9、TDD实战-计算器：从零开始用TDD开发一个支持加减乘除的计算器类

好了，咱们终于到了动手环节。前面讲了那么多TDD的理论、红绿重构循环、测试替身什么的，说实话，不亲手写一遍，那些东西始终是别人的经验。这一章，我们就用最经典的入门项目——计算器，来完整走一遍TDD流程。

我个人习惯，每次开始一个新功能前，先问自己三个问题：这个类要做什么？它的接口长什么样？第一个最简单的测试用例是什么？想清楚了再动键盘。

9.1 先写测试，再写代码——加法起步

按照TDD的铁律，测试必须先于实现代码。我们第一个测试，就从最简单的加法开始。

// test_calculator.cpp
#include <gtest/gtest.h>
#include "calculator.h"

TEST(CalculatorTest, AddTwoPositiveNumbers) {
    Calculator calc;
    int result = calc.add(3, 5);
    EXPECT_EQ(result, 8);
}

写这个测试的时候，我脑子里其实已经在想Calculator类的接口了。但注意，这时候我还没写calculator.h。测试编译当然会失败——这就是TDD里的"红色"阶段。

好，现在让测试通过。写最少的代码：

// calculator.h
#pragma once

class Calculator {
public:
    int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
};

编译，运行测试——绿色通过。嗯，第一个循环走完了。

9.2 减法：边界情况要提前想

加法的测试通过后，我们加减法。但这里有个坑——减法结果可能为负数。我刚开始做TDD时，就吃过这个亏，只测了正数减正数，结果上线后用户输入负数就崩了。

TEST(CalculatorTest, SubtractResultNegative) {
    Calculator calc;
    int result = calc.subtract(3, 8);
    EXPECT_EQ(result, -5);
}

TEST(CalculatorTest, SubtractTwoNegatives) {
    Calculator calc;
    int result = calc.subtract(-5, -3);
    EXPECT_EQ(result, -2);
}

你看，我写了两个测试用例：一个结果负，一个两个操作数都负。这样实现的时候，就不会漏掉边界。

实现代码：

int subtract(int a, int b) {
    return a - b;
}

简单吧？但正是这种"简单到你觉得没必要测"的东西，往往最容易出问题。我曾经在一个金融项目里，就因为减法没考虑精度，导致对账差了0.01元，查了整整两天。

9.3 乘法与除法：引入浮点数

加减法都是整数运算，但除法不一样。3除以2，结果是1.5。所以我们需要引入浮点数。

这里有个设计决策：是让计算器类支持模板，还是直接返回double？我个人建议，初期先固定返回double，等后面有需求再重构。别过度设计。

TEST(CalculatorTest, MultiplyTwoNumbers) {
    Calculator calc;
    double result = calc.multiply(3.0, 2.5);
    EXPECT_DOUBLE_EQ(result, 7.5);
}

TEST(CalculatorTest, DividePositiveNumbers) {
    Calculator calc;
    double result = calc.divide(10.0, 3.0);
    EXPECT_NEAR(result, 3.3333, 0.0001);
}

实现：

double multiply(double a, double b) {
    return a * b;
}

double divide(double a, double b) {
    return a / b;
}

9.4 除零异常：TDD如何驱动异常设计

除法有个特殊场景——除数为0。这个在需求文档里可能只是一句话，但在代码里，你得明确行为：抛出异常？返回NaN？还是返回0？

我习惯用TDD来驱动这个决策。先写测试：

TEST(CalculatorTest, DivideByZeroThrows) {
    Calculator calc;
    EXPECT_THROW(calc.divide(5.0, 0.0), std::invalid_argument);
}

测试写好了，现在去实现。因为测试期望抛出异常，所以实现必须包含异常处理：

double divide(double a, double b) {
    if (b == 0.0) {
        throw std::invalid_argument("除数不能为0");
    }
    return a / b;
}

你看，测试驱动了异常处理的设计。如果没有这个测试，我可能就随手写个return 0了事——但那样用户会疯掉的。

9.5 知识体系：TDD计算器的完整流程

下面这张图，是我做这个计算器时脑子里过的流程。你看，每个功能点都对应一个测试用例，测试用例又驱动了实现代码。

9.6 完整代码与测试清单

最后，我把完整的Calculator类贴出来。注意，这个类是通过TDD一步步"长"出来的，不是一次性写好的。

// calculator.h
#pragma once
#include <stdexcept>

class Calculator {
public:
    int add(int a, int b) { return a + b; }
    int subtract(int a, int b) { return a - b; }
    double multiply(double a, double b) { return a * b; }
    
    double divide(double a, double b) {
        if (b == 0.0) {
            throw std::invalid_argument("除数不能为0");
        }
        return a / b;
    }
};

对应的测试清单：

测试用例	输入	期望输出	状态
加法-正数	3, 5	8	✅ 通过
减法-结果为负	3, 8	-5	✅ 通过
减法-两个负数	-5, -3	-2	✅ 通过
乘法-浮点数	3.0, 2.5	7.5	✅ 通过
除法-正常	10.0, 3.0	≈3.3333	✅ 通过
除法-除零异常	5.0, 0.0	抛出异常	✅ 通过

嗯，这一章就到这里。代码不多，但流程完整。你可以在自己的机器上跟着敲一遍，感受一下"先写测试再写代码"和"先写代码再补测试"的差别。相信我，试过之后你会爱上这种节奏的。