2020北航OO第三单无总结
一、概述
任务要求：根据jml给定的规格完成代码设计。主要难点在于jml语法理解、算法优化、和JML工具链（完全不会）。
该单元坑点很多，然而每一个坑点我都中了，（因为我在摸鱼），在bugs部分详述。
二、JML基础
简介
JML(Java Modeling Language)是用于对Java程序进行规格化设计、行为接口规格语言（Behavior Interface Specification Language，BISL）。其用处在于开展规格化设计，使得交给实现人员的不是较为模糊的自认语言，而是逻辑严格的规格。
类型规格
主要分为不变式限制(invariant)和状态变化约束(constraint)。不变式（invariant）是要求在所有可见状态下都必须满足的特性。状态变化约束（constraint）用来来对前序可见状态和当前可见状态的关系进行约束。
1 例如： 2 /*@ invariant a != null; 3 @ constraint count == \old(counter) + 1; 4 @*/
方法规格
方法规格的核心内容包括三个方面：前置条件、后置条件和副作用约定。
- 前置条件 : 对方法输入参数的限制，不满足则不能保证正确性。（requires）
- 后置条件 : 对方法执行结果的限制，执行后如果满足则执行正确。（ensures）
- 副作用约定 : 指方法在执行过程中对输入对象或 this 对象进行了修改（对其成员变量进行了赋值，或者调用其修改方法）。（assignable）
此外还有正常行为规格(normal_behavior)和异常行为规格(expcetional_behavior)。分别用关键字normal_behavier和exception_behavior。
1 例如： 2 /*@ normal_behavior 3 @ requires z >=0 && z <= 100; 4 @ assignable \nothing; 5 @ ensures \result == z + 1; 6 @ also 7 @ exceptional_behavior 8 @ requires z < 0; 9 @ assignable \nothing; 10 @ signals_only IllegalArgumentException; 11 @*/
工具链
常用的JML工具主要有OpenJML（对JML进行语法检查、配合Solver进行简单的静态验证、以及运行时验证）、JMLUnitNG（自动化单元测试生成工具）和JMLUnit（对JML进行静态检查）等。
二、JMLUnitNG测试
这部分暂时搞不出来，环境配不出来运行不了。回头能改出来再补吧。
（据说这个自动生成数据只会测试边界数据）。
三、作业架构
我是属于对着jml直接写的，没有考虑类继承关系以及类之间的架构，只用了MyPerson，MyGroup， MyNetwork几个类。主要属于自己设计的就是数据的实现和每个方法的算法设计。
对于数据结构设计的基本原则是查找用hashmap，遍历用arraylist。
第一次作业
没太多可说的，由于方法没有性能要求，容器全都选用arraylist存放。在Network中查询两人是否连通选择使用bfs。
第二次作业
这次作业主要增加了Group类，因为测试数据量会比较大，并且加入了查询Group中Person年龄平均、方差、关系和等方法，于是我再用缓存中间变量的方式，在每一次向Goup添加人的时候修改相应中间变量（和acquintance有关的量在addRelation方法中更新）。这样减少了每次查询年龄方差、关系和等量时的重复遍历。
并且在此次作业中，考虑到容器的应用可大体抽象为遍历和查找两种，于是为每一个数据规格实现了两个容器，一个是arraylist用于成员遍历，一个是hashmap用于成员查找。
第三次作业
对于第二次作业而言，主要是两个方面的迭代，一个是可以从组中删人，network中一些Person关系图的查询。
支持从组中删人，对于大部分求Group内变量的方法没有影响，比如求年龄平均，只需减去这个人的年龄即可。但是仍有方法受到影响，比如求年龄方差，很难从现有的方差和要删去的Person的年龄求得结果方差。而基于xor（异或）的求conflict的方法，更是不可能回退，于是不使用缓存中间变量，而是每次都进行遍历。
Person关系图的新方法主要有3：求最短路，求是否强连通，求连通块数。求最短路直接使用的迪杰特斯拉；连通块数只在addPerson方法调用的时候进行更新，调用getBlockSum方法时直接返还缓存变量，更新使用并查集；强连通算法为：找到一条路径，每次删去其中一个节点，再找路径，若每次都能找到，则强连通，记录路径使用dfs。
四、BUGS
第一次作业
对JML规格理解有误导致的bug：isLinked方法中自己和自己返回的是true，理解不全面。
第二次作业
没有好好看数据的限制，最开始全都使用arraylist进行遍历和查找，使得查找的效率很慢。并且对于Group里的getAgeVar等一系列方法，都是每次调用都重新求一次，导致强测不少点CTLE。
第三次作业
本以为自己测试充分，但还是大意失荆州：第二次作业几乎没有用到需要遍历某个Person对象的acquintance的情况，但第三次作业新加的算法很多都要遍历acquintance（这相当于是图的邻接关系的表示）。但acquintance只用了hashmap进行存储，每次遍历hashmap.getKey()非常的慢。后专门加入了arraylist存acquintance，CTLE修复。
四、心得体会
JML的重点在于契约性，是一种需求的交流，从它的语法来看，非常符合契约设计的理念：requires 描述先验条件，由调用者进行保证，即调用者的义务；ensures 描述后验条件，由开发者进行保证，这也是调用者享受的权利。这种契约性使得设计和实现可以很好的分离，同时，形式化的规格也便于进行严格的形式化验证。
在完成作业的过程中，我意识到，对于JML不能简单的将其理解为从JML翻译代码，而是应该理解其需求后进行自己设计。在写程序前需要完全的理解规格编写者的意图，而不是机械地进行实现。
JML的编写过程十分复杂，很容易出错，是一种为了描述需求需要花费很多精力、甚至大于开发精力的工作。虽然说我了解到了契约式编程和规划化设计的好处，但是单就JML这门语言来说，我今后是不愿意使用的。
