软件工程练习, 模块化,单元测试,回归测试,TDD
这是《构建之法》实战教学的一部分。适合作为同学们的第二个程序作业。
第一个程序作业: 请看 “概论” 一章的练习,或者老师的题目,例如这个。
作业要求:
软件工程的作业越来越有意思了, 我们在第一个作业中,用各种语言实现了一个命令行的四则运算小程序。 我们看看如果要把我们的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。
建议在做下面的题目的时候,采用结对编程的方式, 在练习中,让同学们学会模块化编程,信息隐藏,接口设计,TDD,等。
大家写了不少四则运算的练习,这些代码都各有特色,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 (例如四则运算);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。
建议大家把四则运算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” 模块, 这个模块至少在两个地方可以使用:
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。这样,我们在算法层级保证了这个模块的正确性。
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“计算核心”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:
Calc()
这个Calc 函数接受字符串的输入(字符串里就是运算式子,例如 “ 5+3.5“, “7/8 – 3/8 ”, “3 + 90 * (-0.3)“ 等等),这个模块的返回值是一个字符串,例如,前面几个例子的结果就是 ( ”17.5“, “ 1/2”, “-24“).
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)
String result = Core.Calc(“1 + 1”) ;
Assert ( result == “2”); //我们断言 1 + 1 的结果一定是 2.
然后同学们实现自己 Core 的这个功能。
第一阶段目标 - 能把计算的功能封装起来,通过测试程序和API 接口测试其简单的加法功能。
加法成功之后,然后我们再做减法, 乘法,除法,我们假设目前为止都是两个操作数的运算,还是很容易实现的。 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。 大家可以不断增加测试的数量,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)
第二阶段目标 - 通过测试程序和API 接口测试其简单的加减乘除功能。并能看到代码覆盖率。
然后,更欢乐的情况出现了, 多个运算符的运算,带负数的运算。
啊,等一下,如果我们考虑这些情况的话, 我们这个模块有一些参数要设置,例如,最多几个运算符,数据范围是多少,还要设置计算的精度(保留几位小数,等等), 这是由什么API 来决定呢? 我们可以扩展 Calc() 的定义,让它接受一个新的参数 “precision”, 或者我们可以启用一个新的函数 Setting()。
如果我想表示:
最多4 个运算符
数值范围是 -1000 到 1000
精度是小数点后两位
怎么通过API 告诉我们的模块呢? 我们当然可以用函数的参数直接传递,但是参数的组合很多,怎么定义好参数的规范呢? 建议大家考虑用 XML 来传递这些参数。
增加了新的Setting() 函数之后,我们要让模块支持这样的参数,同时,还要保证原来的各个测试用例继续正确地工作。
第三阶段目标 - 通过测试程序和API 接口测试对于各种参数的支持。并能看到代码覆盖率。
这个时候,如果输入是有错误的,例如 “1 ++ 2”, 在数值范围是 -1000 .. 1000 的时候,传进去 “10000 + 32768”, 或者是 “ 248 / 0” 怎么办? 怎么告诉函数的调用者 “你错了”? 把返回的字符串定义为 “-1” 来表示? 那么如果真的计算结果是 “-1” 又怎么处理呢?
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 “运算式子格式错误” 异常
写好测试用例,传进去一个错误的式子,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 regression)
确认功能完成,继续下一个功能
第四阶段目标 - 界面模块,测试模块和核心模块的松耦合。
既然各组各组同学都写了高质量的各个模块,而且模块之间的关系是明确定义的,一致的,那么,小组A 的测试模块就可以测试小组B 的核心模块;小组C 的用户界面模块就可以和小组B 的核心模块结合起来,正常运行。对吧?! 那我们就让两个小组 (A,B) 在一起,测试一下下面的情况:
- A 的核心模块, 加上B 的测试模块和用户界面模块
- B 的核心模块,加上A 的测试模块和用户界面模块
两组同学分析合并之后出现了什么问题,为何会出现这样的问题?如何改进? 并且改进各种模块中的 bug
第五阶段目标 - 通过增量修改的方式,改进程序, 完成对各种错误情况的处理。
选择两组程序中高质量的模块,增加必要的功能,把所有代码签入源代码管理服务器, 同时,把这个软件发布出来。
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