20145201实验二 Java面向对象程序设计
初步掌握单元测试和TDD
实验步骤
（一）单元测试
(1) 三种代码
编程是智力活动，不是打字，编程前要把干什么、如何干想清楚才能把程序写对、写好。与目前不少同学一说编程就打开编辑器写代码不同，我希望同学们养成一个习惯，当你们想用程序解决问题时，要会写三种码：
- 伪代码
- 产品代码
- 测试代码
我们通过一个例子说明如何写这三种代码。
- 伪代码
百分制转五分制：
如果成绩小于60，转成“不及格”
如果成绩在60与70之间，转成“及格”
如果成绩在70与80之间，转成“中等”
如果成绩在80与90之间，转成“良好”
如果成绩在90与100之间，转成“优秀”
其他，转成“错误”
- 产品代码
public class MyUtil{
public static String percentage2fivegrade(int grade){
//如果成绩小于60，转成“不及格”
if (grade < 60)
return "不及格";
//如果成绩在60与70之间，转成“及格”
else if (grade < 70)
return "及格";
//如果成绩在70与80之间，转成“中等”
else if (grade < 80)
return "中等";
//如果成绩在80与90之间，转成“良好”
else if (grade < 90)
return "良好";
//如果成绩在90与100之间，转成“优秀”
else if (grade < 100)
return "优秀";
//其他，转成“错误”
else
return "错误";
}
}
- 测试代码
1、用50分测试时：
public class MyUtilTest {
public static void main(String[] args) {
// 百分制成绩是50时应该返回五级制的“不及格”
if(MyUtil.percentage2fivegrade(50) != "不及格")
System.out.println("test failed!");
else
System.out.println("test passed!");
}
}
只有一组输入的测试是不充分的，我们把一般情况都测试一下，代码如下：
public class MyUtilTest {
public static void main(String[] args) {
//测试正常情况
if(MyUtil.percentage2fivegrade(55) != "不及格")
System.out.println("test failed!");
else if(MyUtil.percentage2fivegrade(65) != "及格")
System.out.println("test failed!");
else if(MyUtil.percentage2fivegrade(75) != "中等")
System.out.println("test failed!");
else if(MyUtil.percentage2fivegrade(85) != "良好")
System.out.println("test failed!");
else if(MyUtil.percentage2fivegrade(95) != "优秀")
System.out.println("test failed!");
else
System.out.println("test passed!");
}
}
在Eclipse中运行结果如下，测试结果符合预期：
我们不能只测试正常情况，下面看看异常情况如何，比如输入为负分或大于100的成绩，代码如下：
public class MyUtilTest {
public static void main(String[] args) {
//测试出错情况
if(MyUtil.percentage2fivegrade(-10) != "错误")
System.out.println("test failed 1!");
else if(MyUtil.percentage2fivegrade(115) != "错误")
System.out.println("test failed 2!");
else
System.out.println("test passed!");
}
}
增加对负分的判断，代码如下：
public class MyUtil{
public static String percentage2fivegrade(int grade){
//如果成绩小于0，转成“错误”
if ((grade < 0))
return "错误";
//如果成绩小于60，转成“不及格”
else if (grade < 60)
return "不及格";
//如果成绩在60与70之间，转成“及格”
else if (grade < 70)
return "及格";
//如果成绩在70与80之间，转成“中等”
else if (grade < 80)
return "中等";
//如果成绩在80与90之间，转成“良好”
else if (grade < 90)
return "良好";
//如果成绩在90与100之间，转成“优秀”
else if (grade < 100)
return "优秀";
//如果成绩大于100，转成“错误”
else
return "错误";
}
}
再次运行测试，测试结果符合预期，如下图所示：
测试够了吗？还不够，一般代码在边界处最容易出错，我们还没有测试边界情况，我们对输入为“0，60，70，80，90，100”这些边界情况进行测试的代码如下：
public class MyUtilTest {
public static void main(String[] args) {
//测试边界情况
if(MyUtil.percentage2fivegrade(0) != "不及格")
System.out.println("test failed 1!");
else if(MyUtil.percentage2fivegrade(60) != "及格")
System.out.println("test failed 2!");
else if(MyUtil.percentage2fivegrade(70) != "中等")
System.out.println("test failed 3!");
else if(MyUtil.percentage2fivegrade(80) != "良好")
System.out.println("test failed 4!");
else if(MyUtil.percentage2fivegrade(90) != "优秀")
System.out.println("test failed 5!");
else if(MyUtil.percentage2fivegrade(100) != "优秀")
System.out.println("test failed 6!");
else
System.out.println("test passed!");
}
}
测试结果如下：
优秀成绩包含100时：
TDD
先写测试代码，然后再写产品代码的开发方法叫“测试驱动开发”（TDD）。
TDD的一般步骤如下：
1、明确当前要完成的功能，记录成一个测试列表
2、快速完成编写针对此功能的测试用例
3、测试代码编译不通过（没产品代码呢）
4、编写产品代码
5、测试通过
6、对代码进行重构，并保证测试通过（重构下次实验练习）
7、循环完成所有功能的开发
TDD的编码节奏是：
1、增加测试代码，JUnit出现红条
2、修改产品代码
3、JUnit出现绿条，任务完成
(由于提前阅读了老师的学习指导，直接选择了绿条正确做法。)
做法如截图
理解并掌握面向对象三要素：封装、继承、多态
面向对象(Object-Oriented)的三要素包括：封装、继承、多态。
面向对象的思想涉及到软件开发的各个方面，如面向对象分析（OOA）、面向对象设计（OOD）、面向对象编程实现(OOP)。
OOA根据抽象关键的问题域来分解系统，关注是什么（what）。
OOD是一种提供符号设计系统的面向对象的实现过程，用非常接近问题域术语的方法把系统构造成“现实世界”的对象，关注怎么做（how）,通过模型来实现功能规范。
OOP则在设计的基础上用编程语言（如Java）编码。贯穿OOA、OOD和OOP的主线正是抽象。
例
（1）封装实际上使用方法(method)将类的数据隐藏起来，控制用户对类的修改和访问数据的程度,从而带来模块化(Modularity)和信息隐藏(Information hiding)的好处；接口（interface）是封装的准确描述手段。
Dog类通过使用类和访问控制（private,public）隐藏了属性color,开放了接口setColor(),getColor(),bark()和toString。Dog类是一个模块，我们可以通过下面的代码使用它，测试代码与运行结果如下
（2）我们可以用UML中的类图来描述类Dog：
在UML 里，一个类的属性能显示它的名字，类型，初始化值，属性也可以显示private，public，protected。 类的方法能显示它们的方法名，参数，返回类型，以及方法的private，public，protected属性。其中：
- +表示public
-
表示 protected
- -表示 private
使用UML可以让我们不必关注细节。
（3）Dog类和Cat类都有Color属性和相应的set和get方法，明显违反了前面提到的DRY原则，我们可以通过继承解决这个问题，把Color属性和相应方法放到父类Animal中，如以下UML较图所示：
（注意UML类图中继承的表示法，是用一个带三角的直线指向父类）
熟悉S.O.L.I.D原则
SRP(Single Responsibility Principle,单一职责原则)
OCP(Open-Closed Principle,开放-封闭原则)
LSP(Liskov Substitusion Principle,Liskov替换原则)
ISP(Interface Segregation Principle,接口分离原则)
DIP(Dependency Inversion Principle,依赖倒置原则)
练习
1.使用TDD的方式设计关实现复数类Complex。
-
伪代码：
1.复数的实部为0，虚部为0
2.复数的实部为0，虚部为对应数
3.复数的实部为对应数，实部为0
4.两参数分别为实部与虚部
5.实现两复数的加法、减法、乘法。 -
测试代码：
public class ComplexText
{
public static void main(String[] args)
{
Complex c=new Complex();
Complex c1=new Complex(4,5);
Complex c2=new Complex(6,7);
c1.Print();
c2.Print();
System.out.println("这两复数和为：");
System.out.println((c.jia(c1, c2).a+"+"+c.jia(c1, c2).b+"i").toString());
System.out.println("这两复数差为：");
System.out.println(c.jian(c1, c2).a+"+"+c.jian(c1, c2).b+"i");
System.out.println("这两复数乘积为:");
System.out.println(c.cheng(c1, c2).a+"+"+c.cheng(c1,c2).b+"i");
}
}
- 产品代码：
public class Complex
{
double a,b;
Complex()
{
this.a=0;
this.b=0;
}
Complex(double a)
{
this.a=a;
this.b=0;
}
Complex(double a,double b)
{
this.a=a;
this.b=b;
}
Complex jia(Complex p1,Complex p2)
{
Complex p =new Complex(p1.a+p2.a,p1.b+p2.b);
return p;
}
Complex jian(Complex p1,Complex p2)
{
Complex p =new Complex(p1.a-p2.a,p1.b-p2.b);
return p;
}
Complex cheng(Complex p1,Complex p2)
{
Complex p = new Complex(p1.a*p2.a-p1.b*p2.b,p1.b*p2.a+p1.a*p2.a);
return p;
}void Print()
{
System.out.println("复数的值为：");
if(this.b!=0)
System.out.println(this.a+"+"+this.b+"i");
else System.out.println(this.a);
}
}
测试结果：
2.统计自己的PSP(Personal Software Process)时间
| 步骤 | 耗时 | 百分比 |
|---|---|---|
| 需求分析 | 25min | 11.9% |
| 设计 | 30min | 14.3% |
| 代码实现 | 90min | 42.9% |
| 测试 | 45min | 21.4% |
| 分析总结 | 20min | 9.5% |
3.总结单元测试的好处
（1）在产品代码中，各个类之间相互独立，互不影响，保证代码的独立性并且方便进行再次添加或减少。
（2）代码更加清晰明确，模块化更加清晰。
（3）代码出现问题时，更加容易进行维护和修改。
（4）将产品代码和测试代码分开，更加方便使用者理解。
实验体会
通过本次试验，编写代码时，并不只是将源代码编译出来就万事大吉了，想编写一个较出色的程序时，还需要写出三种代码：伪代码、产品代码、测试代码。在作品完成初期，肯定会担心自己的程序会有Bug。
要通过不断调试发现问题，才能使自己编写的代码更加实际意义，方便使用。通过测试，才能对自己的代码负责任。