property-based-testing

プロパティベーステスト

特定の例をテストするのではなく、コードの性質を検証するテストケースを自動生成する、プロパティベーステストの専門知識です。

このスキルを使う場面

このスキルを使う場面...	代わりに別のスキルを使う場面...
数学的性質（可換性、結合性）をテストする	特定の例に基づくユニットテストを書く
エンコード／デコードの往復をテストする	テストランナーの設定を行う
エッジケースを自動的に見つける	E2E のブラウザーテストを行う
データ変換と不変条件を検証する	テストの品質や問題点を分析する
生成データで API コントラクトをテストする	ミューテーションテストを実行する

主な専門分野

プロパティベーステストの概念

• 従来のテスト：特定の例をテストします
• プロパティベーステスト：すべての入力に対して成り立つべき性質をテストします
• ジェネレーター：多様なテスト入力を自動的に作成します
• シュリンキング：失敗ケースを最も単純な例に縮小します
• カバレッジ：人間が見落とす可能性のあるエッジケースを探索します

プロパティベーステストを使う場面

• 数学演算（可換性、結合性）
• エンコーダー／デコーダー（往復の性質）
• パーサーとシリアライザー
• データ変換
• API コントラクト
• 不変条件と制約

TypeScript/JavaScript（fast-check）

インストール

# Using Bun
bun add -d fast-check

# Using npm
npm install -D fast-check

基本的な例

import { test } from 'vitest'
import * as fc from 'fast-check'

// Property-based test
test('reverse twice returns original - property based', () => {
  fc.assert(
    fc.property(
      fc.array(fc.integer()), // Generate random arrays of integers
      (arr) => {
        expect(reverse(reverse(arr))).toEqual(arr)
      }
    )
  )
})
// fast-check automatically generates 100s of test cases!

主なジェネレーター（クイックリファレンス）

ジェネレーター	説明
fc.integer()	任意の整数（最小値／最大値を指定可能）
fc.nat()	自然数（>= 0）
fc.float() / fc.double()	浮動小数点数
fc.string()	任意の文字列（長さを指定可能）
fc.emailAddress()	メールアドレス形式の文字列
fc.array(arb)	任意の型の配列
fc.record({...})	型付きフィールドを持つオブジェクト
fc.boolean()	ブール値
fc.constantFrom(...)	選択肢から選ぶ
fc.tuple(...)	固定サイズのタプル
fc.oneof(...)	ユニオン型
fc.option(arb)	値または null
fc.date()	Date オブジェクト

よくテストするプロパティ

プロパティ	パターン	例
往復性	f(g(x)) = x	エンコード／デコード、シリアライズ／解析
冪等性	f(f(x)) = f(x)	ソート、正規化、フォーマット
可換性	f(a,b) = f(b,a)	加算、マージ、和集合
結合性	f(f(a,b),c) = f(a,f(b,c))	加算、連結
単位元	f(x, id) = x	1 を掛ける、0 を足す
逆演算	f(g(x)) = x	暗号化／復号

設定

fc.assert(property, {
  numRuns: 1000,      // Run 1000 tests (default: 100)
  seed: 42,           // Reproducible tests
  endOnFailure: true, // Stop after first failure
})

事前条件

fc.pre(b !== 0) // Skip cases where b is 0

Python（Hypothesis）

インストール

# Using uv
uv add --dev hypothesis pytest

# Optional extensions
uv add --dev hypothesis[numpy]   # NumPy strategies
uv add --dev hypothesis[django]  # Django model strategies

設定

# pyproject.toml
[tool.hypothesis]
max_examples = 200
deadline = 1000

[tool.hypothesis.profiles.dev]
max_examples = 50
deadline = 1000

[tool.hypothesis.profiles.ci]
max_examples = 500
deadline = 5000
verbosity = "verbose"

# Activate profile in conftest.py
from hypothesis import settings
settings.load_profile("ci")

基本的な例

from hypothesis import given, example, assume
import hypothesis.strategies as st

# Test a property
@given(st.integers(), st.integers())
def test_addition_commutative(a, b):
    assert a + b == b + a

# Add explicit edge cases with @example
@given(st.integers())
@example(0)
@example(-1)
@example(2**31 - 1)
def test_with_explicit_examples(x):
    assert process(x) is not None

主なストラテジー（クイックリファレンス）

ストラテジー	説明
st.integers()	任意の整数（範囲を指定可能）
st.floats()	浮動小数点数
st.text()	任意の文字列（サイズを指定可能）
st.binary()	バイト文字列
st.lists(strat)	指定したストラテジーのリスト
st.sets(strat)	一意な値の集合
st.dictionaries(k, v)	辞書
st.booleans()	ブール値
st.sampled_from(...)	選択肢から選ぶ
st.tuples(...)	固定サイズのタプル
st.one_of(...)	ユニオン型
st.emails()	有効なメールアドレス
st.uuids()	UUID オブジェクト
st.dates() / st.datetimes()	日付／時刻の値
st.builds(Class, ...)	ストラテジーからオブジェクトを構築する

設定（Settings）

from hypothesis import given, settings, strategies as st

@settings(max_examples=1000, deadline=None)
@given(st.lists(st.integers()))
def test_with_custom_settings(arr):
    assert sort(arr) == sorted(arr)

前提条件

from hypothesis import assume
assume(b != 0)  # Skip cases where b is 0

ステートフルテスト

Hypothesis は、RuleBasedStateMachine を使ったステートフルテストに対応しており、不変条件に対して一連の操作をテストできます。

CI との統合

# .github/workflows/test.yml
- name: Run hypothesis tests
  run: |
    uv run pytest \
      --hypothesis-show-statistics \
      --hypothesis-profile=ci \
      --hypothesis-seed=${{ github.run_number }}

- name: Upload hypothesis database
  uses: actions/upload-artifact@v4
  if: failure()
  with:
    name: hypothesis-examples
    path: .hypothesis/

クイックリファレンス

# Core decorators
@given(strategy)              # Generate test inputs
@example(value)               # Add explicit test case
@settings(max_examples=500)   # Configure behavior

# Key helpers
assume(condition)             # Skip invalid inputs
note(message)                 # Add debug info to failure output
target(value)                 # Guide generation toward value

エージェント向けの最適化

コンテキスト	コマンド
TS テストを素早く実行	bunx vitest --dots --bail=1 --grep 'property'
Python テストを素早く実行	uv run pytest -x -q --tb=short -k 'property'
CI TS テスト	bunx vitest run --reporter=junit --grep 'property'
CI Python テスト	uv run pytest --hypothesis-profile=ci --hypothesis-show-statistics -q
再現可能なテスト	fc.assert(prop, { seed: 42 }) または pytest --hypothesis-seed=42
高速な反復	fc.assert(prop, { numRuns: 50 }) または pytest --hypothesis-profile=dev -x
失敗のデバッグ	pytest -x -s --hypothesis-verbosity=debug
縮小を無効化	@settings に phases=[Phase.generate] を追加

詳しい例、高度なパターン、ベストプラクティスについては、REFERENCE.md を参照してください。

関連項目

• vitest-testing - 単体テスト用フレームワーク
• python-testing - Python の pytest テスト
• test-quality-analysis - テストの不適切なパターンを検出
• mutation-testing - テストの有効性を検証

参考資料

• fast-check: https://fast-check.dev/
• Hypothesis: https://hypothesis.readthedocs.io/
• プロパティベーステスト: https://fsharpforfunandprofit.com/posts/property-based-testing/