20145206《Java程序设计》实验二Java面向对象程序设计实验报告

实验内容

1. 初步掌握单元测试和TDD
2. 理解并掌握面向对象三要素：封装、继承、多态
3. 初步掌握UML建模
4. 熟悉S.O.L.I.D原则
5. 了解设计模式

实验步骤

（一）单元测试

(1) 三种代码
·伪代码
·产品代码
·测试代码
Example:
需求：我们要在一个MyUtil类中解决一个百分制成绩转成“优、良、中、及格、不及格”五级制成绩的功能。

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”

产品代码：

public class MyUtil{public static String percentage2fivegrade(int grade){//如果成绩小于60，转成“不及格”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";//其他，转成“错误”else return "错误";}
}

测试代码：
<1>

public class MyUtilTest {
public static void main(String[] args) {// 百分制成绩是50时应该返回五级制的“不及格”if(MyUtil.percentage2fivegrade(50) != "不及格")System.out.println("test failed!");else System.out.println("test passed!");}
}

显然，用50分测试通过；

<2>测试一般情况：

 public class MyUtilTest {public static void main(String[] args) {//测试正常情况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!");}
}

测试结果符合预期；
<3>测试输入为负分或大于100的成绩

 public class MyUtilTest {public static void main(String[] args) {//测试出错情况if(MyUtil.percentage2fivegrade(-10) != "错误")System.out.println("test failed 1!");else if(MyUtil.percentage2fivegrade(115) != "错误")System.out.println("test failed 2!");else System.out.println("test passed!");}
}

运行程序发现负分时与期望不一致,原因是判断不及格时没有要求成绩大于零。我们修改MyUtil.java，增加对负分的判断，代码如下：

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”elsereturn "错误";}
}

再次运行测试，测试结果符合预期!
<4>对输入为“0，60，70，80，90，100”这些边界情况进行测试

public class MyUtilTest {public static void main(String[] args) {//测试边界情况if(MyUtil.percentage2fivegrade(0) != "不及格")System.out.println("test failed 1!");else if(MyUtil.percentage2fivegrade(60) != "及格")System.out.println("test failed 2!");else if(MyUtil.percentage2fivegrade(70) != "中等")System.out.println("test failed 3!");else if(MyUtil.percentage2fivegrade(80) != "良好")System.out.println("test failed 4!");else if(MyUtil.percentage2fivegrade(90) != "优秀")System.out.println("test failed 5!");else if(MyUtil.percentage2fivegrade(100) != "优秀")System.out.println("test failed 6!");else System.out.println("test passed!"); }
}

发现边界情况中输入100时有一个Bug。我们修改MyUtil.java,把判断优秀的条件中包含输入为100的情况，代码如下：

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”elsereturn "错误";}
}

这时测试都符合预期了!

(2) TDD(Test Driven Devlopment, 测试驱动开发)
先写测试代码，然后再写产品代码的开发方法叫“测试驱动开发”（TDD）。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

图中的红叉说明代码存在语法错误，原因很简单，MyUtil类还不存在，类中的percentage2fivegrade方法也不存在，我们在TDDDemo的src目录中新建一个MyUtil的类，并实现percentage2fivegrade方法

现在测试代码没有语法错误了，我们把鼠标放到MyUtilTest.java上，单击右键，选择Run as->JUnit Test

测试结果出现了一个绿条（green bar）,说明测试通过了。
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

（二）面向对象三要素
（1）抽象
"去粗取精、化繁为简、由表及里、异中求同"。抽象就是抽出事物的本质特征而暂时不考虑他们的细节。对于复杂系统问题人们借助分层次抽象的方法进行问题求解；在抽象的最高层，可以使用问题环境的语言，以概括的方式叙述问题的解。在抽象的较低层，则采用过程化的方式进行描述。在描述问题解时，使用面向问题和面向实现的术语。程序设计中，抽象包括两个方面，一是过程抽象，二是数据抽象。

（2）封装、继承与多态
面向对象(Object-Oriented)的三要素包括：封装、继承、多态。过程抽象的结果是函数，数据抽象的结果是抽象数据类型（Abstract Data Type，ADT），类可以作具有继承和多态机制的ADT。数据抽象才是OOP的核心和起源。

OO三要素的第一个要素是封装，封装就是将数据与相关行为包装在一起以实现信息就隐藏。Java中用类进行封装。
封装实际上使用方法(method)将类的数据隐藏起来，控制用户对类的修改和访问数据的程度,从而带来模块化(Modularity)和信息隐藏(Information hiding)的好处；接口（interface）是封装的准确描述手段。

对应的代码如下：

public abstract class Animal {private String color;public String getColor() {return color;}public void setColor(String color) {this.color = color;}public abstract String shout();
}
public class Dog extends Animal{public String shout(){return "汪汪";}public String toString(){return "The Dog's color is " + this.getColor() +", and it shouts "+ this.shout() + "!";}
}
public class Cat extends Animal{public String shout(){return "喵喵";}public String toString(){return "The Cat's color is " + this.getColor() +", and it shouts "+ this.shout() + "!";}
}

（三）设计模式初步
（1）S.O.L.I.D原则
·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)

（2）模式与设计模式
计算机科学中有很多模式:

GRASP模式
分析模式
软件体系结构模式
设计模式：创建型，结构型，行为型
管理模式： The Manager Pool 实现模式
界面设计交互模式
…
这里面最重要的是设计模式

（3）设计模式实示例

设计模式有四个基本要素：

Pattern name：描述模式，便于交流，存档
Problem：描述何处应用该模式
Solution：描述一个设计的组成元素，不针对特例
Consequence：应用该模式的结果和权衡（trade-offs）

（四）练习
要求：使用TDD的方式设计关实现复数类Complex。
<1>伪代码：

复数类Complex
复数=实部+虚部i
复数相加=（实部+实部）+（虚部+虚部）i
复数相减=（实部-实部）+（虚部-虚部）i
打印复数
虚部>0，“实部”+“+”+“虚部”i
虚部<0，“实部”+“-”+“虚部”i
虚部=0，“实部”

<2>产品代码：

public class ComplexNumber {double m_dRealPart;double m_dImaginPart;ComplexNumber(){}ComplexNumber(double r,double I){this.m_dRealPart=r;this.m_dImaginPart=I;}double GetRealPart(){return this.m_dRealPart;}double GetImaginPart(){return  this.m_dImaginPart;}void setRealPart(double r){this.m_dRealPart=r;}void setImaginPart(double I){this.m_dImaginPart=I;}ComplexNumber ComplexAdd(ComplexNumber c){return new ComplexNumber(this.m_dRealPart+c.m_dRealPart,this.m_dImaginPart+c.m_dImaginPart);}ComplexNumber ComplexAdd(double c){return new ComplexNumber(this.m_dRealPart+c,this.m_dImaginPart);}ComplexNumber ComplexMinis(ComplexNumber c){return new ComplexNumber(this.m_dRealPart-c.m_dRealPart,this.m_dImaginPart-c.m_dImaginPart);}ComplexNumber ComplexMinis(double c){return new ComplexNumber(this.m_dRealPart-c,this.m_dImaginPart);}ComplexNumber ComplexMulti(ComplexNumber c){double r=this.m_dRealPart*c.m_dRealPart-this.m_dImaginPart*c.m_dImaginPart;double I=this.m_dRealPart*c.m_dImaginPart+this.m_dImaginPart+c.m_dRealPart;return new  ComplexNumber(r,I);}ComplexNumber ComplexMulti(double c){return new ComplexNumber(this.m_dRealPart*c,this.m_dImaginPart*c);}String ToString(){return this.m_dRealPart+"+"+this.m_dImaginPart+"i";}}

<3>测试代码：

import org.junit.Test;import junit.framework.TestCase;public class ComplexNumberTest extends TestCase {@Testpublic void test() {ComplexNumber a=new ComplexNumber();ComplexNumber b=new ComplexNumber(2,4);  ComplexNumber c=new ComplexNumber(3,5);if(a.GetImaginPart()!=0)System.out.println("test failed");if(b.GetImaginPart()!=4)System.out.println("test2 failed");assert new ComplexNumber(3,5).equals(a.ComplexAdd(c)):"test3 failed";assert new ComplexNumber(4.6,11.5).equals(b.ComplexMulti(2)):"test4 failed";assert new ComplexNumber(-1,1).equals(b.ComplexMinis(3)):"test5 failed";}}

实验中遇到的问题以及解决办法

问题：在用StarUML建模时，老师给出的例子我进行了练习，发现其中抽象的方法short()(),当输入这个时出现问题，不知道是怎么回事

解决方法：由于刚刚开始使用这个软件，还不太熟悉，目前还不知道问题出现在哪里。

单元测试的好处

对于刚刚接触单元测试的我来讲，我认为写单元测试可以及时发现代码中存在的问题，减少后期维护的精力和费用，是调试代码的好方法。

PSP时间

心得体会

这次的实验较上次有难度，在实现练习代码上花费了较长时间，看老师演示的过程都用的是Eclipse，于是自己也下载了一个，跟着老师实验二博客里面的内容一点点做下去，老师博客写的很详细，步骤我基本都练习了一遍。在建模方面，我下载的是StarUML，和老师博客里面的不一样，不知道使用的对不对，但能根据代码试着建模了，做了这次的练习我发现在自己写代码方面还很欠缺，只能照着书找到类似的，遇到具体问题还不能独立编出代码，所以要加强这方面的练习。