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17|如何与LLM结对编程?

17|如何与LLM结对编程?-徐昊 · AI时代的软件工程-极客时间
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17|如何与LLM结对编程?

讲述:徐昊

时长03:42大小3.39M

你好,我是徐昊,今天我们来继续学习 AI 时代的软件工程。
上节课,我们系统性地介绍了使用大语言模型(Large Language Model,LLM)辅助软件开发的思路,也就是遵从测试驱动开发(Test Driven Development,TDD)的节奏,并与 LLM 结对编程(Pair Programming)完成需求。
那么,让我们使用这个思路,重新做一遍第 15 节课的例子,看看这一次有什么不一样。需求和之前是一样的:
我们中的大多数人都不得不时不时地解析一下命令行参数。如果我们没有一个方便的工具,那么我们就简单地处理一下传入 main 函数的字符串数组。有很多开源工具可以完成这个任务,但它们可能并不能完全满足我们的要求。所以我们再写一个吧。
 
传递给程序的参数由标志和值组成。标志应该是一个字符,前面有一个减号。每个标志都应该有零个或多个与之相关的值。例如:
 
-l -p 8080 -d /usr/logs
 
“l”(日志)没有相关的值,它是一个布尔标志,如果存在则为 true,不存在则为 false。“p”(端口)有一个整数值,“d”(目录)有一个字符串值。标志后面如果存在多个值,则该标志表示一个列表:
 
-g this is a list -d 1 2 -3 5
 
“g” 表示一个字符串列表[“this”, “is”, “a”, “list”],"d"标志表示一个整数列表[1, 2, -3, 5]。
 
如果参数中没有指定某个标志,那么解析器应该指定一个默认值。例如,false 代表布尔值,0 代表数字, "" 代表字符串,[]代表列表。如果给出的参数与模式不匹配,重要的是给出一个好的错误信息,准确地解释什么是错误的。
 
确保你的代码是可扩展的,即如何增加新的数值类型是直接和明显的。

测试先行

这次做的时候我们会有一些不一样的地方。按照我们上节课讲的内容,首先要做的是明确架构和测试策略,然后进行任务分解。目前的需求非常简单,我们知道这是一个单体的应用,最简单的做法就是使用一个类完成所有的功能。需要的测试也就是对于这个类的功能测试。因而,我们目前的任务分解主要围绕功能需求进行。
通过如下的模板,我们可以使用 LLM 帮助我们分解任务:
功能需求
====
{requirement}
 
任务
====
请根据上面的功能需求,列出需要测试的场景。描述场景,并给出相关的测试数据。
简单阅读 GPT 的返回结果,我们就能发现几个错误:
场景中存在大量的重复覆盖,比如 2、4、6 实际测试的是同样的场景。
场景 8 实际不可测试,而且 LLM 在理解题目的时候,认为 “-l -p -d -g” 是唯一需要支持的参数,而不是通过配置可以扩展的设计。这就完全误解了题目的意思。
对比我们第一次使用 LLM 直接生成代码的情况,就会发现这些对于需求的误解是一直存在的,只不过第一次 LLM 生成的是生产代码,而这一次我们让它生产了测试列表。也就是说,LLM 从需求中提取到的知识是相同的。这些知识会被 LLM 应用到不同的场景中去不正确的生产代码和不正确的测试列表,是同一份知识的不同表现形式
但是这里有个关键差别:以自然语言产生的测试 / 任务列表,我们更容易发现错误,并提出反馈。而以代码形式表示的功能代码,我们却很难在第一时间发现错误。因此我们就更需要在更早的时候提出反馈,避免错误的累积。
目前最重要的问题是,LLM 认为 “-l -p -d -g” 是必需的参数,而不是通过可以配置的设计。我们首先要反馈调整这个问题:
需求中的 -l -p -d -g 是例子,并不是必须支持的参数。参数是可配置,可扩展的。比如,用户配置了 -x 为 int 类型,那么就可以通过 -x 100 指定。如果用户没有配置 -p 为 int 类型,那么 -p 就是非法参数。请按照这个补充,列出需要测试的场景。描述场景,并给出相关的测试数据。
GPT 给出的结果如下图所示。
这一次明显比之前的理解好了很多。虽然测试间仍然存在重复的情况,以及场景 4 这个更复杂的情况,处理得过于简单了,但是这些并不影响我们目前的操作。
接下来,我们可以让 LLM 帮助我们生产测试代码:
请不要考虑 custom type 的情况,测试的场景生成 junit junpiter 测试。
要求:
每个场景对应一个测试方法。
被测试的类叫 ArgumentParser。它的构造函数接受 Map<String, ArgumentType> 作为参数配置;
ArgumentParser 的 parse 方法返回 Map<String, Object> 作为解析结果;
验证时,通过从 Map 中获取对应参数值,完成验证
import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import static org.junit.jupiter.api.Assertions.*;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class ArgumentParserTest {
private ArgumentParser parser;
@BeforeEach
void setUp() {
// 在每个测试前初始化解析器
Map<String, ArgumentType> config = new HashMap<>();
config.put("-l", ArgumentType.BOOLEAN);
config.put("-p", ArgumentType.INTEGER);
config.put("-d", ArgumentType.STRING);
config.put("-g", ArgumentType.STRING_LIST);
parser = new ArgumentParser(config);
}
@Test
void testBooleanFlag() {
// 测试布尔标志
String input = "-l";
Map<String, Object> result = parser.parse(input);
assertTrue((Boolean) result.get("-l"));
}
@Test
void testIntegerValue() {
// 测试整数值
String input = "-p 8080";
Map<String, Object> result = parser.parse(input);
assertEquals(8080, result.get("-p"));
}
@Test
void testStringValue() {
// 测试字符串值
String input = "-d /usr/logs";
Map<String, Object> result = parser.parse(input);
assertEquals("/usr/logs", result.get("-d"));
}
@Test
void testStringListValue() {
// 测试字符串列表值
String input = "-g this is a list";
Map<String, Object> result = parser.parse(input);
assertArrayEquals(new String[]{"this", "is", "a", "list"}, ((Object[]) result.get("-g")));
}
@Test
void testDefaultValues() {
// 测试默认值
String input = "-l -p -d";
Map<String, Object> result = parser.parse(input);
assertTrue((Boolean) result.get("-l"));
assertEquals(0, result.get("-p"));
assertEquals("", result.get("-d"));
}
@Test
void testMixedParameters() {
// 测试混合参数
String input = "-l -p 8080 -d /usr/logs -g this is a list";
Map<String, Object> result = parser.parse(input);
assertTrue((Boolean) result.get("-l"));
assertEquals(8080, result.get("-p"));
assertEquals("/usr/logs", result.get("-d"));
assertArrayEquals(new String[]{"this", "is", "a", "list"}, ((Object[]) result.get("-g")));
}
@Test
void testIllegalValue() {
// 测试非法值
String input = "-p not_an_integer";
assertThrows(IllegalValueException.class, () -> parser.parse(input));
}
@Test
void testUnconfiguredParameter() {
// 测试未配置参数
String input = "-x custom_value";
assertThrows(UnconfiguredParameterException.class, () -> parser.parse(input));
}
}

生成生产代码

不得不说,虽然与 LLM 给出的测试场景不太相关,但是 LLM 给出的测试代码质量还是非常不错的。那么,接下来我们就可以生成生产代码了。
请按照需求,生成 ArgumentParser 以及相关类,可以通过这组测试。
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class ArgumentParser {
private Map<String, ArgumentType> config;
public ArgumentParser(Map<String, ArgumentType> config) {
this.config = config;
}
public Map<String, Object> parse(String input) {
Map<String, Object> result = new HashMap<>();
String[] tokens = input.split("\\s+");
for (int i = 0; i < tokens.length; i++) {
String token = tokens[i];
if (config.containsKey(token)) {
ArgumentType type = config.get(token);
switch (type) {
case BOOLEAN:
result.put(token, true);
break;
case INTEGER:
i++;
try {
result.put(token, Integer.parseInt(tokens[i]));
} catch (NumberFormatException e) {
throw new IllegalValueException("Illegal value for parameter: " + tokens[i - 1]);
}
break;
case STRING:
i++;
result.put(token, tokens[i]);
break;
case STRING_LIST:
i++;
result.put(token, tokens[i].split(" "));
break;
default:
// Handle custom types if needed
break;
}
} else {
throw new UnconfiguredParameterException("Unconfigured parameter: " + token);
}
}
return result;
}
}
enum ArgumentType {
BOOLEAN,
INTEGER,
STRING,
STRING_LIST,
CUSTOM_TYPE // Add more types as needed
}
class IllegalParameterException extends RuntimeException {
public IllegalParameterException(String message) {
super(message);
}
}
class IllegalValueException extends RuntimeException {
public IllegalValueException(String message) {
super(message);
}
}
class UnconfiguredParameterException extends RuntimeException {
public UnconfiguredParameterException(String message) {
super(message);
}
}
那么接下来,让我们跑一下测试看看结果。
一共 8 个测试,通过了 5 个失败了 3 个。其中比较重要的是 testStringListValue,错误信息是这样的:
@Test
void testStringListValue() {
// 测试字符串列表值
String input = "-g this is a list";
Map<String, Object> result = parser.parse(input);
assertArrayEquals(new String[]{"this", "is", "a", "list"}, ((Object[]) result.get("-g")));
}
UnconfiguredParameterException: Unconfigured parameter: is
at ArgumentParser.parse(ArgumentParser.java:45)
at ArgumentParserTest.testStringListValue(ArgumentParserTest.java:51)
at java.base/java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:580)
at java.base/java.util.ArrayList.forEach(ArrayList.java:1596)
at java.base/java.util.ArrayList.forEach(ArrayList.java:1596)
也就是说,目前代码中只能处理单值的情况,并不能处理多值的情况。那么我们可以让 LLM 帮助我们修改:
执行测试的错误信息如下,请根据错误信息,修改 ArgumentParse 的代码:
 
UnconfiguredParameterException: Unconfigured parameter: is
at ArgumentParser.parse(ArgumentParser.java:45)
at ArgumentParserTest.testStringListValue(ArgumentParserTest.java:51)
at java.base/java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:580)
at java.base/java.util.ArrayList.forEach(ArrayList.java:1596)
at java.base/java.util.ArrayList.forEach(ArrayList.java:1596)
此时需要注意,ChatGPT 尝试通过修改测试的方式蒙混过关。我们需要坚守目前生产代码领航员的角色,对 GPT 作出要求:
不是测试的问题,请修改 ArgumentParser 的逻辑
public class ArgumentParser {
private Map<String, ArgumentType> config;
public ArgumentParser(Map<String, ArgumentType> config) {
this.config = config;
}
public Map<String, Object> parse(String input) {
Map<String, Object> result = new HashMap<>();
String[] tokens = input.split("\\s+");
for (int i = 0; i < tokens.length; i++) {
String token = tokens[i];
if (config.containsKey(token)) {
ArgumentType type = config.get(token);
switch (type) {
case BOOLEAN:
result.put(token, true);
break;
case INTEGER:
i++;
try {
result.put(token, Integer.parseInt(tokens[i]));
} catch (NumberFormatException e) {
throw new IllegalValueException("Illegal value for parameter: " + tokens[i - 1]);
}
break;
case STRING:
i++;
result.put(token, tokens[i]);
break;
case STRING_LIST:
i++;
List<String> stringList = new ArrayList<>();
while (i < tokens.length && !tokens[i].startsWith("-")) {
stringList.add(tokens[i]);
i++;
}
result.put(token, stringList.toArray(new String[0]));
i--; // Decrement to correctly process the next token in the loop
break;
default:
// Handle custom types if needed
break;
}
} else {
throw new UnconfiguredParameterException("Unconfigured parameter: " + token);
}
}
return result;
}
}
我们再次运行测试:
就这时我们会发现只剩了一个没有通过的测试。而仔细查看会发现这个测试构造有问题。我们也不需要通过 LLM 再次修改了。自己直接改掉就行:
@Test
void testDefaultValues() {
// 测试默认值
String input = "";
Map<String, Object> result = parser.parse(input);
assertFalse((Boolean) result.get("-l"));
assertEquals(0, result.get("-p"));
assertEquals("", result.get("-d"));
}
再次执行,仍然失败,这时候我们发现代码中并没有对于默认值的处理。反馈给 LLM:
目前代码中没有对于默认值的处理,请求改变 ArgumentParser 的逻辑,让它能够通过下面的测试:
 
@Test
void testDefaultValues() {
    // 测试默认值
    String input = “”;
    Map<String, Object> result = parser.parse(input);
    assertFalse((Boolean) result.get(“-l”));
    assertEquals(0, result.get(“-p”));
    assertEquals(“”, result.get(“-d”));
}
public class ArgumentParser {
private Map<String, ArgumentType> config;
public ArgumentParser(Map<String, ArgumentType> config) {
this.config = config;
}
public Map<String, Object> parse(String input) {
Map<String, Object> result = new HashMap<>();
String[] tokens = input.split("\\s+");
if (tokens.length == 1 && tokens[0].isEmpty()) {
// Handle empty input
setDefaultValues(result);
return result;
}
for (int i = 0; i < tokens.length; i++) {
String token = tokens[i];
if (config.containsKey(token)) {
ArgumentType type = config.get(token);
switch (type) {
case BOOLEAN:
result.put(token, true);
break;
case INTEGER:
i++;
try {
result.put(token, Integer.parseInt(tokens[i]));
} catch (NumberFormatException e) {
throw new IllegalValueException("Illegal value for parameter: " + tokens[i - 1]);
}
break;
case STRING:
i++;
result.put(token, tokens[i]);
break;
case STRING_LIST:
i++;
List<String> stringList = new ArrayList<>();
while (i < tokens.length && !tokens[i].startsWith("-")) {
stringList.add(tokens[i]);
i++;
}
result.put(token, stringList.toArray(new String[0]));
i--; // Decrement to correctly process the next token in the loop
break;
default:
// Handle custom types if needed
break;
}
} else {
throw new UnconfiguredParameterException("Unconfigured parameter: " + token);
}
}
return result;
}
private void setDefaultValues(Map<String, Object> result) {
for (Map.Entry<String, ArgumentType> entry : config.entrySet()) {
String param = entry.getKey();
ArgumentType type = entry.getValue();
if (!result.containsKey(param)) {
switch (type) {
case BOOLEAN:
result.put(param, false);
break;
case INTEGER:
result.put(param, 0);
break;
case STRING:
result.put(param, "");
break;
case STRING_LIST:
result.put(param, new String[0]);
break;
default:
// Handle custom types if needed
break;
}
}
}
}
}
现在我们再来跑一次测试,结果如下。

小结

到此为止,我们基本上完成了这个功能。对比第一次实现这个功能,我们迭代的次数更少,完成的过程中更有把握,严重的设计问题在早期就得到了重视。
我们做出的改变有这么几个:
通过测试列表,更加关注与 LLM 对齐对于知识的理解;
以测试驱动的方式,遵守“红 - 绿 - 重构”的节奏;
按照“导航员 - 司机”的模式与 LLM 结对。
这些改变让我们在获得速度提升的时候,保证了代码的质量,得到了真正的效率提升。

思考题

请总结在这个过程中,我们使用了哪些认知行为模式。
欢迎你在留言区分享自己的思考或疑惑,我们会把精彩内容置顶供大家学习讨论。

1. 使用大语言模型(LLM)辅助软件开发,遵循测试驱动开发(TDD)的节奏,并与LLM结对编程完成需求。 2. LLM帮助分解任务,明确架构和测试策略,主要围绕功能需求进行任务分解。 3. 以自然语言产生的测试/任务列表更容易发现错误,并提出反馈,避免错误的累积。 4. LLM从需求中提取到的知识会被应用到不同的场景中,但以自然语言产生的测试/任务列表更容易发现错误并提出反馈。 5. LLM认为 “-l -p -d -g” 是必需的参数,需要反馈调整这个问题。 6. 通过LLM生成测试代码,每个场景对应一个测试方法,验证ArgumentParser类的功能。 7. 测试代码的生成通过LLM帮助更好地理解需求,尽管存在重复的情况,但这并不影响操作。 8. 通过LLM生成的测试代码,更容易发现错误,并提出反馈,避免错误的累积。 9. 重点在于使用LLM辅助软件开发的思路,以及通过LLM生成的测试代码更容易发现错误并提出反馈。 10. 重点还在于LLM认为 “-l -p -d -g” 是必需的参数,需要反馈调整这个问题。

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2024-04-15

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提建议

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全部留言(8)

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  • Gojustforfun
    2024-04-15 来自北京
    我一直有一个疑问,到底是任务列表?还是测试列表? 还是先根据软件架构和测试策略将需求切到足够小,形成任务列表,在针对任务列表中的每个任务写出测试,从而形成测试列表。 之前提到过用户故事及验收条件,用户故事需要根据软件架构和测试策略再切分吗?验收条件,是不是就是测试列表或者测试列表的一部分? 后面会有复杂点的例子,介绍需求如何从用户故事,到被不同软件架构,测试策略组合影响,从而导出不同的任务列表,进而导出测试列列表的过程吗?
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    作者回复: 就是测试列表

    共 2 条评论
    2
  • 起个名称吧
    2024-04-15 来自陕西
    我认为应该是庞杂+清晰 庞杂的认知行为模式,从gpt给与的需求拆分的任务列表,我们和llm进行认知对齐,帮其弥补llm认知需求的差异,在该模式下我们根据对齐的任务列表生成测试代码和生产代码 清晰的认知行为模式,根据测试代码执行进行测试来发现生产代码上的遗漏,发现错误,与llm进行交互调整生产代码,最终完成测试的通过。 这里有两个疑问 1. 假设根据测试代码执行发现未知的错误(此时无法与gpt进行交互),我们也不理解改错误的信息,我们此时就需要debug一步步调试,此时我们本身又处于复杂模式下(探索-感知-响应),而可以和llm交互后我们又处于清晰模式下(感知-分类-响应)。我们因为一个llm帮助我们的认知行为发生了两个重大的变更吗? 2. TDD测试驱动,红-绿-重构,这节课里没看到重构循环,感觉缺少了点啥
    展开

    作者回复: 不需重构 重写就行

  • 范飞扬
    2024-04-16 来自广东
    感谢老师,已经用到工作中了。 目前我们只让GPT进行了需求分解。 盲猜一波,接下来应该让gpt,不仅根据需求分解,还要根据架构,分解成功能上下文的任务项。 再根据任务项,列出测试场景和测试数据。 然后生成测试用例。 最后生成代码。 (这其中,我觉得还可以提供现有测试类的代码作为few shot,而且测试类也蕴含了SUT的API如何使用的信息)
    2
  • aoe
    2024-04-15 来自浙江
    学习后收获了 2 个模版 练习后获得经验:需要认真检查 AI 列出的测试场景,不然会出现奇怪的代码! 实用的 AI 模版 ====== 列出测试场景 ---------------- 功能需求 ==== {requirement} 任务 ==== 请根据上面的功能需求,列出需要测试的场景。描述场景,并给出相关的测试数据。 编写测试代码 ---------------- 请生成 junit junpiter 测试 要求: 每个场景对应一个测试方法 使用 Kotlin 编写 使用 TDD 中的 should style 编写测试 详见 https://wyyl1.com/post/28/17
    展开
    1
  • FARO_Z
    2024-08-13 来自四川
    感觉 LLM 只能比较好的生成单点功能的代码,一般也就是工具类 如果涉及到业务上下文,不是歇菜,就是要喂大量 promot 进行调校。有这功夫代码早写完了 感觉目前 LLM 对于程序员最大的帮助在于阅读源码上面,对于已有内容 LLM 能作为一个很好的索引器,帮助快速理清代码上下文。至于很多业务驱动的工程,还是先不要动 LLM 提升工作效率的念头了吧
  • 6点无痛早起学习的和...
    2024-05-04 来自北京
    有个问题,那如何把 TDD 与 LLM 结合写业务代码呢? 如果按照 16 节的内容,逻辑就是拆分一个业务功能的架构,比如 http 层、业务逻辑层、数据层 然后对业务逻辑层写清楚诉求,然后跟 LLM 结队编程吗?运用本篇内容
  • 术子米德
    2024-04-15 来自浙江
    // Question by EnigmaWU: generate could missing ut code for me // Answer from ChatCopilot: TEST(CC_parseCmdLineArgs, LogSavingDir) { CC_CmdLineArgs_T CmdLineArgs; char *argv[] = {(char *)"test", (char *)"-d", (char *)"/path/to/log"}; EXPECT_EQ(CC_SUCCESS, CC_parseCmdLineArgs(3, argv, &CmdLineArgs)); EXPECT_FALSE(CmdLineArgs.IsLoggingEnabled); EXPECT_EQ(0, CmdLineArgs.RecvPort); EXPECT_STREQ("/path/to/log", CmdLineArgs.pLogSavingDir); } TEST(CC_parseCmdLineArgs, InvalidArgs) { CC_CmdLineArgs_T CmdLineArgs; char *argv[] = {(char *)"test", (char *)"invalid"}; EXPECT_EQ(CC_FAIL, CC_parseCmdLineArgs(2, argv, &CmdLineArgs)); } TEST(CC_parseCmdLineArgs, MissingValueForPort) { CC_CmdLineArgs_T CmdLineArgs; char *argv[] = {(char *)"test", (char *)"-p"}; EXPECT_EQ(CC_FAIL, CC_parseCmdLineArgs(2, argv, &CmdLineArgs)); } TEST(CC_parseCmdLineArgs, MissingValueForDir) { CC_CmdLineArgs_T CmdLineArgs; char *argv[] = {(char *)"test", (char *)"-d"}; EXPECT_EQ(CC_FAIL, CC_parseCmdLineArgs(2, argv, &CmdLineArgs)); } TEST(CC_parseCmdLineArgs, NonNumericPort) { CC_CmdLineArgs_T CmdLineArgs; char *argv[] = {(char *)"test", (char *)"-p", (char *)"nonnumeric"}; EXPECT_EQ(CC_FAIL, CC_parseCmdLineArgs(3, argv, &CmdLineArgs)); } TEST(CC_parseCmdLineArgs, MultipleSameArgs) { CC_CmdLineArgs_T CmdLineArgs; char *argv[] = {(char *)"test", (char *)"-l", (char *)"-l"}; EXPECT_EQ(CC_SUCCESS, CC_parseCmdLineArgs(3, argv, &CmdLineArgs)); EXPECT_TRUE(CmdLineArgs.IsLoggingEnabled); } TEST(CC_parseCmdLineArgs, ArgsInDifferentOrder) { CC_CmdLineArgs_T CmdLineArgs; char *argv[] = {(char *)"test", (char *)"-p", (char *)"1234", (char *)"-l", (char *)"-d", (char *)"/path/to/log"}; EXPECT_EQ(CC_SUCCESS, CC_parseCmdLineArgs(6, argv, &CmdLineArgs)); EXPECT_TRUE(CmdLineArgs.IsLoggingEnabled); EXPECT_EQ(1234, CmdLineArgs.RecvPort); EXPECT_STREQ("/path/to/log", CmdLineArgs.pLogSavingDir); }
    展开
  • 术子米德
    2024-04-15 来自浙江
    // Chat with Copilot, Question by EnigmaWU: // #file:CC_parseCmdLineArgs.c #file:CC_parseCmdLineArgsTest_byCopilot.cxx // what UT already written and what UT is missed? ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Answer from ChatCopilot: /** The unit tests that are already written for the CC_parseCmdLineArgs function in the CC_parseCmdLineArgsTest_byCopilot.cxx file are: NullCmdLineArgs: Tests the function with argc as 0 and argv as NULL. NullCmdLineArgsPtr: Tests the function with argc as 0, argv as NULL, and pCmdLineArgs as NULL. NoArgs: Tests the function with no command line arguments. LoggingEnabled: Tests the function with the logging enabled argument -l. RecvPort: Tests the function with the receive port argument -p and a value. LogSavingDir: Tests the function with the log saving directory argument -d and a value. AllArgs: Tests the function with all possible arguments. The unit tests that are missing could be: InvalidArgs: Tests the function with invalid arguments that do not start with -. MissingValueForPort: Tests the function with the -p argument but without a value following it. MissingValueForDir: Tests the function with the -d argument but without a value following it. NonNumericPort: Tests the function with a non-numeric value for the -p argument. MultipleSameArgs: Tests the function with multiple instances of the same argument. ArgsInDifferentOrder: Tests the function with all possible arguments in a different order. **/
    展开