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用JupyterNotebook教Python

有了 Jupyter、PyHamcrest，用一点测试的代码把它们连在一起，你就可以教任何适用于单元测试的 Python 内容。

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关于 Ruby 社区的一些事情一直让我印象深刻，其中两个例子是对测试的承诺和对易于上手的强调。这两方面最好的例子是 Ruby Koans，在这里你可以通过修复测试来学习 Ruby。

要是我们能把这些神奇的工具也用于 Python，我们应该可以做得更好。是的，使用 Jupyter Notebook、PyHamcrest，再加上一点类似于胶带的粘合代码，我们可以做出一个包括教学、可工作的代码和需要修复的代码的教程。

首先，需要一些“胶布”。通常，你会使用一些漂亮的命令行测试器来做测试，比如 pytest 或 virtue。通常，你甚至不会直接运行它。你使用像 tox 或 nox 这样的工具来运行它。然而，对于 Jupyter 来说，你需要写一小段粘合代码，可以直接在其中运行测试。

幸运的是，这个代码又短又简单：

 
 
 
    
  
  
  
  1. import unittest
    2.   
  
  
  2.  
    3.   
  
  
  3. def run_test(klass):
    4.   
  
  
  4.     suite = unittest.TestLoader().loadTestsFromTestCase(klass)
    5.   
  
  
  5.     unittest.TextTestRunner(verbosity=2).run(suite)
    6.   
  
  
  6.     return klass
    7.

现在，装备已经就绪，可以进行第一次练习了。

在教学中，从一个简单的练习开始，建立信心总是一个好主意。

那么，让我们来修复一个非常简单的测试：

 
 
 
    
  
  
  
  1. @run_test
    2.   
  
  
  2. class TestNumbers(unittest.TestCase):
    3.   
  
  
  3.  
    4.   
  
  
  4.  def test_equality(self):
    5.   
  
  
  5.  expected_value = 3 # 只改这一行
    6.   
  
  
  6.  self.assertEqual(1+1, expected_value)
    7.  
 
 
 
 
 
    
  
  
  
  1.  test_equality (__main__.TestNumbers) ... FAIL
    2.   
  
  
  2.  
    3.   
  
  
  3.  ======================================================================
    4.   
  
  
  4.  FAIL: test_equality (__main__.TestNumbers)
    5.   
  
  
  5.  ----------------------------------------------------------------------
    6.   
  
  
  6.  Traceback (most recent call last):
    7.   
  
  
  7.  File "", line 6, in test_equality
    8.   
  
  
  8.  self.assertEqual(1+1, expected_value)
    9.   
  
  
  9.  AssertionError: 2 != 3
    10.   
  
  
  10.  
    11.   
  
  
  11.  ----------------------------------------------------------------------
    12.   
  
  
  12.  Ran 1 test in 0.002s
    13.   
  
  
  13.  
    14.   
  
  
  14.  FAILED (failures=1)
    15.

“只改这一行” 对学生来说是一个有用的标记。它准确地表明了需要修改的内容。否则，学生可以通过将第一行改为 return 来修复测试。

在这种情况下，修复很容易：

 
 
 
    
  
  
  
  1. @run_test
    2.   
  
  
  2. class TestNumbers(unittest.TestCase):
    3.   
  
  
  3.  
    4.   
  
  
  4.  def test_equality(self):
    5.   
  
  
  5.  expected_value = 2 # 修复后的代码行
    6.   
  
  
  6.  self.assertEqual(1+1, expected_value)
    7.  
 
 
 
 
 
    
  
  
  
  1.  test_equality (__main__.TestNumbers) ... ok
    2.   
  
  
  2.  
    3.   
  
  
  3.  ----------------------------------------------------------------------
    4.   
  
  
  4.  Ran 1 test in 0.002s
    5.   
  
  
  5.  
    6.   
  
  
  6.  OK
    7.

然而，很快，unittest 库的原生断言将被证明是不够的。在 pytest 中，通过重写 assert 中的字节码来解决这个问题，使其具有神奇的属性和各种启发式方法。但这在 Jupyter notebook 中就不容易实现了。是时候挖出一个好的断言库了：PyHamcrest。

 
 
 
    
  
  
  
  1. from hamcrest import *
    2.   
  
  
  2. @run_test
    3.   
  
  
  3. class TestList(unittest.TestCase):
    4.   
  
  
  4.  
    5.   
  
  
  5.  def test_equality(self):
    6.   
  
  
  6.  things = [1,
    7.   
  
  
  7.  5, # 只改这一行
    8.   
  
  
  8.  3]
    9.   
  
  
  9.  assert_that(things, has_items(1, 2, 3))
    10.  
 
 
 
 
 
    
  
  
  
  1.  test_equality (__main__.TestList) ... FAIL
    2.   
  
  
  2.  
    3.   
  
  
  3.  ======================================================================
    4.   
  
  
  4.  FAIL: test_equality (__main__.TestList)
    5.   
  
  
  5.  ----------------------------------------------------------------------
    6.   
  
  
  6.  Traceback (most recent call last):
    7.   
  
  
  7.  File "", line 8, in test_equality
    8.   
  
  
  8.  assert_that(things, has_items(1, 2, 3))
    9.   
  
  
  9.  AssertionError:
    10.   
  
  
  10.  Expected: (a sequence containing <1> and a sequence containing <2> and a sequence containing <3>)
    11.   
  
  
  11.  but: a sequence containing <2> was <[1, 5, 3]>
    12.   
  
  
  12.  
    13.   
  
  
  13.  
    14.   
  
  
  14.  ----------------------------------------------------------------------
    15.   
  
  
  15.  Ran 1 test in 0.004s
    16.   
  
  
  16.  
    17.   
  
  
  17.  FAILED (failures=1)
    18.

PyHamcrest 不仅擅长灵活的断言，它还擅长清晰的错误信息。正因为如此，问题就显而易见了。[1, 5, 3] 不包含 2，而且看起来很丑：

 
 
 
    
  
  
  
  1. @run_test
    2.   
  
  
  2. class TestList(unittest.TestCase):
    3.   
  
  
  3.  
    4.   
  
  
  4.  def test_equality(self):
    5.   
  
  
  5.  things = [1,
    6.   
  
  
  6.  2, # 改完的行
    7.   
  
  
  7.  3]
    8.   
  
  
  8.  assert_that(things, has_items(1, 2, 3))
    9.  
 
 
 
 
 
    
  
  
  
  1.  test_equality (__main__.TestList) ... ok
    2.   
  
  
  2.  
    3.   
  
  
  3.  ----------------------------------------------------------------------
    4.   
  
  
  4.  Ran 1 test in 0.001s
    5.   
  
  
  5.  
    6.   
  
  
  6.  OK
    7.

使用 Jupyter、PyHamcrest 和一点测试的粘合代码，你可以教授任何适用于单元测试的 Python 主题。

例如，下面可以帮助展示 Python 从字符串中去掉空白的不同方法之间的差异。

 
 
 
    
  
  
  
  1. source_string = " hello world "
    2.   
  
  
  2.  
    3.   
  
  
  3. @run_test
    4.   
  
  
  4. class TestList(unittest.TestCase):
    5.   
  
  
  5.  
    6.   
  
  
  6.  # 这是个赠品：它可以工作！
    7.   
  
  
  7.  def test_complete_strip(self):
    8.   
  
  
  8.  result = source_string.strip()
    9.   
  
  
  9.  assert_that(result,
    10.   
  
  
  10.  all_of(starts_with("hello"), ends_with("world")))
    11.   
  
  
  11.  
    12.   
  
  
  12.  def test_start_strip(self):
    13.   
  
  
  13.  result = source_string # 只改这一行
    14.   
  
  
  14.  assert_that(result,
    15.   
  
  
  15.  all_of(starts_with("hello"), ends_with("world ")))
    16.   
  
  
  16.  
    17.   
  
  
  17.  def test_end_strip(self):
    18.   
  
  
  18.  result = source_string # 只改这一行
    19.   
  
  
  19.  assert_that(result,
    20.   
  
  
  20.  all_of(starts_with(" hello"), ends_with("world")))
    21.  
 
 
 
 
 
    
  
  
  
  1.  test_complete_strip (__main__.TestList) ... ok
    2.   
  
  
  2.  test_end_strip (__main__.TestList) ... FAIL
    3.   
  
  
  3.  test_start_strip (__main__.TestList) ... FAIL
    4.   
  
  
  4.  
    5.   
  
  
  5.  ======================================================================
    6.   
  
  
  6.  FAIL: test_end_strip (__main__.TestList)
    7.   
  
  
  7.  ----------------------------------------------------------------------
    8.   
  
  
  8.  Traceback (most recent call last):
    9.   
  
  
  9.  File "", line 19, in test_end_strip
    10.   
  
  
  10.  assert_that(result,
    11.   
  
  
  11.  AssertionError:
    12.   
  
  
  12.  Expected: (a string starting with ' hello' and a string ending with 'world')
    13.   
  
  
  13.  but: a string ending with 'world' was ' hello world '
    14.   
  
  
  14.  
    15.   
  
  
  15.  
    16.   
  
  
  16.  ======================================================================
    17.   
  
  
  17.  FAIL: test_start_strip (__main__.TestList)
    18.   
  
  
  18.  ----------------------------------------------------------------------
    19.   
  
  
  19.  Traceback (most recent call last):
    20.   
  
  
  20.  File "", line 14, in test_start_strip
    21.   
  
  
  21.  assert_that(result,
    22.   
  
  
  22.  AssertionError:
    23.   
  
  
  23.  Expected: (a string starting with 'hello' and a string ending with 'world ')
    24.   
  
  
  24.  but: a string starting with 'hello' was ' hello world '
    25.   
  
  
  25.  
    26.   
  
  
  26.  
    27.   
  
  
  27.  ----------------------------------------------------------------------
    28.   
  
  
  28.  Ran 3 tests in 0.006s
    29.   
  
  
  29.  
    30.   
  
  
  30.  FAILED (failures=2)
    31.

理想情况下，学生们会意识到 .lstrip() 和 .rstrip() 这两个方法可以满足他们的需要。但如果他们不这样做，而是试图到处使用 .strip() 的话：

 
 
 
    
  
  
  
  1. source_string = " hello world "
    2.   
  
  
  2.  
    3.   
  
  
  3. @run_test
    4.   
  
  
  4. class TestList(unittest.TestCase):
    5.   
  
  
  5.  
    6.   
  
  
  6.  # 这是个赠品：它可以工作！
    7.   
  
  
  7.  def test_complete_strip(self):
    8.   
  
  
  8.  result = source_string.strip()
    9.   
  
  
  9.  assert_that(result,
    10.   
  
  
  10.  all_of(starts_with("hello"), ends_with("world")))
    11.   
  
  
  11.  
    12.   
  
  
  12.  def test_start_strip(self):
    13.   
  
  
  13.  result = source_string.strip() # 改完的行
    14.   
  
  
  14.  assert_that(result,
    15.   
  
  
  15.  all_of(starts_with("hello"), ends_with("world ")))
    16.   
  
  
  16.  
    17.   
  
  
  17.  def test_end_strip(self):
    18.   
  
  
  18.  result = source_string.strip() # 改完的行
    19.   
  
  
  19.  assert_that(result,
    20.   
  
  
  20.  all_of(starts_with(" hello"), ends_with("world")))
    21.  
 
 
 
 
 
    
  
  
  
  1.  test_complete_strip (__main__.TestList) ... ok
    2.   
  
  
  2.  test_end_strip (__main__.TestList) ... FAIL
    3.   
  
  
  3.  test_start_strip (__main__.TestList) ... FAIL
    4.   
  
  
  4.  
    5.   
  
  
  5.  ======================================================================
    6.   
  
  
  6.  FAIL: test_end_strip (__main__.TestList)
    7.   
  
  
  7.  ----------------------------------------------------------------------
    8.   
  
  
  8.  Traceback (most recent call last):
    9.   
  
  
  9.  File "", line 19, in test_end_strip
    10.   
  
  
  10.  assert_that(result,
    11.   
  
  
  11.  AssertionError:
    12.   
  
  
  12.  Expected: (a string starting with ' hello' and a string ending with 'world')
    13.   
  
  
  13.  but: a string starting with ' hello' was 'hello world'
    14.   
  
  
  14.  
    15.   
  
  
  15.  
    16.   
  
  
  16.  ======================================================================
    17.   
  
  
  17.  FAIL: test_start_strip (__main__.TestList)
    18.   
  
  
  18.  ----------------------------------------------------------------------
    19.   
  
  
  19.  Traceback (most recent call last):
    20.   
  
  
  20.  File "", line 14, in test_start_strip
    21.   
  
  
  21.  assert_that(result,
    22.   
  
  
  22.  AssertionError:
    23.   
  
  
  23.  Expected: (a string starting with 'hello' and a string ending with 'world ')
    24.   
  
  
  24.  but: a string ending with 'world ' was 'hello world'
    25.   
  
  
  25.  
    26.   
  
  
  26.  
    27.   
  
  
  27.  ----------------------------------------------------------------------
    28.   
  
  
  28.  Ran 3 tests in 0.007s
    29.   
  
  
  29.  
    30.   
  
  
  30.  FAILED (failures=2)
    31.

他们会得到一个不同的错误信息，显示去除了过多的空白：

 
 
 
    
  
  
  
  1. source_string = " hello world "
    2.   
  
  
  2.  
    3.   
  
  
  3. @run_test
    4.   
  
  
  4. class TestList(unittest.TestCase):
    5.   
  
  
  5.  
    6.   
  
  
  6.  # 这是个赠品：它可以工作！
    7.   
  
  
  7.  def test_complete_strip(self):
    8.   
  
  
  8.  result = source_string.strip()
    9.   
  
  
  9.  assert_that(result,
    10.   
  
  
  10.  all_of(starts_with("hello"), ends_with("world")))
    11.   
  
  
  11.  
    12.   
  
  
  12.  def test_start_strip(self):
    13.   
  
  
  13.  result = source_string.lstrip() # Fixed this line
    14.   
  
  
  14.  assert_that(result,
    15.   
  
  
  15.  all_of(starts_with("hello"), ends_with("world ")))
    16.   
  
  
  16.  
    17.   
  
  
  17.  def test_end_strip(self):
    18.   
  
  
  18.  result = source_string.rstrip() # Fixed this line
    19.   
  
  
  19.  assert_that(result,
    20.   
  
  
  20.  all_of(starts_with(" hello"), ends_with("world")))
    21.  
 
 
 
 
 
    
  
  
  
  1.  test_complete_strip (__main__.TestList) ... ok
    2.   
  
  
  2.  test_end_strip (__main__.TestList) ... ok
    3.   
  
  
  3.  test_start_strip (__main__.TestList) ... ok
    4.   
  
  
  4.  
    5.   
  
  
  5.  ----------------------------------------------------------------------
    6.   
  
  
  6.  Ran 3 tests in 0.005s
    7.   
  
  
  7.  
    8.   
  
  
  8.  OK
    9.

在一个比较真实的教程中，会有更多的例子和更多的解释。这种使用 Jupyter Notebook 的技巧，有的例子可以用，有的例子需要修正，可以用于实时教学，可以用于视频课，甚至，可以用更多的其它零散用途，让学生自己完成一个教程。


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