20155215 《Java程序设计》实验二（ Java面向对象程序设计）实验报告

20155215 《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

1. 严禁抄袭，有该行为者实验成绩归零，并附加其他惩罚措施。

2. 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

我们通过一个例子说明如何写这三种代码。

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。

先写出伪代码：

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”

有了伪代码，我们用特定编程语言翻译一下，就是可用的产品代码了，翻译好的MyUtil.java如下：

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";
   }
}

然后，针对MyUtil类我们写一个MyUtilTest.java的测试模块，代码如下：

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!");
    }
}

但是我们发现刚刚的测试用例不够全面，所以我们再详细一些：

 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!");
    }
}

下面看看异常情况如何，比如输入为负分或大于100的成绩，代码如下：

 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!");
    }
}

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

拿编程做对比，我们是该“先写产品代码，然后再写测试代码，通过测试发现了一些Bugs，修改代码”，还是该“先写测试代码，然后再写产品代码，从而写出来的代码就是正确的”呢？当然先写测试代码了。这种先写测试代码，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

基于TDD，我们不会出现过度设计的情况，需求通过测试用例表达出来了，我们的产品代码只要让测试通过就可以了。

1.Java中有单元测试工具JUnit来辅助进行TDD，我们用TDD的方式把前面百分制转五分制的例子重写一次，体会一下有测试工具支持的开发的好处。

先写了一个简单的测试用例：

import org.junit.Test;
import junit.framework.TestCase;
/*
    create by XY
 */

public class MyUtilTest extends TestCase {
    @Test
    public void testNormal() {
        assertEquals("不及格", MyUtil.percentage2fivegrade(55));
        assertEquals("及格", MyUtil.percentage2fivegrade(65));
        assertEquals("中等", MyUtil.percentage2fivegrade(75));
        assertEquals("良好", MyUtil.percentage2fivegrade(85));
        assertEquals("优秀", MyUtil.percentage2fivegrade(95));
    }
}

截图如下：

测试结果出现了一个绿条（green bar）,说明测试通过了。TDD的目标是"Clean Code That Works"，TDD的slogan是"Keep the bar green, to Keep the code clean"，大家体会一下。

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

1. 以 TDD的方式研究学习StringBuffer

/**
 * Created by XY on 2017/4/20.
 */
public class StringBufferDemo {
  public static void main(String [] args){
      StringBuffer buffer = new StringBuffer(20);
      buffer.append('S');
      buffer.append("tringBuffer");//     System.out.println(buffer.charAt(1));
      System.out.println(buffer.capacity());//     System.out.println(buffer.indexOf("tring12345"));
      System.out.println("buffer = " + buffer.toString());
      System.out.println(buffer.length());
      }
}

测试用例

import junit.framework.TestCase;
import org.junit.*;

/**
 * Created by XY on 2017/4/20.
 */
public class StringBufferDemoTest extends TestCase {
      StringBuffer a= new StringBuffer("happybirthday");
      StringBuffer b= new StringBuffer("happybirthdaytosomeone");
      StringBuffer c= new StringBuffer("happybirthdaytosomeonethankyou");
      @Test
      public void testlength() throws Exception{
          assertEquals(13,a.length());
          assertEquals(22,b.length());
          assertEquals(30,c.length());
      }
      @Test
      public void testcharAt() throws Exception{
          assertEquals('a',a.charAt(1));
          assertEquals('h',b.charAt(0));
          assertEquals('i',c.charAt(6));
      }
}

（二）面向对象三要素

（1）抽象

抽象一词的本意是指人在认识思维活动中对事物表象因素的舍弃和对本质因素的抽取。抽象是人类认识复杂事物和现象时经常使用的思维工具，抽象思维能力在程序设计中非常重要，"去粗取精、化繁为简、由表及里、异中求同"的抽象能力很大程度上决定了程序员的程序设计能力。

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。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。

OOD中建模会用图形化的建模语言UML（Unified Modeling Language）,UML是一种通用的建模语言，我们实验中使用umbrello进行建模，Windows中推荐大家使用 StarUML。

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。

（三）设计模式初步

（1）S.O.L.I.D原则

对设计模式示例进行扩充，体会OCP原则和DIP原则的应用，初步理解设计模式

用自己的学号%6进行取余运算，根据结果进行代码扩充：

0.让系统支持Byte类，并在MyDoc类中添加测试代码表明添加正确，提交测试代码和运行结的截图，加上学号水印

1.让系统支持Short类，并在MyDoc类中添加测试代码表明添加正确，提交测试代码和运行结的截图，加上学号水印

2.让系统支持Boolean类，并在MyDoc类中添加测试代码表明添加正确，提交测试代码和运行结的截图，加上学号水印

3.让系统支持Long类，并在MyDoc类中添加测试代码表明添加正确，提交测试代码和运行结的截图，加上学号水印

4.让系统支持Float类，并在MyDoc类中添加测试代码表明添加正确，提交测试代码和运行结的截图，加上学号水印

5.让系统支持Double类，并在MyDoc类中添加测试代码表明添加正确，提交测试代码和运行结的截图，加上学号水印

我的题目是“5.让系统支持Double类，并在MyDoc类中添加测试代码表明添加正确，提交测试代码和运行结的截图，加上学号水印”

下面是原代码：

/**
 * Created by XY on 2017/4/7.
 */

   // Server Classes
abstract class Data {
    abstract public void DisplayValue();
}
class Integer extends  Data {
    int value;
    Integer() {
         value=100;
    }
    public void DisplayValue(){
        System.out.println (value);
    }
 }
// Pattern Classes
abstract class Factory {
   abstract public Data CreateDataObject();
}
class IntFactory extends Factory {
   public Data CreateDataObject(){
     return new Integer();
   }
}
//Client classes
class Document {
    Data pd;
    Document(Factory pf){
       pd = pf.CreateDataObject();
    }
    public void DisplayData(){
       pd.DisplayValue();
   }
 }
 //Test class
 public class MyDoc {
    static Document d;
    public static void main(String[] args) {
            d = new Document(new IntFactory());
            d.DisplayData();
    }
}

我按照要求修改为：

abstract class Data {
    abstract public void DisplayValue();
}
class Integer extends  Data {
    int value;
    Integer() {
        value=100;
    }
    public void DisplayValue(){
        System.out.println (value);
    }
}

class Double extends  Data {
    double value;
    Double() {
        value=100.0;
    }
    public void DisplayValue(){
        System.out.println (value);
    }
}
// Pattern Classes
abstract class Factory {
    abstract public Data CreateDataObject();
}
class IntFactory extends Factory {
    public Data CreateDataObject(){
        return new Integer();
    }
}

class DoubleFactory extends Factory {
    public Data CreateDataObject(){
        return new Double();
    }
}
//Client classes
class Document {
    Data pd;
    Document(Factory pf){
        pd = pf.CreateDataObject();
    }
    public void DisplayData(){
        pd.DisplayValue();
    }
}
//test
public class MyDoc {
    static Document d;
    public static void main(String[] args) {
        d = new Document(new DoubleFactory());
        d.DisplayData();
    }
}

运行结果如下图：

（四）练习

1使用TDD的方式设计关实现复数类Complex。

任务：以TDD的方式开发一个复数类Complex，要求如下:

// 定义属性并生成getter,setter

double RealPart;

double ImagePart;

// 定义构造函数

public Complex()

public Complex(double R,double I)

//Override Object

public boolean equals(Object obj)

public String toString()

// 定义公有方法:加减乘除

Complex ComplexAdd(Complex a)

Complex ComplexSub(Complex a)

Complex ComplexMulti(Complex a)

Complex ComplexDiv(Complex a)

我的代码如下

/**
 * Created by XY on 2017/4/20.
 */

public class Complex {
        private double realPart;
        private double imaginPart;
        public Complex(){
            double realPart;
            double imaginPart;
        }
        public Complex(double r,double i){
            double realPart;
            double imaginPart;
            this.realPart=r;
            this.imaginPart=i;
        }
        public double getRealPart(){
            return realPart;
        }
        public double getImaginPart(){
            return imaginPart;
        }
        public void setRealPart(double d){
            this.realPart=d;
        }

        public void setImaginPart(double d) {
            this.imaginPart =d;
        }
        public void ComplexAdd(Complex c){
            this.realPart+=c.realPart;
            this.imaginPart+=c.imaginPart;
        }
        public void ComplexAdd(double c){
            this.realPart+=c;
        }
        public void ComplexMinus(Complex c){
            this.realPart-=c.realPart;
            this.imaginPart-=c.imaginPart;
        }
        public void ComplexMinus(double c){
            this.realPart-=c;
        }
        public void ComplexMulti(Complex c){
            this.realPart*=c.realPart;
            this.imaginPart*=c.imaginPart;
        }
        public void ComplexMulti(double c){
            this.realPart*=c;
        }
}

2.实验报告中统计自己的PSP(Personal Software Process)时间

步骤	耗时	百分比
需求分析	40	16%
设计	50	25%
代码实现	80	32%
测试	60	24%
分析总结	20	8%