Uncle Bob 的保齡球套路

在多本書籍闡述測試驅動開發(Test Driven Development，TDD)的好處之後，我又回頭看了Uncle Bob的保齡球套路，深信這個套路就如同武術家練習的拳譜、運動選手的基本動作，或是軍警不斷練習的拔槍與演習動作。那就讓我來整理一下這個套路的準備工作與相關細節吧。

保齡球套路中，須先理解保齡球的規則，說明如下：

1. 一場保齡球共有十局(frame)，每局有十隻球瓶(pin)，最高可打兩球，最高可得十分。
2. 第一球十隻球瓶全倒稱為Strike，第二球才把剩下的打倒稱為Spare。
3. 每局計分方式為倒下的瓶數，如果有Strike或是Spare可再加上Bonus。
4. Strike的Bonus為，下兩球倒下的瓶數加總。
5. Spare的Bonus為，下一球倒下的瓶數。
6. 第十局沒有Bonus，但Strike可再打兩球 或Spare可再打一球。
7. 如果十局的第一球皆為全倒，則稱為Perfect Game，滿分為300，總球數為12。

我們的目標要建立一個Game class，並在其中撰寫 roll 與 score兩個公有方法；

Game Class Diagram

另外要寫下五個測試案例 testAllZeros、testAllOnes、testOneSpare、testOneStrike與testPerfectGame。五個情境說明如下：

1. testAllZeros：十局的20球皆掛零。
2. testAllOnes：十局的20球皆得一分。
3. testOneSpare：第一局即發生 Spare。
4. testOneStrike：第一局即發生 Strike。
5. testPerfectGame：十局皆為Strike，並可加碼打兩球，這兩球也是 Strike。

根據Uncle Bob的說明，每一條Test Code與production code的編寫大約僅需 30秒，這樣的開發進度是相當驚人的，因此我們需要更多的練習，才能讓基本的問題成為我們直覺的反射動作。

第一步：由 IDE 產生出一個標準的 Maven專案。

第二步：新增一個test case 叫做 testAllZero，其中要 new 一個 Game class，因為缺乏Game class，所以會出現欠缺 class 的錯誤，馬上動手在 src/main/java 下產生一個對應的 Game class，消除 test case 的錯誤。

Test Code

Production Code

第三步：加入一個執行20次的 for 迴圈；在 迴圈中呼叫 Game 裡面的 roll method，由於 Game 裡面還沒有任何 method，再度跳到 Game class 裡新增 可傳入得分數的 roll method，暫時還不需要撰寫 roll 裡面的細節。

Test Code

Production Code

第四步：迴圈結束後，執行一個斷言，其中呼叫Game裡的 score method，取得分數；由於Game 裡還沒有score method，因此再度回到Game裡新增一個 score method，我們暫時先設定回傳值為 -1，執行測試程式，沒有意外的出現錯誤；重新修改 score 回傳值為0，執行測試程式，得到正確的結果。

Test Code

Production Code

第五步：再新增一個 test case 叫做 testAllOnes，內容與 testAllZeros幾乎一樣，這裡我們先複製一份相同的程式碼過來，調整一下，傳送1給roll，斷言裡應該是從 score method取得20；執行測試結果，也沒有意外的得到錯誤，因為我們還沒寫 score的計算內容。

Test Code

第六步：到Game class 裡編寫計算內容，新增一個私有變數score，並在roll 裡累加每個傳入的得分數，而score method 只需回傳私有變數score值。

Production Code

第七步：再到 test case，我們可以得到正確的內容，完成兩個測試情境。

第八步：這裡我們發現測試程式有重複的地方，因此我們開始進行重構；我們把重複的for迴圈部分搬出來，另外建一個 rollMany，分別傳入迴圈上限數與得分數；先移除 testAllZero的 for 迴圈，並以 rollMany取代；確認沒問題之後，再以同樣的方式重構 testAllOnes，並取得正確結果；完成 test case 部分的重構。

Test Code

第九步：我們要開始測試 spare，新增一個 test case testOneSpare，其中先呼叫三次roll，分別傳入3、7、3，表示第二球為spare，第一局的得分數加上第三球的分數，再運用rollMany傳入剩下的球數17與分數0；根據保齡球規則，我們可以斷言score method應該回傳 ((3+7)+3)+3=16；因為還沒有設計這個演算法，自然這個測試不會成功。

Test Code

第十步：我們開始設計這個演算法，但是我們發現原來的設計有些不合理的地方，需要先做重構；為了確保任何重構是正確無誤的，我們需要在調整之前，先把沒有辦法成功使用的testOneSpare mark起來；我們先把每局擊倒的數量記錄下來，所以新增一個全域array，並由roll method負責這個工作；再把計算擊倒瓶數的功能搬到score，也就是在每次呼叫score時，會重新計算正確的分數。我們可以在 score裡面使用一個從0到20的for loop ，但是保齡球的bonus計算方式，將for loop 改成 0到10應該會更適合；期間調整變數名稱，並給賦予更有意義的名稱。再度進行測試，得到正確結果。

Production Code

第十一步：開始加入spare演算法，進行 testOneSpare 驗證，取得正確結果。

Production Code

第十二步：重構score method ，將判斷是否為spare的判斷式重構成一個 private method。

Production Code

第十三步：testOneSpare，新建私有方法將發生spare的兩個 roll遷移過去，並改為呼叫新的方法；重新測試，確認正確無誤方可進到下一步 。

Test Code

第十四步：新增 testOneStrike，先呼叫三次roll，分別傳入10、3、4，再呼叫rollMany，傳入16球與0分；測試時一樣得到錯誤結果。

Test Code

第十五步：加入 strike演算法，進行testOneStrike，得到正確的結果。

Production Code

第十六步：重構 score method ，將 strike 判斷式搬到另一個新建的isStrike method。

Production Code

第十七步：重構 testOneStrike，新建私有方法將幾個 roll遷移過去，並改為呼叫新的方法；重新測試，確認正確無誤。

Test Code

第十八步：重構score method，將幾個計算式用更直覺的方式呈現；新增的private method 有 sumThisFrame、spareBonus、strikeBonus，取代較不直覺的計算；記得在新增與調整每一個計算式時，皆需重新測試，直到正確才可進行下一個計算式調整。

Production Code

第十九步：進行一個極端的狀況測試，也就是十局皆為Strike，如果發生這個狀況，總共應該可以打12球，可得到滿分300；我們新增一個 testPerfectGame，並做測試取得正確結果。

Test Code

以上為Uncle Bob的保齡球套路，其中的架構或是程式碼編排並非完美，而且有非常多步驟是熟練的Developer可以跳過去的，但是這是為了訓練TDD與重構的直覺反應，個人覺得非常有意思也有幫助。有興趣的朋友，也可以以 Bowling Game Kata 作為關鍵字Google其他人的分享。

簡單總結一下 TDD的概念：

1. 沒有測試程式，就不寫產品程式。
2. 只撰寫剛好無法通過的單元測試。
3. 只撰寫剛好能通過當前測試失敗的產品程式。
4. 對待你的 Test Code 要跟 Production Code 一樣
5. 測試才是最好的文件，可以執行的文件
6. 測試應該不只是品管工具，更是設計工具…

參考資料：

泰迪軟體的保齡球套路

https://youtu.be/Om0co6xNNBI

Uncle Bob 的 The Bowling Game Kata

http://butunclebob.com/ArticleS.UncleBob.TheBowlingGameKata

Uncle Bob 的 Clean Coder https://www.tenlong.com.tw/products/9789862017883?list_name=srh