20155329实验二 Java面向对象程序设计

实验二 Java面向对象程序设计

1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

2. 初步掌握单元测试

三种代码

• 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（包含边界测试）

//20155329!!!!
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!");
        }//测试出错情况
        else 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!");
        //测试边界情况
        else 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!");

    }
}

• 测试结果：
  
  

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
IDEA TDD 使用：参考Intellj IDEA 简易教程-单元测试;积极主动敲代码，使用JUnit学习Jav

-构建测试类

-编写测试代码

 @Test
    public void testcharAt() throws Exception{
        assertEquals('S',a.charAt(0));
        assertEquals('g',a.charAt(5));
        assertEquals('r',a.charAt(11));
    }

• 对 StringBufferDemo进行了测试

public class StringBufferDemoTest extends TestCase {
    StringBuffer a = new StringBuffer("StringBuffer");//测试12个字符（<=16）
    StringBuffer b = new StringBuffer("StringBufferStringBuffer");//测试24个字符（>16&&<=34）
    StringBuffer c = new StringBuffer("StringBufferStringBufferStringBuffer");//测试36个字符（>=34）
    @Test
    public void testcharAt() throws Exception{
        assertEquals('S',a.charAt(0));
        assertEquals('g',a.charAt(5));
        assertEquals('r',a.charAt(11));
    }
    @Test
    public void testcapacity() throws Exception{
        assertEquals(28,a.capacity());
        assertEquals(40,b.capacity());
        assertEquals(52,c.capacity());
    }
    @Test
    public void testlength() throws Exception{
        assertEquals(12,a.length());
        assertEquals(24,b.length());
        assertEquals(36,c.length());
    }
    @Test
    public void testindexOf() throws Exception{
        assertEquals(0,a.indexOf("Str"));
        assertEquals(5,a.indexOf("gBu"));
        assertEquals(10,a.indexOf("er"));
    }
}

• 测试结果：
  
  

-很幸运我们得到 输出 test passed!，代表通过测试。若我们不幸的失败了，那我们应该一个一个的测试用例都打印出来，去寻找是哪里出现了失败。

以TDD的方式学习StringBuffer

• 此任务主要锻炼我们自己写JUnit测试用例的能力。老师在教程里给出的代码如下：

1   public class StringBufferDemo{
2   public static void main(String [] args){
3       StringBuffer buffer = new StringBuffer();
4       buffer.append('S');
5       buffer.append("tringBuffer");
6       System.out.println(buffer.charAt(1));
7       System.out.println(buffer.capacity();
8       System.out.println(buffer.indexOf("tring"));
9       System.out.println("buffer = " + buffer.toString());
10  }
11}

• 上面老师给出的代码中有四个方法需要测试，charAt()、capacity()、length()、indexOf

-charAt()：charAt(int i)的解释为：“返回此序列中指定索引处的 char 值。第一个 char 值在索引 0 处，第二个在索引 1 处，依此类推，这类似于数组索引。
- indexOf(String s)则返回输入的子字符串的第一个字母在母字符串的位置
- capacity()和length()的关系，前者是最大容量，length返回当前长度。

-测试代码如下

public class StringBufferDemoTest extends TestCase {
    StringBuffer a = new StringBuffer("StringBuffer");//测试12个字符（<=16）
    StringBuffer b = new StringBuffer("StringBufferStringBuffer");//测试24个字符（>16&&<=34）
    StringBuffer c = new StringBuffer("StringBufferStringBufferStringBuffer");//测试36个字符（>=34）
    @Test
    public void testcharAt() throws Exception{
        assertEquals('S',a.charAt(0));
        assertEquals('g',a.charAt(5));
        assertEquals('r',a.charAt(11));
    }
    @Test
    public void testcapacity() throws Exception{
        assertEquals(28,a.capacity());
        assertEquals(40,b.capacity());
        assertEquals(52,c.capacity());
    }
    @Test
    public void testlength() throws Exception{
        assertEquals(12,a.length());
        assertEquals(24,b.length());
        assertEquals(36,c.length());
    }
    @Test
    public void testindexOf() throws Exception{
        assertEquals(0,a.indexOf("Str"));
        assertEquals(5,a.indexOf("gBu"));
        assertEquals(10,a.indexOf("er"));
    }
}

-此次代码分别对长度不同的三个字符串进行测试

• 测试结果

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。

使用StarUML对实验二中的代码进行建模

• 下载安装StarUML
• 添加project
• 进行建模后如下图
  
  

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)

对MyDoc类进行扩充，让其支持Double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。

//20155329！！
        import java.lang.*;
public class Complex {
    //定义属性并生成getter，setter
    double RealPart;
    double ImagePart;
    public double getRealPart() {
        return RealPart;
    }
    public void setRealPart(double realPart) {
        this.RealPart=realPart;
    }
    public double getImagePart() {
        return ImagePart;
    }
    public void setImagePart(double imagePart) {
        this.ImagePart=imagePart;
    }
    //定义构造函数
    public Complex(double R, double I) {
        RealPart = R;
        ImagePart = I;
    }/
    //Override Object
    public boolean equals(Complex obj1) {
        if (this.getRealPart () == obj1.getRealPart () && this.getImagePart () == obj1.getImagePart ())
            return true;
        else return false;
    }
    //定义公有方法：加减乘除
    public String toString() {
        return "第一个"+RealPart + " 第二个" + ImagePart ;
    }
    public Complex ComplexAdd(Complex obj) {
        return new Complex ( RealPart + obj.getRealPart (), ImagePart + obj.getImagePart () );
    }
    public Complex ComplexSub(Complex obj) {
        return new Complex ( RealPart - obj.getRealPart (), ImagePart - obj.getImagePart () );
    }
    public Complex ComplexMulti(Complex obj) {
        return new Complex ( RealPart * obj.getRealPart () - ImagePart * obj.getImagePart (), RealPart * obj.getImagePart () + ImagePart * obj.getRealPart () );
    }
    public Complex ComplexDiv(Complex obj){
        return new Complex ( RealPart / obj.getRealPart () - ImagePart / obj.getImagePart (), RealPart / obj.getImagePart () + ImagePart / obj.getRealPart () );
    }
}

以TDD的方式开发一个复数类Complex

TDD的编码节奏是：

1. 增加测试代码，JUnit出现红条
2. 修改产品代码
3. Unit出现绿条，任务完成
   
   -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	10min	6.6%
设计	10min	6.6%
代码实现	60min	40%
测试	50min	33.3%
分析总结	20min	13.3%

实验体会和总结

再一次修改自己的实验报告，感觉到自己的很多不足，首先做实验只求结果，不问为什么对我的实验报告看起来很枯燥。重温本次实验，感觉到了课堂实践《在IDEA中以TDD的方式对String类和Arrays类进行学习》不会做，完全是咎由自取，只需要当初做实验的时候多问几个为什么就好了。

写伪代码，测试代码，产品代码。在以前我会认为写个代码有思路就可以直接下手了。通过这次重温实验，深刻感受到了TDD的好处，伪代码就是一个详细版的思路，翻译伪代码后，进行代码测试，边缘测试，消除bug。最后才能算得上是一个优秀的代码。这也是为什么自己总感觉自己的代码是正确的而总是被扣很多分

在接下来的计算机实习中，虽然我不是选的java。但是我会将这一次实验所得用入我的C语言实习中，争取做出让自己满意的产品代码