北航oo作业第三单元小结

一、梳理JML语言的理论基础

1、jml的注释结构

　　jml注释语言的每一行都以@作为开始，若是块注释，则需要在注释块的首尾使用/*@ 与@*/

2、jml的表达式体系

1、原子表达式

　　表达式可以看作是一个原子类型，常见的有\result表达式（用于表达某个方法执行后的结果）、\old表达式（用来表示某个对象执行某操作之前的值）。

2、量化表达式

　　量化表达式是对给定范围内对象批量操作的表达式，其存在大大简化了jml语言，常见的有\forall表达式（范围内对象，都要满足某要求）、\exists表达式（范围内存在对象，满足某要求）、以及\sum表达式、\product表达式、\max表达式等数学方法的量化表达式

3、集合表达式

　　用来在jml规格中构造一个集合（容器），来简化jml规格

4、操作符

　　包括算数操作符和逻辑操作符。例如等价操作符<==> 与 ==，其中特别要注意的是<==> 与 ==这样的操作符，优先级是不一样的！

　　此外操作符还包括变量引用操作符，例如\nothing指示一个空，\everything指示一个全集。

3、jml的方法规格

　　我们使用与学习的方法规格只是最基础的部分，核心内容是三方面：前置条件、后置条件、副作用限定。

1、前置条件

　　前置条件使用requires语句来表示，requires P意味着需要确保P的值为真。需要注意的是，requires语句如果多行一起出现，是并列条件，需要全部满足。

2、后置条件

　　后置条件使用ensures语句来表示，ensures P意味着需要确保P的值为真。同样，ensures语句如果多行一起出现，是并列条件，需要全部满足。

3、副作用限定

　　在方法执行时，为了满足前置条件与后置条件，我们可能会对对象做一些与前置条件和后置条件无关的改动，也就是副作用。有时候需要通过副作用限定来对方法实现进行约束。

　　这里，我们可以选择assignble和modifiable。

　　assignble 表示可赋值，而 modifiable 则表示可修改。虽然二者有细微的差异，在大部分情况 下，二者可交换使用。

　　这两个关键词既可以约束特定的对象，表示更改特定对象。也可以选择约束\nothing 和 \everything这样的关键词，来表示什么都不更改，或是全部更改。

4、其他

　　当前置条件与后置条件需要对多个对象进行约束时，可以与用\forall或者\exists表达式结合使用。

　　我们使用signals语句，来表示异常处理，语句signals (***Exception e) b_expr 的意思是当 b_expr 为 true 时，方法会抛出括号中给出 的相应异常e。

4、jml的类型规格

　　不变式（invariant），语法上定义 invariant P ，其中 invariant 为关 键词， P 为谓词，表示要求在所有可见状态下都必须满足的特性。

　　状态变化约束（constraint），用来对前序可见状态和当前可见状态的 关系进行约束。

5、总结

　　jml语言是一套逻辑严密的注释语言体系，通过对方法行为的描述，预防bug的出现，并使得检查过程比原先轻松，提高了代码的可维护性。

二、jml应用工具链情况

　　首先，是jml语言的编写，可以使用专门的jml编译器。

　　jml规格的校验，可以使用openjml。

　　JMLUnitNG可以根据规格的实现自动生成TestNG测试样例。

三、部署JMLUnitNG

1、测试代码

package demo;
public class Demo {
    private /*@ spec_public @*/ int[] nodeList;

    public Demo(int[] nodeList) {
        this.nodeList = new int[16];
    }

    /*@ requires index >= 0 && index < size();
     @ assignable \nothing;
     @ ensures \result == nodes[index];
     @*/
    public /*@pure@*/ int getNode(int index){
        if (index >= 0 && index < size()) {
            return nodeList[index];
        } else {
            return 0;
        }
    }

    //@ ensures \result == (nodes.length >= 2);
    public /*@pure@*/ boolean isValid(){
        boolean ret = false;
        if (nodeList.length >= 2) {
            ret = true;
        }
        return ret;
    }

    public static void main(String[] args){

    }

}

2、测试方法

　　首先，尽管已经有很多前人感谢过伦佬了，但我还是要在这里郑重地再感谢一次伦佬。

3、测试结果

[TestNG] Running:
Command line suite

Passed: racEnabled()
Passed: constructor Demo()
Passed: <<demo.Demo@1a8f2434>>.getNode(-2147483648)
Passed: <<demo.Demo@5f5a92bb>>.getNode(0)
Passed: <<demo.Demo@376b9c22>>.getNode(2147483647)
Passed: <<demo.Demo@54768a01>>.isValid()
Passed: static main(null)
Passed: static main({})

===============================================
Command line suite
Total tests run: 8, Failures: 0, Skips: 0
===============================================

4、测试思考

　　这个自动化测试emmmm，实际上，只是测试了几个边界条件，似乎正能起到一个锦上添花的作用。

四、架构设计

1、第一次作业

　　在pathcontainer中，我的选择是构造三个hashmap，一个用path作为key，pathid作为value。另一个用pathid作为key，path作为value。（这里需要在mypath类中重构path对象的hashcode方法）。这两个hashmap实现了path的快速查找和改动（总有一个hashmap可以用key查找，查找出来的value作为另一个hashmap的key）。第三个hashmap，使用node作为key，node的数目作为value，用来，存储当前容器内的节点数量。

　　在path中，除了本身的节点数组外，我还构造了一个hashmap，用于判断path中是否含有某node。

2、第二次作业

　　本次作业要求，在第一次作业的基础上，加入了判断两个节点是否联通，两个点是否能构成一条边，以及得到两个节点间的最短路径。

　　我并没有对第一次的构造进行改动，而是在第一次作业的基础上又构造了两个静态数组，一个hashmap，和一个arraylist，其中hashmap是保存节点与映射节点的关系（我将图内的节点映射到了0到nodesize内），具体做法是，先检查arraylist如果arraylist不为空，从arraylist内取出一个可映射的值，与当前节点映射。否则，当前映射id与当前节点映射并加一。当一个节点，不存在图中时，将其从hashmap中删除，并将对应的映射值，存入arraylist中。

　　两个静态数组都是大小为nodesize的二维数组，（节点查找使用映射值）一个存储的是当前图内的点的联通情况（权重为1），另一个存储的是对联通性矩阵进行floyd运算后的矩阵。

3、第三次作业

　　本次作业，对nodesize要求更改，并且添加了新的需求，联通块数量计算，最少票价计算，最少换乘次数计算，最少不满意度计算。

　　首先，nodesize的更改，由于我没有使用magic number（上一次作业的教训），直接改动nodesize即可。

　　此外，分析发现，新的需求中，联通块计算可以通过并查集实现，我增加了并查集方面的方法。

　　而剩下的三个需求，其实可以和第二次作业中的最短路径一起归纳为图的权重问题。我对第二次作业的floyd方法进行了重构，重构成了一个templatefloyd（c++课中的模板类思想），并又构建了5个二维矩阵，用来存储不同需求下的图的权重矩阵和floyd运算后的结果矩阵。

五、bug与修复

1、第一次作业

　　未发现bug。

2、第二次作业

　　本次作业中，我忽略了得到最短路径方法的jml规格中的描述：当fromnodeid == tonodeid时，最短路径为0 ，导致了大面积的wa。

3、第三次作业

　　未发现bug。

六、心得体会

　　首先，我深刻理解了这一单元最开始时，老师在课上反复强调的，只要严格按照jml来实现，就不会有bug。自己的bug也是没有完全按照jml的约束实现。

　　然而，在jml的实现中，仅仅做到实现jml也是不足够的。我的第三次作业的强测有一个点过的特别危险，35s的时间limit，我花了34.6779s跑完了程序。诚然，我严格按照jml约束实现了，但我没有考虑到性能的优化。在jml的实现中，还要注意性能的优化。