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  • 2015309南皓芯实验二 Java面向对象程序设计

    一.实验内容
    初步掌握单元测试和TDD
    理解并掌握面向对象三要素:封装、继承、多态
    初步掌握UML建模
    熟悉S.O.L.I.D原则
    了解设计模式
    实验要求
    1.没有Linux基础的同学建议先学习《Linux基础入门(新版)》《Vim编辑器》 课程
    2.完成实验、撰写实验报告,实验报告以博客方式发表在博客园,注意实验报告重点是运行结果,遇到的问题(工具查找,安装,使用,程序的编辑,调试,运行等)、解决办法(空洞的方法如“查网络”、“问同学”、“看书”等一律得0分)以及分析(从中可以得到什么启示,有什么收获,教训等)。报告可以参考范飞龙老师的指导

    严禁抄袭,有该行为者实验成绩归零,并附加其他惩罚措施。
    请大家先在实验楼中的~/Code目录中用自己的学号建立一个目录,代码和UML图要放到这个目录中,截图中没有学号的会要求重做,然后跟着下面的步骤练习。

    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

    1.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”
    

    2.产品代码:

    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";
        }
    }
    

    产品代码是为用户提供的,为了保证正确性,我们需要对自己的程序进行测试,考虑所有可能的情况,来判断结果是否合乎要求。这是我们就需要写测试代码。

    根据我们现在的理解,测试代码不就是不断调用System.out.println(),来判断输出是否合乎预期嘛?所以可能会写成下面这种代码:

    public class MyUtilTest {
        public static void main(String[] args) {
            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!");
        }
    }
    
    修改后的实验
    

    (2) TDD(Test Driven Devlopment, 测试驱动开发)

    TDD的一般步骤如下:

    明确当前要完成的功能,记录成一个测试列表
    快速完成编写针对此功能的测试用例
    测试代码编译不通过(没产品代码呢)
    编写产品代码
    测试通过
    对代码进行重构,并保证测试通过(重构下次实验练习)
    循环完成所有功能的开发

    首先看了娄老师的教程

    public static void main(String [] args){
           StringBuffer buffer = new StringBuffer();
           buffer.append('S');
           buffer.append("tringBuffer");
           System.out.println(buffer.charAt(1));
           System.out.println(buffer.capacity());
           System.out.println(buffer.length());
           System.out.println(buffer.indexOf("tring"));
           System.out.println("buffer = " + buffer.toString());
    

    对该程序进行测试:
    首先我们需要对这个程序进行改写,写成上面的产品代码那种类型的,以便于我们进行测试。

    对于这个程序,我们先来看一看哪些方法需要测试?有四个,charAt()、capacity()、length()、indexOf。在产品代码里,我们需要为这四个方法加上返回值,并与我们的断言进行比较。产品代码如下:

    public class StringBufferDemo{
       StringBuffer buffer = new StringBuffer();
       public StringBufferDemo(StringBuffer buffer){
           this.buffer = buffer;
       }
       public Character charAt(int i){
           return buffer.charAt(i);
       }
       public int capacity(){
           return buffer.capacity();
       }
       public int length(){
           return buffer.length();
       }
       public int indexOf(String buf) {
           return buffer.indexOf(buf);
       }
    }
    

    二、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。

    任务三:使用StarUML对实验二中的代码进行建模

    Unified Modeling Language (UML)又称统一建模语言或标准建模语言,是始于1997年一个OMG标准,它是一个支持模型化和软件系统开发的图形化语言,为软件开发的所有阶段提供模型化和可视化支持,包括由需求分析到规格,到构造和配置。 面向对象的分析与设计(OOA&D,OOAD)方法的发展在80年代末至90年代中出现了一个高潮,UML是这个高潮的产物。它不仅统一了Booch、Rumbaugh和Jacobson的表示方法,而且对其作了进一步的发展,并最终统一为大众所接受的标准建模语言。
    Grady Booch的描述对象集合和它们之间的关系的方法。James Rumbaugh的对象建模技术(OMT)。Ivar Jacobson的包括用例方法的方式。还有其他一些想法也对UML起到了作用,UML是Booch, Rumbaugh, Jacobson。UML已经被对象管理组织(OMG)接受为标准,这个组织还制定了通用对象请求代理体系结构(CORBA),是分布式对象编程行业的领头羊。计算机辅助软件工程(CASE)产品的供应商也支持UML,并且它基本上已经被所有的软件开发产品制造商所认可,这其中包括IBM和微软(用于它的VB环境)。

    基于以上学习,我们在UML中实现了类,继承和接口的组合:

    三、设计模式
    面向对象三要素是“封装、继承、多态”,任何面向对象编程语言都会在语法上支持这三要素。如何借助抽象思维用好三要素特别是多态还是非常困难的,S.O.L.I.D类设计原则是一个很好的指导:

    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)

    任务四:对MyDoc类进行扩充,让其支持Long类,初步理解设计模式

    OCP是OOD中最重要的一个原则,要求软件实体(类,模块,函数等)应该对扩充开放,对修改封闭。也就是说,软件模块的行为必须是可以扩充的,在应用需求改变或需要满足新的应用需求时,我们要让模块以不同的方式工作;同时,模块的源代码是不可改动的,任何人都不许修改已有模块的源代码。OCP可以用以下手段实现:(1)抽象和继承,(2)面向接口编程。

    四.练习
    任务五:以TDD的方式开发一个复数类Complex

    经过以上的学习,我们已经可以基本熟练地应用TDD方法,并跟随TDD方法的节奏设计出伪代码、产品代码和测试代码了,这个任务算是对以上学习内容的回顾。

    TDD的编码节奏是:

    增加测试代码,JUnit出现红条
    修改产品代码
    JUnit出现绿条,任务完成
    首先,我们来写伪代码:

    (1)属性:复数包含实部和虚部两个部分,
    double RealPart;复数的实部
    double ImagePart;复数的虚部
    getRealPart():返回复数的实部
    getImagePart();返回复数的虚部
    setRealPart():设置复数的实部
    setImagePart();设置复数的虚部
    输出形式:a+bi
    (2)方法:
    ①定义构造函数
    public Complex()
    public Complex(double R,double I)
    ②定义公有方法:加减乘除
    Complex ComplexAdd(Complex a):实现复数加法
    Complex ComplexSub(Complex a):实现复数减法
    Complex ComplexMulti(Complex a):实现复数乘法
    Complex ComplexDiv(Complex a):实现复数除法
    ③Override Object
    public String toString():将计算结果转化为字符串形式并输出
    

    测试代码

    public class ComplexTest extends TestCase {
        Complex c1 = new Complex(0, 3);
        Complex c2 = new Complex(-1, -1);
        Complex c3 = new Complex(2,1);
        @Test
        public void testgetRealPart() throws Exception {
            assertEquals(-1.0, Complex.getRealPart(-1.0));
            assertEquals(5.0, Complex.getRealPart(5.0));
            assertEquals(0.0, Complex.getRealPart(0.0));
        }
        @Test
        public void testgetImagePart() throws Exception {
            assertEquals(-1.0, Complex.getImagePart(-1.0));
            assertEquals(5.0, Complex.getImagePart(5.0));
            assertEquals(0.0, Complex.getImagePart(0.0));
        }
        @Test
        public void testComplexAdd() throws Exception {
            assertEquals("-1.0+2.0i", c1.ComplexAdd(c2).toString());
            assertEquals("2.0+4.0i", c1.ComplexAdd(c3).toString());
            assertEquals("1.0", c2.ComplexAdd(c3).toString());
        }
        @Test
        public void testComplexSub() throws Exception {
            assertEquals("1.0+4.0i", c1.ComplexSub(c2).toString());
            assertEquals("-2.0+2.0i", c1.ComplexSub(c3).toString());
            assertEquals("-3.0 -2.0i", c2.ComplexSub(c3).toString());
        }
        @Test
        public void testComplexMulti() throws Exception {
            assertEquals("3.0 -3.0i", c1.ComplexMulti(c2).toString());
            assertEquals("-3.0+6.0i", c1.ComplexMulti(c3).toString());
            assertEquals("-1.0 -3.0i", c2.ComplexMulti(c3).toString());
        }
        @Test
        public void testComplexComplexDiv() throws Exception {
            assertEquals("-1.5 -1.5i", c1.ComplexDiv(c2).toString());
            assertEquals("1.2+0.6i", c1.ComplexDiv(c3).toString());
            assertEquals("-0.6 -0.6i", c2.ComplexDiv(c3).toString());
        }
    }
    
    产品代码:
    
        public class Complex{
        private double r;
        private double i;
    
        public Complex(double r, double i) {
            this.r = r;
            this.i = i;
        }
    
        public static double getRealPart(double r) {
            return r;
        }
    
        public static double getImagePart(double i) {
            return i;
        }
    
        public Complex ComplexAdd(Complex c) {
            return new Complex(r + c.r, i + c.i);
        }
        public Complex ComplexSub(Complex c) {
            return new Complex(r - c.r, i - c.i);
        }
        public Complex ComplexMulti(Complex c) {
            return new Complex(r * c.r - i * c.i, r * c.i + i * c.r);
        }
        public Complex ComplexDiv(Complex c) {
            return new Complex((r * c.i + i * c.r)/(c.i * c.i + c.r * c.r), (i * c.i + r * c.r)/(c.i * c.i + c.r * c.r));
        }
    
        public String toString() {
            String s = " ";
            if (i > 0)
                s =  r + "+" + i + "i";
            if (i == 0)
                s =  r + "";
            if (i < 0)
                s = r + " " + i + "i";
            return s;
        }
    }
    
    PSP(Personal Software Process)时间
    

    步骤 耗时 百分比
    需求分析 15min 7.5%
    设计 40min 20%
    代码实现 80min 40%
    测试 50min 25%
    分析总结 15min 7.5%

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