Rust Testing

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name: rust-testing
description: 単体テスト、統合テスト、非同期テスト、プロパティベーステスト、モック、カバレッジを含むRustテストパターン。TDD方法論に従う。
origin: ECC
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# Rust テストパターン

TDD方法論に従って信頼性が高く保守しやすいテストを書くための包括的なRustテストパターン。

## 使用場面

* 新しいRustの関数、メソッド、またはトレイトを書く場合
* 既存のコードにテストカバレッジを追加する場合
* パフォーマンスクリティカルなコードのベンチマークを作成する場合
* 入力検証にプロパティベーステストを実装する場合
* RustプロジェクトでTDDワークフローに従う場合

## 動作原理

1. **ターゲットコードを特定する** — テストする関数、トレイト、またはモジュールを見つける
2. **テストを書く** — `#[cfg(test)]` モジュール内で `#[test]` を使用、rstest でパラメータ化テスト、または proptest でプロパティベーステスト
3. **依存関係をモックする** — mockall を使用してテスト対象のユニットを分離する
4. **テストを実行する (RED)** — テストが期待通りに失敗することを確認する
5. **実装する (GREEN)** — テストを通過するための最小限のコードを書く
6. **リファクタリングする** — テストを通過したまま、コードを改善する
7. **カバレッジを確認する** — cargo-llvm-cov を使用し、80%以上を目標にする

## RustのTDDワークフロー

### RED-GREEN-REFACTOR サイクル

```
RED     → まず失敗するテストを書く
GREEN   → テストを通過する最小限のコードを書く
REFACTOR → テストを通過したままコードをリファクタリングする
REPEAT  → 次の要件に進む
```

### Rustでの段階的TDD

```rust
// RED: Write test first, use todo!() as placeholder
pub fn add(a: i32, b: i32) -> i32 { todo!() }

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;
    #[test]
    fn test_add() { assert_eq!(add(2, 3), 5); }
}
// cargo test → panics at 'not yet implemented'
```

```rust
// GREEN: Replace todo!() with minimal implementation
pub fn add(a: i32, b: i32) -> i32 { a + b }
// cargo test → PASS, then REFACTOR while keeping tests green
```

## 単体テスト

### モジュールレベルのテスト整理

```rust
// src/user.rs
pub struct User {
    pub name: String,
    pub email: String,
}

impl User {
    pub fn new(name: impl Into<String>, email: impl Into<String>) -> Result<Self, String> {
        let email = email.into();
        if !email.contains('@') {
            return Err(format!("invalid email: {email}"));
        }
        Ok(Self { name: name.into(), email })
    }

    pub fn display_name(&self) -> &str {
        &self.name
    }
}

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;

    #[test]
    fn creates_user_with_valid_email() {
        let user = User::new("Alice", "alice@example.com").unwrap();
        assert_eq!(user.display_name(), "Alice");
        assert_eq!(user.email, "alice@example.com");
    }

    #[test]
    fn rejects_invalid_email() {
        let result = User::new("Bob", "not-an-email");
        assert!(result.is_err());
        assert!(result.unwrap_err().contains("invalid email"));
    }
}
```

### アサーションマクロ

```rust
assert_eq!(2 + 2, 4);                                    // Equality
assert_ne!(2 + 2, 5);                                    // Inequality
assert!(vec![1, 2, 3].contains(&2));                     // Boolean
assert_eq!(value, 42, "expected 42 but got {value}");    // Custom message
assert!((0.1_f64 + 0.2 - 0.3).abs() < f64::EPSILON);   // Float comparison
```

## エラーとパニックのテスト

### `Result` の戻り値のテスト

```rust
#[test]
fn parse_returns_error_for_invalid_input() {
    let result = parse_config("}{invalid");
    assert!(result.is_err());

    // Assert specific error variant
    let err = result.unwrap_err();
    assert!(matches!(err, ConfigError::ParseError(_)));
}

#[test]
fn parse_succeeds_for_valid_input() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    let config = parse_config(r#"{"port": 8080}"#)?;
    assert_eq!(config.port, 8080);
    Ok(()) // Test fails if any ? returns Err
}
```

### パニックのテスト

```rust
#[test]
#[should_panic]
fn panics_on_empty_input() {
    process(&[]);
}

#[test]
#[should_panic(expected = "index out of bounds")]
fn panics_with_specific_message() {
    let v: Vec<i32> = vec![];
    let _ = v[0];
}
```

## 統合テスト

### ファイル構造

```text
my_crate/
├── src/
│   └── lib.rs
├── tests/              # 統合テスト
│   ├── api_test.rs     # 各ファイルが独立したテストバイナリ
│   ├── db_test.rs
│   └── common/         # 共有テストユーティリティ
│       └── mod.rs
```

### 統合テストの書き方

```rust
// tests/api_test.rs
use my_crate::{App, Config};

#[test]
fn full_request_lifecycle() {
    let config = Config::test_default();
    let app = App::new(config);

    let response = app.handle_request("/health");
    assert_eq!(response.status, 200);
    assert_eq!(response.body, "OK");
}
```

## 非同期テスト

### Tokioの使用

```rust
#[tokio::test]
async fn fetches_data_successfully() {
    let client = TestClient::new().await;
    let result = client.get("/data").await;
    assert!(result.is_ok());
    assert_eq!(result.unwrap().items.len(), 3);
}

#[tokio::test]
async fn handles_timeout() {
    use std::time::Duration;
    let result = tokio::time::timeout(
        Duration::from_millis(100),
        slow_operation(),
    ).await;

    assert!(result.is_err(), "should have timed out");
}
```

## テスト整理パターン

### `rstest` を使用したパラメータ化テスト

```rust
use rstest::{rstest, fixture};

#[rstest]
#[case("hello", 5)]
#[case("", 0)]
#[case("rust", 4)]
fn test_string_length(#[case] input: &str, #[case] expected: usize) {
    assert_eq!(input.len(), expected);
}

// Fixtures
#[fixture]
fn test_db() -> TestDb {
    TestDb::new_in_memory()
}

#[rstest]
fn test_insert(test_db: TestDb) {
    test_db.insert("key", "value");
    assert_eq!(test_db.get("key"), Some("value".into()));
}
```

### テストヘルパー関数

```rust
#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;

    /// Creates a test user with sensible defaults.
    fn make_user(name: &str) -> User {
        User::new(name, &format!("{name}@test.com")).unwrap()
    }

    #[test]
    fn user_display() {
        let user = make_user("alice");
        assert_eq!(user.display_name(), "alice");
    }
}
```

## `proptest` を使用したプロパティベーステスト

### 基本的なプロパティテスト

```rust
use proptest::prelude::*;

proptest! {
    #[test]
    fn encode_decode_roundtrip(input in ".*") {
        let encoded = encode(&input);
        let decoded = decode(&encoded).unwrap();
        assert_eq!(input, decoded);
    }

    #[test]
    fn sort_preserves_length(mut vec in prop::collection::vec(any::<i32>(), 0..100)) {
        let original_len = vec.len();
        vec.sort();
        assert_eq!(vec.len(), original_len);
    }

    #[test]
    fn sort_produces_ordered_output(mut vec in prop::collection::vec(any::<i32>(), 0..100)) {
        vec.sort();
        for window in vec.windows(2) {
            assert!(window[0] <= window[1]);
        }
    }
}
```

### カスタムストラテジー

```rust
use proptest::prelude::*;

fn valid_email() -> impl Strategy<Value = String> {
    ("[a-z]{1,10}", "[a-z]{1,5}")
        .prop_map(|(user, domain)| format!("{user}@{domain}.com"))
}

proptest! {
    #[test]
    fn accepts_valid_emails(email in valid_email()) {
        assert!(User::new("Test", &email).is_ok());
    }
}
```

## `mockall` を使用したモック

### トレイトベースのモック

```rust
use mockall::{automock, predicate::eq};

#[automock]
trait UserRepository {
    fn find_by_id(&self, id: u64) -> Option<User>;
    fn save(&self, user: &User) -> Result<(), StorageError>;
}

#[test]
fn service_returns_user_when_found() {
    let mut mock = MockUserRepository::new();
    mock.expect_find_by_id()
        .with(eq(42))
        .times(1)
        .returning(|_| Some(User { id: 42, name: "Alice".into() }));

    let service = UserService::new(Box::new(mock));
    let user = service.get_user(42).unwrap();
    assert_eq!(user.name, "Alice");
}

#[test]
fn service_returns_none_when_not_found() {
    let mut mock = MockUserRepository::new();
    mock.expect_find_by_id()
        .returning(|_| None);

    let service = UserService::new(Box::new(mock));
    assert!(service.get_user(99).is_none());
}
```

## ドキュメントテスト

### 実行可能なドキュメント

````rust
/// Adds two numbers together.
///
/// # Examples
///
/// ```
/// use my_crate::add;
///
/// assert_eq!(add(2, 3), 5);
/// assert_eq!(add(-1, 1), 0);
/// ```
pub fn add(a: i32, b: i32) -> i32 {
    a + b
}

/// Parses a config string.
///
/// # Errors
///
/// Returns `Err` if the input is not valid TOML.
///
/// ```no_run
/// use my_crate::parse_config;
///
/// let config = parse_config(r#"port = 8080"#).unwrap();
/// assert_eq!(config.port, 8080);
/// ```
///
/// ```no_run
/// use my_crate::parse_config;
///
/// assert!(parse_config("}{invalid").is_err());
/// ```
pub fn parse_config(input: &str) -> Result<Config, ParseError> {
    todo!()
}
````

## Criterionを使用したベンチマーク

```toml
# Cargo.toml
[dev-dependencies]
criterion = { version = "0.5", features = ["html_reports"] }

[[bench]]
name = "benchmark"
harness = false
```

```rust
// benches/benchmark.rs
use criterion::{black_box, criterion_group, criterion_main, Criterion};

fn fibonacci(n: u64) -> u64 {
    match n {
        0 | 1 => n,
        _ => fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2),
    }
}

fn bench_fibonacci(c: &mut Criterion) {
    c.bench_function("fib 20", |b| b.iter(|| fibonacci(black_box(20))));
}

criterion_group!(benches, bench_fibonacci);
criterion_main!(benches);
```

## テストカバレッジ

### カバレッジの実行

```bash
# Install: cargo install cargo-llvm-cov (or use taiki-e/install-action in CI)
cargo llvm-cov                    # Summary
cargo llvm-cov --html             # HTML report
cargo llvm-cov --lcov > lcov.info # LCOV format for CI
cargo llvm-cov --fail-under-lines 80  # Fail if below threshold
```

### カバレッジ目標

| コードの種類 | 目標 |
|-----------|--------|
| クリティカルなビジネスロジック | 100% |
| パブリックAPI | 90%以上 |
| 汎用コード | 80%以上 |
| 生成済み / FFIバインディング | 除外 |

## テストコマンド

```bash
cargo test                        # Run all tests
cargo test -- --nocapture         # Show println output
cargo test test_name              # Run tests matching pattern
cargo test --lib                  # Unit tests only
cargo test --test api_test        # Integration tests only
cargo test --doc                  # Doc tests only
cargo test --no-fail-fast         # Don't stop on first failure
cargo test -- --ignored           # Run ignored tests
```

## ベストプラクティス

**すべきこと：**

* まずテストを書く (TDD)
* 単体テストには `#[cfg(test)]` モジュールを使用する
* 実装ではなく動作をテストする
* シナリオを説明する記述的なテスト名を使用する
* より良いエラーメッセージのために `assert!` より `assert_eq!` を優先する
* クリーンなエラー出力のために `Result` を返すテストでは `?` を使用する
* テストを独立させる——共有の可変状態なし

**すべきでないこと：**

* `Result::is_err()` をテストできる場合に `#[should_panic]` を使用する
* すべてをモックする——可能なら統合テストを優先する
* フレーキーなテストを無視する——修正または分離する
* テストで `sleep()` を使用する——チャンネル、バリア、または `tokio::time::pause()` を使用する
* エラーパスのテストをスキップする

## CI統合

```yaml
# GitHub Actions
test:
  runs-on: ubuntu-latest
  steps:
    - uses: actions/checkout@v4
    - uses: dtolnay/rust-toolchain@stable
      with:
        components: clippy, rustfmt

    - name: Check formatting
      run: cargo fmt --check

    - name: Clippy
      run: cargo clippy -- -D warnings

    - name: Run tests
      run: cargo test

    - uses: taiki-e/install-action@cargo-llvm-cov

    - name: Coverage
      run: cargo llvm-cov --fail-under-lines 80
```

**覚えておくこと**：テストはドキュメントである。コードをどのように使うべきかを示している。明確に書き、最新の状態を保つこと。