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结对项目作业

写在前面:

项目	内容
这个作业属于哪个课程	2020计算机学院软件工程(罗杰任健)
这个作业的要求在哪里	结对项目作业
教学班级	006
项目地址	https://github.com/CrapbagMo/PairProgramIntersect

在开始实现程序之前，在下述 PSP 表格记录下你估计将在程序的各个模块的开发上耗费的时间。

PSP2.1	Personal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划	30	30
· Estimate	· 估计这个任务需要多少时间	30	30
Development	开发	1020	1050
· Analysis	· 需求分析 (包括学习新技术)	90	120
· Design Spec	· 生成设计文档	60	60
· Design Review	· 设计复审 (和同事审核设计文档)	30	30
· Coding Standard	· 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范)	40	50
· Design	· 具体设计	120	120
· Coding	· 具体编码	300	280
· Code Review	· 代码复审	60	120
· Test	· 测试（自我测试，修改代码，提交修改）	300	420
Reporting	报告	50	90
· Test Report	· 测试报告	20	50
· Size Measurement	· 计算工作量	10	10
· Postmortem & Process Improvement Plan	· 事后总结, 并提出过程改进计划	20	30
	合计	1050	1350

看教科书和其它资料中关于 Information Hiding，Interface Design，Loose Coupling 的章节，说明你们在结对编程中是如何利用这些方法对接口进行设计的。

在设计的所有类中，都将属性设置为了 private，通过 setX，getX 等方法访问。
全局静态变量 PlaneContainer* pc 通过 init_PlaneContainer 和 dispose_PlaneContainer 方法访问，对外隐藏了指针。
在接口向外传递异常时，考虑到 C# 的异常类和 C++ 的异常类并不兼容。我们也没有什么好办法解决这个问题，于是决定采用传统 C 用返回值传递错误状态的思想。使用返回值来传递异常。
在core.dll中，我们并不依赖任何外部项，完全依靠自身即可完成对外接口提供的功能。

计算模块接口的设计与实现过程。 设计包括代码如何组织，比如会有几个类，几个函数，他们之间关系如何，关键函数是否需要画出流程图？说明你的算法的关键（不必列出源代码），以及独到之处。

类及函数
- 五个主要类：
  
  点类：class Point
  图形类：class Figure
  线条类：class Line: Figure
  圆形类：class Circle: Figure
  平面容器类：class PlaneContainer；
- 五个主要函数：
  
  添加图形：int add_Figure(std::string buf)
  初始化容器：void initial_PlaneContainer()
  释放容器：void dispose_PlaneContainer()
  获取交点序列：double* get_IntersectionPoints()
  获取交点数目：int get_NumOfIntersectionPoints()
主要作用：
- Circle、Line类继承自Figure类，实现std::set<Point>intersect(Figure*)方法。该方法返回两个图形的交点集合。
- 五个函数都是对外提供的接口函数。init_PlaneContainer、dispose_PlaneContainer采用单例模式用于维护全局静态变量PlaneContainer* pc；add_Figure、get_NumOfIntersectionPoints、get_IntersectionPoints用于提供添加图形、获取交点序列、交点数目功能。
- 异常由add_Figure函数捕获并处理，处理完后已错误代码形式返回，具体处理方式本节不做介绍。
算法关键及独到之处：
- 首先考虑直线和圆的情况（先不考虑射线和线段）：
  
  按照直线和直线, 直线和圆, 圆和圆在平面上的关系分为下面三种情况考虑:
  
  直线和直线:
  1. 判断直线是否相交: (A_1*B_2-A_2*B_1!=0)则相交.
  2. 若相交则求交点: ((frac{B_1*C_2-B_2*C_1}{A_1*B_2-A_2*B_1}，frac{A_2*C_1-A_1*C_2}{A_1*B_2-A_2*B_1}))
  直线和圆:
  1. 联立直线和圆方程(为了起见简便, 若(B!=0), 化为斜截式再联立), 求得系数(tA), (tB), (tC).
  2. 根据(Delta=tB^2-4*tA*tC)判断交点个数
  3. 若(Deltage0) , 根据求根公式求得交点横坐标, 进而求出交点.
  圆和圆:
  1. 计算圆心距(dis=sqrt{(x_1-x_2)^2+(y_1-y_2)^2}).
  2. 比较圆心距(dis) 和半径和(r_1+r_2), 半径差$ | r_1-r_2 | $ .
  3. 若有交点则两圆相减求出相交弦方程, 进而转化为直线和圆得交点.
- 注意到直线、射线、线段的不同点仅在于其坐标范围不同。因此为Line类引入范围属性（(R leq x leq S)）即可同时表示三种线，其中射线、直线的无穷端以宏INF表示。求交点时，将Line与Figure求交点，求得的交点再判断是否在Line所在范围内即可，若不在范围内则剔除。这就将直线、射线、线段统一了。

阅读有关 UML 的内容：https://en.wikipedia.org/wiki/Unified_Modeling_Language。画出 UML 图显示计算模块部分各个实体之间的关系（画一个图即可）。

UML实体图：

计算模块接口部分的性能改进。记录在改进计算模块性能上所花费的时间，描述你改进的思路，并展示一张性能分析图（由VS 2015/2017的性能分析工具自动生成），并展示你程序中消耗最大的函数。

改进之前，一分钟之内只能运算两百张图不到，运行一分钟（处理了大约150个图形）后性能探测截图：

可以看到，主要时间都花在了，PlaneContainer.insert方法的set_union函数上。

经查阅资料发现，在set_union函数中，存在了多次set复制，效率极低。于是修改了此处逻辑如下：

修改之后，可以在20秒左右完成2000个图形的计算，性能大大提高，与改前可谓“天壤之别”再次执行了性能探查：

此时PlaneContainer.insert方法已经不耗费太多时间了。

看 Design by Contract，Code Contract 的内容：

http://en.wikipedia.org/wiki/Design_by_contract

http://msdn.microsoft.com/en-us/devlabs/dd491992.aspx

描述这些做法的优缺点，说明你是如何把它们融入结对作业中的。

关于 Design by Contract，Code Contract
- 优点
  1. 获得更优秀的设计
    
    可以启发程序员思考程序的先验条件，有助于了理清思路
    
    契约双方的权力和义务得到了共享，同时获得了清晰的描述
  2. 提高可靠性
    
    普遍采用断言机制，可靠性高
    
    帮助开发者更好地理解代码
    
    方便测试，随调随用
  3. 是优秀的文档
    
    好的契约设计，代码本身即是注释，即是文档
    
    契约设计是精确的规范
  4. 复用性高
- 缺点
  1. 需要花费时间学习契约思想和技术
  2. 契约代码的开发会更加耗时（但可以节省测试，编写文档时间）
  3. 需要大量时间
  4. 只适用于顺序程序，不适用于并行程序。
在本项目中的应用
- 在add_Figure函数调用其他函数的设计中，我们使用了契约方式，约定，add_Figure只负责传递格式正确的格式给其他的函数，其他的函数不再做格式检查。
- PlaneContainer.insert方法中也采用了契约方式，约定，PlaneContainer.insert方法只负责插入一个合法的Figure，但不保证是否会和已有的Figure冲突，这需要由他所调用的方法检查。

计算模块部分单元测试展示。展示出项目部分单元测试代码，并说明测试的函数，构造测试数据的思路。并将单元测试得到的测试覆盖率截图，发表在博客中。要求总体覆盖率到 90% 以上，否则单元测试部分视作无效。

代码覆盖率情况：（使用VS2017 Enterprise代码覆盖率工具生成）

对项目中的类的单元测试覆盖率为 (93.07\%) ，对类 Circle 的覆盖率为 (100\%), 对类 Line 的覆盖率为 (98.5\%) 。

我们设置了针对功能的测试和针对异常的测试。

针对功能性测试，我们测试了圆、直线、线段和射线的一些函数在正常情况下的功能性，同时也构造了一些特殊情况下的测试用例，比如：

// 射线 圆 内部相交  
PlaneContainer pc;  
pc.insert(new Circle(0, 0, 2));  
pc.insert(new Line(1, 0, 2, 2, RL));  
int count = pc.countIntersectionPoints();  
Assert::AreEqual(count, 1);

// 射线 射线 一个交点  
PlaneContainer pc;  
pc.insert(new Line(0, 0, 1, 1, RL));  
pc.insert(new Line(0, 0, -1, -1, RL));  
int count = pc.countIntersectionPoints();  
Assert::AreEqual(count, 1);

// 精度测试  
PlaneContainer pc;  
pc.insert(new Line(0, -100000, 1, 100000, SL));  
pc.insert(new Line(0, 0, 0, 1, SL));  
pc.insert(new Line(0, -99999, 1, -99999, SL));  
int count = pc.countIntersectionPoints();  
Assert::AreEqual(count, 3);

针对异常的测试用例见下一部分。

计算模块部分异常处理说明。在博客中详细介绍每种异常的设计目标。每种异常都要选择一个单元测试样例发布在博客中，并指明错误对应的场景。

本次结对项目中，我们共设计了七类异常
1. 输入不满足标准格式
  
  我们使用正则表达式来识别输入是否满足标准格式，正则表达式如下：
```
std::regex segREGEX("S\s+-?\d+\s+-?\d+\s+-?\d+\s+-?\d+\s*\n?");
std::regex lineREGEX("L\s+-?\d+\s+-?\d+\s+-?\d+\s+-?\d+\s*\n?");
std::regex rayREGEX("R\s+-?\d+\s+-?\d+\s+-?\d+\s+-?\d+\s*\n?");
std::regex circleREGEX("C\s+-?\d+\s+-?\d+\s+-?\d+\s*\n?");
```
2. 参数不在标准范围 (-100000, 100000) 内
3. 定义直线的两点重合
4. 圆的半径不大于零
5. 计算中出现无穷交点
6. 直线、线段或射线与直线、线段或射线出现部分或完全重合
7. 两圆完全重合

对于单元测试，我们对每一类异常场景及正常场景设计了3-4个测试样例，测试代码如下，

TEST_METHOD(TestMethod1)
{    // 格式错误
    int res = add_Figure("acsd");
    Assert::AreEqual(res, -1);
    delete(pc);
}

TEST_METHOD(TestMethod2)
{    // 格式错误
    int res = add_Figure("C 5 3 -2 1");
    Assert::AreEqual(res, -1);
    delete(pc);
}

TEST_METHOD(TestMethod3)
{    // 格式错误
    int res = add_Figure("L -5 3 -2 0 4");
    Assert::AreEqual(res, -1);
    delete(pc);
}

TEST_METHOD(TestMethod4)
{    // 格式错误
    int res = add_Figure("R 5 -3 2");
    Assert::AreEqual(res, -1);
    delete(pc);
}

TEST_METHOD(TestMethod5)
{    // 格式错误
    int res = add_Figure("c 5 -3 2");
    Assert::AreEqual(res, -1);
    delete(pc);
}

TEST_METHOD(TestMethod6)
{    // 格式错误
    int res = add_Figure("S 5 -3 2 0-1
");
    Assert::AreEqual(res, -1);
    delete(pc);
}

TEST_METHOD(TestMethod7)
{    // 正常
    int res = add_Figure("R 5 -3 2 3");
    Assert::AreEqual(res, 0);
    delete(pc);
}

TEST_METHOD(TestMethod8)
{    // 正常
    int res = add_Figure("C 5 -3 3
");
    Assert::AreEqual(res, 0);
    delete(pc);
}

TEST_METHOD(TestMethod10)
{    // 半径小于0
    int res = add_Figure("C 5 -3 -2 
");
    Assert::AreEqual(res, 3);
}

TEST_METHOD(TestMethod11)
{    // 半径等于0
    int res = add_Figure("C -5 -3 0
");
    Assert::AreEqual(res, 3);
}

TEST_METHOD(TestMethod12)
{    // 点超出坐标轴范围
    int res = add_Figure("L 963214 -3 2 3
");
    Assert::AreEqual(res, 1);
}

TEST_METHOD(TestMethod13)
{    // 点超出坐标轴范围
    int res = add_Figure("R 5 -3 526151 3
");
    Assert::AreEqual(res, 1);
}

TEST_METHOD(TestMethod14)
{    // 点超出坐标轴范围
    int res = add_Figure("C -3 526151 3
");
    Assert::AreEqual(res, 1);
}

TEST_METHOD(TestMethod15)
{    // 两点重合
    int res = add_Figure("R 2 -3 2 -3 ");
    Assert::AreEqual(res, 2);
}

TEST_METHOD(TestMethod16)
{    // 两点重合
    int res = add_Figure("L 99999 88888 99999 88888 
");
    Assert::AreEqual(res, 2);
}

TEST_METHOD(TestMethod17)
{    // 两点重合
    int res = add_Figure("S 0 2 0 2 
");
    Assert::AreEqual(res, 2);
}

TEST_METHOD(TestMethod18)
{    // 无穷交点
    add_Figure("L 2 2 3 3 ");
    int res = add_Figure("L 0 0 -1 -1 
");
    Assert::AreEqual(res, 4);
}

TEST_METHOD(TestMethod19)
{    // 无穷交点
    add_Figure("S 2 2 4 4 ");
    int res = add_Figure("S 3 3 0 0 
");
    Assert::AreEqual(res, 4);
}

TEST_METHOD(TestMethod20)
{    // 无穷交点
    add_Figure("R 1 1 4 4 ");
    int res = add_Figure("S 2 2 0 0 
");
    Assert::AreEqual(res, 4);
}

TEST_METHOD(TestMethod21)
{    // 无穷交点
    add_Figure("R 1 1 1 0 ");
    int res = add_Figure("S 1 0 1 5 
");
    Assert::AreEqual(res, 4);
}

TEST_METHOD(TestMethod22)
{    // 无穷交点
    add_Figure("C 1 1 1  ");
    int res = add_Figure("C 1 1 1 
");
    Assert::AreEqual(res, 4);
}

界面模块的详细设计过程。在博客中详细介绍界面模块是如何设计的，并写一些必要的代码说明解释实现过程。

界面模块与计算模块的对接。详细地描述 UI 模块的设计与两个模块的对接，并在博客中截图实现的功能。

这两个问题内容有相关联的地方故，合起来说。
界面模块是基于.NET 4.7.2 的窗体应用，采用C#语言编写。

除Program用于定义Main函数外，整个模块一共只有类，下面结合图形、代码介绍该类的组成：

程序界面：

声明部分代码：

namespace GUI  
{  
    unsafe public partial class MainForm : Form  
    {  
        //下面为控件类实例，由VS自动生成  
        //Panel是主要的控件，用于绘图  
        private System.Windows.Forms.Panel panel1;  
        //打开输入文件对话框  
        private System.Windows.Forms.OpenFileDialog openFileDialog1;  
        //文件输入按钮和手工输入按钮  
        private System.Windows.Forms.Button inputButton;  
        private System.Windows.Forms.Label pathInput;//保存并显示输入文件路径  
        private System.Windows.Forms.Button button2;  
        //1-6用于获取手工输入图形的数据，7用于显示多行提示信息  
        private System.Windows.Forms.TextBox textBox1;  
        private System.Windows.Forms.TextBox textBox2;  
        private System.Windows.Forms.TextBox textBox3;  
        private System.Windows.Forms.TextBox textBox4;  
        private System.Windows.Forms.TextBox textBox5;  
        private System.Windows.Forms.TextBox textBox6;  
        private System.Windows.Forms.TextBox textBox7;  
        //以下label用于显示单行信息  
        private System.Windows.Forms.Label num;  
        private System.Windows.Forms.Label label2;  
        private System.Windows.Forms.Label label3;  
        private System.Windows.Forms.Label label4;  
        private System.Windows.Forms.Label label5;  
        private System.Windows.Forms.Label label6;  
        private System.Windows.Forms.Label label7;  
        private System.Windows.Forms.Label label8;  
        private System.Windows.Forms.Label label9;  

        //下面为用户变量  
        //绘图画笔  
        private Pen pen;  
        //绘图类  
        private Graphics g;  
        //直线容器，每四个数字代表一条直线  
        private LinkedList<int> StraightLines;  
        //射线容器，每四个数字代表一条射线  
        private LinkedList<int> RayLines;  
        //线段容器，每四个数字代表一条线段  
        private LinkedList<int> LineSegments;  
        //圆形容器，每三个数字代表一个圆形  
        private LinkedList<int> Circle;  

        //下面的五个函数皆为从core.dll中导入的接口函数  
        //添加图形并返回添加结果  
        [DllImport("core.dll")]  
        private static extern int add_Figure(StringBuilder buf);  
        //初始化容器  
        [DllImport("core.dll")]  
        private static extern void initial_PlaneContainer();  
        //摧毁容器  
        [DllImport("core.dll")]  
        private static extern void dispose_PlaneContainer();  
        //获取交点序列  
        [DllImport("core.dll")]  
        private static extern double* get_IntersectionPoints();  
        //获取交点数目  
        [DllImport("core.dll")]  
        private static extern int get_NumOfIntersectionPoints();  

        //下面为成员方法（包括回调函数）  
        //构造方法，主要为变量分配。  
        public MainForm();  
        //窗体打开和关闭的回调，用于显示欢迎和再见提示  
        private void MainForm_Load(object sender, EventArgs e);  
        private void MainForm_FormClosing(object sender, FormClosingEventArgs e)  
        //输入按钮的回调函数，用于处理文件输入  
        private void inputButton_Click(object sender, EventArgs e);//文件输入  
        private void button2_Click(object sender, EventArgs e)//手工输入  
        //画板的重绘回调函数，用于绘制图形  
        private void panel1_Paint(object sender, PaintEventArgs e);  
        //处理add_Figure函数返回来的错误代码  
        private bool processRetVal(int retCode, string line);  
        //存储图形，以供绘图函数使用  
        private void store(string buf);  
        //四个小的绘图函数  
        private void drawLine();  
        private void drawCircle();  
        private void drawRay();  
        private void drawLineSegment();  
        //坐标系变换函数  
        private void change(ref Point p);  
        private void change(ref PointF p)  
    }  
}

重点介绍以下几个函数的运行逻辑
1. private void inputButton_Click(object sender, EventArgs e);//文件输入
  - 若打开不成功则不进行处理并给出提示。
  - 否则，按行循环读取文件送string line，调用add_Figure处理，并获取处理结果送int retCode。
  - 将line和retCode交给processRetVal处理。
  - 通过get_NumOfIntersectionPoints更新交点数目并显示
2. private void button2_Click(object sender, EventArgs e);//手工输入
  - 通过6个TextBox输入框获取输入数据。
  - 根据LRSC输入框输入的类型代码，将LRSC和后面的相应输入框中内容组成string line，调用add_Figure处理，并获取处理结果送int retCode。
  - 将line和retCode交给processRetVal处理。
  - 通过get_NumOfIntersectionPoints更新交点数目并显示
3. private bool processRetVal(int retCode, string line);
  - 若retCode==0，未发生异常，调用store将line存储。
  - 否则，不进行存储并提示相应的错误，提示用户，例如。
4. private void panel1_Paint(object sender, PaintEventArgs e);
  - 绘制坐标系、刻度等。
  - 调用drawLine、drawCircle、drawRay、drawSegment绘制相应图形。
模块对接
1. core模块不提供内存管理，由接口函数init_PlaneContainer和dispose_PlaneContainer管理。
2. 核心接口add_Figure供界面模块调用。
3. 正则匹配，如果格式不符合要求，不进入下一步并返回相应的错误代码。否则予以解析进入下一步。
4. 根据解析结果，构造相应的Figure并捕获可能的异常，如果构造过程中出现两点重合、半径非正等异常，不进入下一步，并反回相应的错误代码。
5. 将构造的Figure假如容器pc，并捕获可能的异常，如果出现无穷交点等异常，不进入下一步，并返回相应错误代码。
6. 正常返回。代码代码0；
使用图例

描述结对的过程，提供两人在讨论的结对图像资料（比如 Live Share 的截图）。关于如何远程进行结对参见作业最后的注意事项。

在项目一开始，我们采用了“领航与-驾驶员”模式，但是在实验一下午之后，由于网络等原因，我们发现“领航员-驾驶员”模式工作效率不太高，于是我们采用了独立写然后互审，互测的方式，工作效率有所提高，并一直沿用到结束。
我们在结对过程中使用了 Visual Studio 中的 Live Share 和微信进行交流，截图如下：

看教科书和其它参考书，网站中关于结对编程的章节，例如：http://www.cnblogs.com/xinz/archive/2011/08/07/2130332.html ，说明结对编程的优点和缺点。同时描述结对的每一个人的优点和缺点在哪里（要列出至少三个优点和一个缺点）。

关于结对编程
- 优点
  1. 互相鼓励，不容易沮丧。
  2. 互相监督，不容易偷懒。
  3. 互相学习，双方都能在编程中学到东西。
  4. 两个人随时复审，降低 bug产出率。
- 缺点
  1. 与合不来的人容易发生冲突，导致团队矛盾。
  2. 双方技术实力差距过大，可能会使得另一方产生不满情绪。
  3. 观点出现分歧容易发生争吵。
  4. 开发时可能会闲谈、走神，降低效率。
关于结对双方

优点缺点

我有耐心
代码风格良好
善于交流粗心

结对伙伴 细心
时间观念好
逻辑清晰不善交流

	优点	缺点
我	有耐心代码风格良好善于交流	粗心
结对伙伴	细心时间观念好逻辑清晰	不善交流

在你实现完程序之后，在附录提供的PSP表格记录下你在程序的各个模块上实际花费的时间。

见上文PSP表格。

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