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%