可观察行为与测试用例

先把问题说清楚

程序设计的第一步不是敲代码，而是确认要解决什么。我们在测试、调试与证据里从一个成人日常或工程场景进入：给定明确输入，经过可解释步骤，得到可核对输出。今天围绕可观察行为与测试用例完成：围绕可观察行为与测试用例先手算两个样例，再编写最小程序，使用正常、边界、无效和回归四类输入验证。先写两个具体例子，再从例子中提取共同规则，避免一开始就被语法细节带走。
（本段编程对象：可观察行为与测试用例；位置：9-1。）

跟我手工走一遍

取最小正常输入，画一张值表：每执行一行，就记录变量的新值、仍成立的不变量以及下一步为什么可执行。第一步列出输入与预期输出；第二步依据可观察行为与测试用例必须写清输入、输出、前置条件、状态变化、不变量和失败行为，再把每一步落实为可观察的 Python 执行选择一个最小操作；第三步检查状态是否更接近后置条件；最后把手算轨迹同程序输出逐项比较。若两者不同，定位首个分叉点，而不是盲目改到“看起来能跑”。
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从具体例子抽出程序结构

把手算中的名词变成数据，把动作变成表达式或函数，把选择变成条件，把重复变成循环。每引入一个变量都回答它代表什么、允许哪些值、何时改变；每引入一个分支都说明条件是否互斥且穷尽；每引入一个循环都写出终止条件。这样代码结构来自问题结构，而不是拼凑语句。
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围绕可观察行为与测试用例，我们坚持一个局部原则：可观察行为与测试用例必须写清输入、输出、前置条件、状态变化、不变量和失败行为，再把每一步落实为可观察的 Python 执行。先实现最小正确版本，再提取重复结构。不要过早追求短代码；清楚的中间变量、明确的函数名字和可检查的契约，比把多步计算挤在一行更适合学习、调试与评审。
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写成可运行的 Python

实现使用 Python 3 标准库，从标准输入读取，向标准输出给出稳定答案。输入解析、核心计算和输出格式分开处理：解析失败时说明失败规则，核心函数尽量不直接打印，最外层负责交互。代码题不是伪代码；参考程序与学习者提交都必须由判题器真实运行，并对同一组测试给出确定结果。
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用四类测试逼近正确

正常测试证明主路径，边界测试检查空集合、零、单元素或端点，无效测试验证类型和规格外输入，回归测试固定曾经出错的最短例子。若本节有4个等价类且每类至少准备4个测试，基础清单有4×4=16项；数量只是起点，还要说明每项究竟排除了哪个错误假设。
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学习分三轮完成。第一轮阅读一段可运行实现，给每行加上“读了什么、改了什么、保证了什么”的注释；第二轮只改变一个需求，例如端点是否包含、输入是否允许为空或结果是否保持顺序，预测需要修改的最小位置；第三轮合上示例，从规格独立重写，再用相同测试比较。能修改和重写，才说明理解了可观察行为与测试用例背后的结构，而不是记住了示例外形。
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测试失败时区分三层：若程序无法启动，先处理语法、名称和导入；若运行中断，沿异常与调用栈找到第一个违反前置条件的位置；若能运行但答案错误，把实际轨迹和手算轨迹并排。修复不能只让当前输入通过，还要解释原错误会影响哪一类输入，并添加最小回归测试防止以后重新出现。
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常见错误与调试路径

本节严格边界是：可观察行为与测试用例不能只凭一次示例通过；必须处理空输入、极值、类型错误或状态残留，并能解释首个错误步骤。看到错误输出，先保存输入、期望和实际，再缩小到最小失败输入；检查解析、类型、分支条件、循环边界、状态更新和输出格式。语法错误先读最靠前的报错位置，运行时错误画调用链，逻辑错误比较逐步轨迹。一次只验证一个假设，修复后重跑全部测试。
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与前后课时建立联系

可观察行为与测试用例不是孤立知识点。它向前依赖清楚的规格、数据表示与执行模型，向后会成为函数接口、测试证据、算法分析或项目模块的一部分。写下本节产物的输入接口、输出接口和仍未解决的限制；下一节只依赖公开接口，不依赖偶然的内部变量，这就是软件逐步长大的方式。
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把本节代码放进一个小型项目制品：保留规格、三个手算样例、源代码、自动测试和一次故意失败后的调试记录。提交前让另一位学习者只看公开接口使用它；如果对方必须读取内部变量、猜测输入格式或手工清理残留状态，接口仍不完整。根据反馈只修改一个职责清晰的模块，并再次运行全套测试。
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练习与自检

完成单选、多选、计算题，并在实验课提交可运行代码。合上材料后回答：输入是什么，输出是什么，前置与后置条件是什么，不变量在哪一步保持，失败输入怎样处理，四类测试各自保护什么。最后围绕可观察行为与测试用例口述一次“规格—样例—算法—代码—测试—调试”的完整链条；能换一组输入重新推导，才算真正学会。

（本段编程对象：可观察行为与测试用例；位置：9-1。）