檔案系統測試：使用 System.IO.Abstractions 模擬檔案操作

核心原則

1. 檔案系統相依性的根本問題

傳統直接使用 System.IO 靜態類別的程式碼難以測試，原因包括：

• 速度問題：實際磁碟 IO 比記憶體操作慢 10-100 倍
• 環境相依：測試結果受檔案系統狀態、權限、路徑影響
• 副作用：測試會在磁碟上留下痕跡，影響其他測試
• 並行問題：多個測試同時操作同一檔案會產生競爭條件
• 錯誤模擬困難：難以模擬權限不足、磁碟空間不足等異常

2. System.IO.Abstractions 解決方案

將 System.IO 靜態類別包裝成介面的套件，支援依賴注入和測試替身。

必要 NuGet 套件：

<!-- 正式環境 -->
<PackageReference Include="System.IO.Abstractions" Version="22.1.0" />

<!-- 測試專案 -->
<PackageReference Include="System.IO.Abstractions.TestingHelpers" Version="22.1.0" />

3. 重構步驟

步驟一：將直接使用靜態類別的程式碼改為依賴 IFileSystem

// ❌ 重構前（不可測試）
public class ConfigService
{
    public string LoadConfig(string path) => File.ReadAllText(path);
}

// ✅ 重構後（可測試）
public class ConfigService
{
    private readonly IFileSystem _fileSystem;
    public ConfigService(IFileSystem fileSystem) => _fileSystem = fileSystem;
    public string LoadConfig(string path) => _fileSystem.File.ReadAllText(path);
}

步驟二：在 DI 容器中註冊真實實作

services.AddSingleton<IFileSystem, FileSystem>();

步驟三：在測試中使用 MockFileSystem

var mockFs = new MockFileSystem(new Dictionary<string, MockFileData>
{
    ["config.json"] = new MockFileData("{ \"key\": \"value\" }")
});
var service = new ConfigService(mockFs);

MockFileSystem 測試模式

涵蓋四種核心測試模式：預設檔案狀態建立、驗證寫入結果、目錄操作測試、使用 NSubstitute 模擬 IO 異常（UnauthorizedAccessException 等）。另含進階技巧：串流操作測試、檔案資訊查詢測試、備份檔案測試。

完整 MockFileSystem 測試模式與進階技巧請參考 references/mockfilesystem-patterns.md

最佳實踐

應該這樣做

1. 使用 Path.Combine 處理路徑 — _fileSystem.Path.Combine("configs", "app.json")
2. 防禦性檢查檔案存在性 — 在讀取前先檢查 _fileSystem.File.Exists()
3. 自動建立必要目錄 — 寫入前確保目錄存在
4. 妥善處理各種 IO 異常 — UnauthorizedAccessException、IOException、DirectoryNotFoundException
5. 每個測試使用獨立的 MockFileSystem — 確保測試隔離

應該避免

1. 硬編碼路徑分隔符號 — 使用 Path.Combine 取代 \\ 或 /
2. 在單元測試中使用真實檔案系統 — 使用 MockFileSystem
3. 忽略例外處理 — 不要假設檔案一定存在

效能考量

• MockFileSystem 速度：比真實檔案操作快 10-100 倍
• 記憶體使用：只建立測試必需的檔案，避免模擬超大檔案

實務整合範例

請參考 templates/ 目錄下的完整實作：

• configmanager-service.cs - 設定檔管理服務（載入/儲存/備份）
• filemanager-service.cs - 檔案管理服務（複製/目錄操作/錯誤處理）

輸出格式

• 產生使用 IFileSystem 介面的服務類別
• 產生使用 MockFileSystem 的測試類別
• 包含檔案讀寫、目錄操作、路徑處理測試範例
• 提供 .csproj 套件參考（System.IO.Abstractions、System.IO.Abstractions.TestingHelpers）

參考資源

原始文章

本技能內容提煉自「老派軟體工程師的測試修練 - 30 天挑戰」系列文章：

• Day 17 - 檔案與 IO 測試：使用 System.IO.Abstractions 模擬檔案系統
  • 鐵人賽文章：https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10375981
  • 範例程式碼：https://github.com/kevintsengtw/30Days_in_Testing_Samples/tree/main/day17

官方文件

• System.IO.Abstractions GitHub
• System.IO.Abstractions NuGet
• TestingHelpers NuGet

相關技能

• nsubstitute-mocking - 測試替身與模擬
• unit-test-fundamentals - 單元測試基礎