20135119_涂文斌实验二 Java面向对象程序设计

北京电子科技学院（BESTI）

实验报告

课程： Java 班级：1351 姓名：涂文斌学号：20135119

成绩：指导教师：娄嘉鹏实验日期：2015.4.17

实验密级：预习程度：实验时间：15：30~18:00

仪器组次：必修/选修：选修实验序号：（二）

实验名称：java面向对象程序设计

实验目的：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

3. 严禁抄袭，有该行为者实验成绩归零，并附加其他惩罚措施。

4. 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

　　　　　　　　以成绩为例：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

　　　　　　　　或许会担心存在一些bug，那么我们还要写测试代码。

　　　　　　　　·测试代码

　　　　　　　　测试代码需要多组，并将各种情况全部都测试一遍，情况如下图。

　　　　　　　　测试结果出现test failed 1，说明MyUtil的代码检查出了一个bug，现在来修改MyUtil.java的代码

　　　　　　　　以为这样就结束了吗？你错了，一般代码在边界处最容易出错，我们还没有测试边界情况，我们对输入为“0，60，70，80，90，100”这些边界情况进行　　　　　　　　测试的代码如下：

　　　　　　　　可以看出又出现了一个bug，接下来继续修改MyUtil.java，代码如下：

　　　　　　　　这下测试结果通过了。

　　　　　　　　我们把MyUtil.java提供给别人使用时，心里比较有底气了。那如何保证单元测度是充分的呢？我们的一般要求是测试代码要比产品代码多。如何写测试，　　　　　　　　　《单元测试之道》提出了Right-BICEP的方法，大家可以参考一下。软件是由多人合作完成的，不同人员的工作相互有依赖关系。软件的很多错误都来　　　　　　　　　源于程序员对模块功能的误解、疏忽或不了解模块的变化。如何能让自己负责的模块功能定义尽量明确，模块内部的改变不会影响其他模块，而且模块的质　　　　　　　　量能得到稳定的、量化的保证？单元测试就是一个很有效的解决方案。

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

简单的理解就是：先写测试代码，在写产品代码，这种测试方法叫做“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

　　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。

　　步骤如下：

（1）打开Eclipse,单击File->New->Java Project新建一个TDDDemo的Java项目，把鼠标放到项目名TDDDemo上，单击右键，在弹出的菜单中选定New-　　　　　　 >Source Folder新建一个测试目录test

（2）我们把鼠标放到test目录上，单击右键，在弹出的菜单中选定New->JUnit Test Case新建一个测试用例类MyUtilTest。

注意：我们增加第一个测试用例testNormal,注意测试用例前一定要有注解@Test,测试用例方法名任意。

（3）先写出MyUtilTest肯定会出现错误，因为都没有产品代码，怎么进行测试，接下来就是写产品代码。

（4）我们把鼠标放到MyUtilTest.java上，单击右键，选择Run as->JUnit Test。

（5）测试结果出现了一个红条（red bar）,说明测试没通过，测试结果出现了一个绿条（green bar）,说明测试通过了。

（6）继续经过修改MyUtil.java的代码，测试之后得到：

这样就完成了一个巨大的工程。

不管用不用TDD，写出高质量的测试用例才是最重要的，如何进行单元测试，大家可参考一下《单元测试之道》这本书。另外，《Agile Java 中文版》展示了如何将Java和TDD进行有效的整合，通过TDD驱动项目开发，有兴趣的可以参考。

（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"的抽象能力很大程度上决定了程序员的程序设计能力。

（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。

　　Dog类通过使用类和访问控制（private,public）隐藏了属性color,开放了接口setColor(),getColor(),bark()和toString。Dog类是一个模块，我们可以通过下面的代码使用它，测试代码与运行结果如下：

(3)我们可以用UML中的类图来描述类Dog,首先我们在实验楼的环境中打开shell，在命令行中输入umbrello，打开UML建模软件umbrello.

UML建模之后的模型如下：

我们可以看到，在UML 里，一个类的属性能显示它的名字，类型，初始化值，属性也可以显示private，public，protected。类的方法能显示它们的方法名，参数，返回类型，以及方法的private，public，protected属性。其中：

+表示public
#表示 protected
-表示 private

我们看到Dog类和Cat类都有Color属性和相应的setter和getter方法，明显违反了前面提到的DRY原则，我们可以通过继承解决这个问题，把Color属性和相应的setter和getter方法放到父类Animal中，如以下UML较图所示：

（三）设计模式初步

（1）S.O.L.I.D原则

　　　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。

　　　OCP是OOD中最重要的一个原则，OCP的内容是：

software entities (class, modules, function, etc.) should open for extension,but closed for modification.
软件实体（类，模块，函数等）应该对扩充开放，对修改封闭。

　　SRP的内容是：

There should never be more than one reason for a class to change
决不要有一个以上的理由修改一个类

　　LSP的内容是：

Subtypes must be substitutable for their base types
Functions that use pointers or references to base classes must be able to use objects of derived classes without knowing it
子类必须可以被其基类所代
使用指向基类的指针或引用的函数，必须能够在不知道具体派生类对象类型的情况下使用它
　　ISP的内容是：Clients should not be forced to depend upon interfaces that they do not use

　　客户不应该依赖他们并未使用的接口

　　DIP的内容是：

High level modules should not depend upon low level modules. Both should depend upon abstractions
Abstractions should not depend upon details. Details should depend upon abstractions
高层模块不应该依赖于低层模块。二者都应该依赖于抽象

抽象不应该依赖于细节。细节应该依赖于抽象

（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，在面向对象中设计模式的地位可以和面向过程编程中的数据结构的地位相当。

（四）练习：使用TDD的方式设计关实现复数类Complex。

伪代码：

1，设计一个复数类，将复数的实部和虚部分别用变量表示。

2，通过实部和虚部分别相加减实现复数的相加减。

3，按照复数的格式将复数打印出来。

测试代码：

产品代码：

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	60min
设计	60min
代码实现	60min
测试	60min
分析总结	60mim

3.单元测试的好处：

（1）能使得编译代码更加具有条理性。

（2）单元测试发现的问题很容易找到问题所在。

（3）可以减少不必要的耗时。

五、参考资料

1.《UML精粹》 2.《构建之法（电子版）》,著者邹欣Blog 3.《深入浅出设计模式》 4.《解析极限编程》 5.《单元测试之道》

六、工具

StarUML