastapi.testclient import TestClient
from sqlalchemy import create_engine
from sqlalchemy.orm import sessionmaker

from main import app
from database import Base, get_db

# テスト用 DB（インメモリ SQLite）
SQLALCHEMY_DATABASE_URL = "sqlite:///./test.db"
engine = create_engine(SQLALCHEMY_DATABASE_URL)
TestingSessionLocal = sessionmaker(autocommit=False, autoflush=False, bind=engine)

@pytest.fixture(scope="function")
def client():
    # テスト前にテーブル作成
    Base.metadata.create_all(bind=engine)

    # DB セッションをテスト用にオーバーライド
    def override_get_db():
        try:
            db = TestingSessionLocal()
            yield db
        finally:
            db.close()

    app.dependency_overrides[get_db] = override_get_db
    client = TestClient(app)
    yield client
    app.dependency_overrides.clear()
    Base.metadata.drop_all(bind=engine)

def test_create_and_retrieve_user(client):
    # ユーザー作成
    response = client.post(
        "/users",
        json={"name": "Test User", "email": "test@example.com"}
    )
    assert response.status_code == 201
    user_id = response.json()["id"]

    # 作成したユーザーを取得
    response = client.get(f"/users/{user_id}")
    assert response.status_code == 200
    assert response.json()["name"] == "Test User"

// tests/e2e/purchase-flow.spec.ts
import { test, expect } from '@playwright/test';

test.describe('購入フロー', () => {
  test('商品を検索して購入完了まで', async ({ page }) => {
    // 1. トップページ
    await page.goto('https://example.com');
    await expect(page).toHaveTitle(/EC サイト/);

    // 2. 商品検索
    await page.fill('[data-testid="search-input"]', 'ノートパソコン');
    await page.click('[data-testid="search-button"]');
    await expect(page.locator('.product-card')).toBeVisible();

    // 3. 商品詳細
    await page.click('.product-card:first-child');
    await expect(page.locator('h1')).toContainText('ノートパソコン');

    // 4. カートに追加
    await page.click('[data-testid="add-to-cart"]');
    const cartCount = await page.locator('[data-testid="cart-count"]').textContent();
    expect(cartCount).toBe('1');

    // 5. ログイン
    await page.click('[data-testid="cart-button"]');
    await page.click('[data-testid="checkout-button"]');
    await page.fill('[data-testid="email"]', 'test@example.com');
    await page.fill('[data-testid="password"]', 'password123');
    await page.click('[data-testid="login-button"]');

    // 6. 注文確定
    await expect(page.locator('[data-testid="order-summary"]')).toBeVisible();
    await page.click('[data-testid="place-order"]');

    // 7. 完了画面
    await expect(page.locator('[data-testid="order-complete"]')).toBeVisible();
    await expect(page.locator('[data-testid="order-number"]')).toBeVisible();
  });
});

// 1. アサーション
expect(value).toBe(5);              // 厳密等価
expect(obj).toEqual({ a: 1 });      // 深い等価性
expect(array).toContain('item');    // 配列に含む
expect(fn).toThrow();               // エラー発生

// 2. モック関数
const mockFn = jest.fn();
mockFn('arg1', 'arg2');
expect(mockFn).toHaveBeenCalledWith('arg1', 'arg2');

// 3. スナップショットテスト
test('UI が一致する', () => {
  const component = render(<MyComponent />);
  expect(component.toJSON()).toMatchSnapshot();
});

// 4. 非同期テスト
test('async/await', async () => {
  const data = await fetchData();
  expect(data).toBe('expected');
});

// 5. タイマー制御
jest.useFakeTimers();
setTimeout(() => console.log('hi'), 1000);
jest.runAllTimers();

# 1. シンプルなテスト
def test_add():
    assert 1 + 1 == 2

# 2. パラメータ化テスト
@pytest.mark.parametrize("input,expected", [
    (1, 2),
    (2, 4),
    (3, 6),
])
def test_double(input, expected):
    assert input * 2 == expected

# 3. フィクスチャ
@pytest.fixture
def sample_data():
    return {"key": "value"}

def test_with_fixture(sample_data):
    assert sample_data["key"] == "value"

# 4. 例外テスト
def test_divide_by_zero():
    with pytest.raises(ZeroDivisionError):
        1 / 0

# 5. マーカー（スキップ、xfail など）
@pytest.mark.skip(reason="未実装")
def test_skip():
    pass

@pytest.mark.xfail(reason="既知のバグ")
def test_expected_fail():
    pass

// 1. 手動モック
const mockDb = {
  getUser: jest.fn().mockReturnValue({ id: 1, name: 'Test' }),
  saveUser: jest.fn().mockResolvedValue(true),
};

// 2. モジュール全体のモック
jest.mock('../services/api', () => ({
  fetchData: jest.fn(),
  postData: jest.fn(),
}));

// 3. 呼び出し検証
test('API が正しい引数で呼ばれる', async () => {
  await userService.updateUser(1, { name: 'New' });

  expect(api.postData).toHaveBeenCalledWith(
    '/users/1',
    { name: 'New' }
  );
});

// 4. モックのクリア
beforeEach(() => {
  jest.clearAllMocks(); // 呼び出し履歴をクリア
});

from unittest.mock import Mock, MagicMock, patch
import pytest

# 1. 単純なモック
mock_obj = Mock()
mock_obj.method.return_value = 42
result = mock_obj.method()  # 42
mock_obj.method.assert_called_once()

# 2. 例外を発生
mock_obj.method.side_effect = ValueError("Error!")
with pytest.raises(ValueError):
    mock_obj.method()

# 3. パッチデコレータ
@patch('myapp.services.ExternalAPI')
def test_with_patch(mock_api):
    mock_api.return_value.fetch.return_value = {"data": "test"}
    # テスト実装

# 4. コンテキストマネージャ
def test_with_context_manager():
    with patch('myapp.db.connection') as mock_conn:
        mock_conn.return_value.query.return_value = []
        # テスト実装

# 1. RED: 最初のテスト
def test_fizzbuzz_returns_1():
    assert fizzbuzz(1) == "1"

# エラー：fizzbuzz 関数がない

# 2. GREEN: 最小実装
def fizzbuzz(n):
    return "1"

# テストパス ✓

# 3. REFACTOR: 不要（この段階では）

# ────────────────────────────────

# 4. 次の RED
def test_fizzbuzz_returns_2():
    assert fizzbuzz(2) == "2"

# 失敗：常に "1" を返す

# 5. 次の GREEN
def fizzbuzz(n):
    return str(n)

# テストパス ✓

# ────────────────────────────────

# 6. 次の RED（Fizz の条件）
def test_fizzbuzz_fizz_for_3():
    assert fizzbuzz(3) == "Fizz"

# 7. 次の GREEN
def fizzbuzz(n):
    if n % 3 == 0:
        return "Fizz"
    return str(n)

# ────────────────────────────────

# 8. 次の RED（Buzz の条件）
def test_fizzbuzz_buzz_for_5():
    assert fizzbuzz(5) == "Buzz"

# 9. 次の GREEN
def fizzbuzz(n):
    if n % 3 == 0:
        return "Fizz"
    if n % 5 == 0:
        return "Buzz"
    return str(n)

# ────────────────────────────────

# 10. 次の RED（FizzBuzz の条件）
def test_fizzbuzz_fizzbuzz_for_15():
    assert fizzbuzz(15) == "FizzBuzz"

# 11. 次の GREEN
def fizzbuzz(n):
    if n % 15 == 0:  # 3 と 5 の両方
        return "FizzBuzz"
    if n % 3 == 0:
        return "Fizz"
    if n % 5 == 0:
        return "Buzz"
    return str(n)

# 全てのテストがパス ✓

def get_grade(score):
    if score >= 90:  # ブランチ A
        return "A"
    elif score >= 80:  # ブランチ B
        return "B"
    elif score >= 70:  # ブランチ C
        return "C"
    else:  # ブランチ D
        return "F"

# テスト 1 のみ：ステートメント 25%、ブランチ 25%
test_grade_95():
    assert get_grade(95) == "A"

# テスト 2 つ：ステートメント 50%、ブランチ 50%
test_grade_85():
    assert get_grade(85) == "B"

# 全て：ステートメント 100%、ブランチ 100%
test_all_grades():
    assert get_grade(95) == "A"
    assert get_grade(85) == "B"
    assert get_grade(75) == "C"
    assert get_grade(50) == "F"

# Jest（JavaScript）
npm test -- --coverage

# pytest（Python）
pytest --cov=myapp --cov-report=html

# Go（標準）
go test -coverprofile=coverage.out
go tool cover -html=coverage.out

# lcov + genhtml（汎用）
lcov --capture --directory . --output-file coverage.info
genhtml coverage.info --output-directory coverage-html

# GitHub Actions 例：.github/workflows/test.yml
name: Tests

on:
  push:
    branches: [main, develop]
  pull_request:
    branches: [main]

jobs:
  test:
    runs-on: ubuntu-latest

    strategy:
      matrix:
        # 複数バージョンでテスト
        python-version: ["3.9", "3.10", "3.11"]
        node-version: ["18", "20"]

    steps:
      - uses: actions/checkout@v4

      - name: Set up Python
        uses: actions/setup-python@v5
        with:
          python-version: ${{ matrix.python-version }}

      - name: Install dependencies
        run: |
          pip install -r requirements.txt
          pip install -r requirements-dev.txt

      - name: Run linting
        run: |
          flake8 myapp
          black --check myapp

      - name: Run unit tests
        run: pytest --cov=myapp --cov-report=xml

      - name: Run integration tests
        run: pytest tests/integration/

      - name: Upload coverage
        uses: codecov/codecov-action@v3
        with:
          files: ./coverage.xml

# pytest-xdist で並列実行
pytest -n auto  # CPU コア数に合わせる
pytest -n 4     # 4 プロセスで並列

# Jest で並列実行（デフォルト）
npm test

# 並列化できないテストの分離
# conftest.py
def pytest_collection_modifyitems(items):
    # 統合テストを分離
    integration_tests = []
    unit_tests = []

    for item in items:
        if "integration" in item.keywords:
            integration_tests.append(item)
        else:
            unit_tests.append(item)

    # ユニットテストを先に実行
    items[:] = unit_tests + integration_tests