结对项目-地铁出行路线规划程序（续）

截止时间：2016年10月2日24:00。

在第一个作业中，我们用各种语言实现了一个命令行的地铁出行路线规划小程序。接下来，我们看看如果要把小程序升级为能稳定运行，解决用户问题的软件，应该怎么做。

 

在我们做测试的过程中，我们可以比较具体的地铁站点的名字，以验证算法的正确性， 但是我们实际上并不在乎这个具体名字是“知春路”， 还是“惠新西街南口”，我们只要知道它们相同就好了。能否给每个地铁站点一个数字的标识，这样便于比较？ 

 

第一阶段目标：抽象

 

请修改你的beijing-subway.txt地图文件，给每个地铁站点一个唯一标识ID，使用ID来表示地铁站点之间的连接关系，然后再修改程序中读取文件的部分，让它能处理ID，而不是仅仅车站名字。修改程序之后，请保证程序依然能够完成它原有的功能。之后再签入代码。

 

大家写的代码都各有特色，大家写的 “软件” 也有一定的用处。如果我们要把这个功能放到不同的环境中去（例如，命令行，Windows 图形界面程序，网页程序，手机App），就会碰到困难，因为目前代码的普遍问题是代码都散落在main()函数或者其他子函数中，我们很难把这些功能完整地剥离出来，作为一个独立的模块满足不同的需求。

 

我们看到，不同的代码解决不同层面的问题，有些是内部数据的计算（例如最短路径的查找）；有些是和用户输入相关的（例如scanf，cin，图形界面的输入字段），有些是和数据的展现相关的（例如 printf ，cout，println，DrawText），有些是和程序所在平台的架构相关的（例如 main 函数，并不是所有的程序都需要某个特定格式的main）。这就需要我们对软件的架构做一些整理和优化。

 

建议大家把路线规划的计算功能包装在一个模块中（这个模块可以是一个类 Class， 一个DLL，等等）， 为了方便起见，我们叫它 “计算核心”Core 模块， 这个模块至少在两个地方可以使用：

 

1. 测试程序，这个可以是一个命令行的程序，或者是JUnit 的框架，或者是Visual Studio单元测试的框架等。这样，我们在算法层级保证了这个模块的正确性。
2. 实际的软件，这是交付给最终用户的软件，有一定的界面和必要的辅助功能。

 

那么这个Core模块和使用它的其他模块之间是什么关系呢？它们要通过一定的API (Application Programming Interface) 来和其他模块交流。这个API 接口应该怎么设计呢？（这是一个给有一定经验和实力的同学的题目），为了简单，我们可以从下面的最简单的接口开始：

 

            Spath ( )

 

这个Spath函数接受两个int型ID作为输入（ID是地铁站点的唯一标识），这个模块的返回值是一个int型数组，记录了从一个站点出发到达另一个站点的最短路径的站点列表。

  

假设我们用的是类，我们的测试程序刚开始可以是非常简单的测试例子：（用伪代码表示）

 

int[] result = Core.Spath(3, 5);

 

Assert(result == {3,4,5}); //我们断言从站点3到站点5的最短路径一定是{3,4,5}.

 

然后同学们实现自己Core 的这个功能。

 

第二阶段目标：把计算两个站点之间最短路径的功能封装起来，通过测试程序和API 接口测试其功能。

 

计算两个站点之间最短路径成功之后，然后我们再把之前程序中实现的其他功能也封装成独立的模块，包括读取地图文件、返回地铁线路的所有站点、计算两个站点之间换乘最少的最短路径、输出打印等。由于同学们已经在自己以前的程序中实现了各种算法，这时候只要把实现的算法搬过来就好了。建议大家在每一步都只改一个方面，在每实现一个新的功能的时候，要保证以前运行正确的例子继续是正确的，通过这样的 “回归测试”，  来保证自己实现的函数一直是正确的。（请看书中关于单元测试，回归测试的内容）在确认修改的功能正确之后再签入代码。

 

第三阶段目标：通过测试程序和API 接口测试对于异常处理的支持。并能看到代码覆盖率。

如果输入是有错误的，怎么告诉函数的调用者“你错了”？建议这个时候，我们要定义各种异常（Exception），让Core在碰到各种异常情况的时候，能告诉调用者——你错了！当然，这个时候，我们同样要进行下面的增量修改：

• 定义要增加什么功能 - 例如：支持 “地图格式错误”异常
• 写好测试用例，传进去一个错误的输入，期望能捕获这个异常。 如果没有，那测试就报错。
• 在Core模块中实现这个功能
• 测试这个功能
• 同时测试所有以前的功能，保证以前的功能还能继续工作（没有回归错误）
• 确认功能完成，签入代码，继续下一个功能

 

第四阶段目标：图形界面的实现。

我们前面的练习都是基于命令行的，能否做成图形界面呢？首先我们要给每个站点一个坐标信息。

 

1）请修改beijing-subway.txt文件，加入适当的信息，为实现图形界面做准备。 你要如何设计这些坐标呢？

 

2）请改进subway.exe，加一个-g的命令行参数， 让它根据你提供的坐标画出各个地铁站，线路，以及换乘站。

 

我们看到，所有要展现的信息都要存储起来，存储还要有一定的规则，这样程序才好正确地，高效地读出来。存储有下面三个方案：

    a) 用文本文件，自定义的格式存放

    b) 用XML格式存放

    c) 还可以用数据库的方式来存放，例如sqlite

    d) 还可以用自己定义的二进制的格式来存放

请比较几种方式的优缺点，特别是，这些方式如何应对变化的内部，外部因素。 例如，在d)方案中，如果要增加一个地铁站，或者修改一个地铁站的名字，我们应该怎么做呢？

 

3）扩展subway.exe，使其在处理-g参数时，程序在图形界面中不仅能显示地铁地图 （各个站点的相对位置和官方地图类似即可）还能

a) 支持用户选择的出发和到达站点计算出最短路径

b) 支持用户设置偏好，是计算最短路径还是换乘最少的最短路径

c) 根据用户选择的出发和到达站点和用户偏好计算出最短路径（或换乘最少的最短路径）

d) 支持动画展示最短路径，用一个小亮点表示乘客，乘客正在经过的车站就会闪亮，乘客走过的路用不同的颜色标识，同时在适当的地方有数字表明乘客已经经过车站的数目

 

[附加题]第五阶段目标：使程序支持不同城市的地图。

请让程序能处理上海的地铁地图，或者其它城市的地图。把程序由 “固定处理一个地图” 升级为 “能处理多个地图”， 程序的什么模块需要变化？

 

 

博客作业要求：

 

作业	博客要求 (写1个博客，附加题的解法写另一个博客) 博客注明结对编程人员的名字/或学号后3位。
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	照至少一张照片，展现两人在一起合作编程的情况。 说明结对编程的优点和缺点。 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)。
看教科书和其它资料中关于 Information Hiding, Interface Design, Loose Coupling的章节	说明怎样利用这些好的设计方法。
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你的作业中的。
看教科书中，网上有关 unit test 的内容 http://www.cnblogs.com/xinz/archive/2011/11/20/2255830.html	通过截屏显示你是如何用VS的unit test 来保证你写的类的质量的。显示unit test 对你的写的类(class) 的覆盖率
阅读有关 UML 的内容	画出UML 图显示各个实体之间的关系 (画一个图即可)
实现你的算法	说明你的算法的关键（不必列出源代码）, 以及独到之处。   把你的代码签入到Github