20165233 实验二 Java面向对象程序设计

20165233 实验二 Java面向对象程序设计

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

实验步骤

一、单元测试与TDD

用程序解决问题时，要学会写以下三种代码：

• 伪代码
• 产品代码
• 测试代码
  
  正确的顺序应为：伪代码（思路）→ 测试代码（产品预期功能）→ 产品代码（实现预期功能），这种开发方法叫“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，可以有效避免过度开发的现象，因为我们只需要让测试通过即可。

任务一：实现百分制成绩转成“优、良、中、及格、不及格”五级制成绩并利用JUnit测试检验正常情况，错误情况，边界情况

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”

代码实现：

public class MyUtil {
    public static String percentage2fivegrade(int grade){
        //如果成绩小于0，转成“错误”
        if (grade < 0)
            return "错误";
            //如果成绩小于60，转成“不及格”
        else 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";
        else
            return "错误";
    }
}

测试代码：

import org.junit.Test;
import junit.framework.TestCase;
public class MyUtilTest extends TestCase {
    @Test//正常情况
    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));
    }
    @Test//异常情况
    public void testExceptions() {
        assertEquals("错误",MyUtil.percentage2fivegrade(-55));
        assertEquals("错误",MyUtil.percentage2fivegrade(105));
    }
    @Test//边界情况
    public void testBoundary() {
        assertEquals("不及格",MyUtil.percentage2fivegrade(0));
        assertEquals("及格",MyUtil.percentage2fivegrade(60));
        assertEquals("中等",MyUtil.percentage2fivegrade(70));
        assertEquals("良好",MyUtil.percentage2fivegrade(80));
        assertEquals("优秀",MyUtil.percentage2fivegrade(90));
        assertEquals("优秀",MyUtil.percentage2fivegrade(100));
    }
}

测试结果：

任务二：以 TDD的方式研究学习StringBuffer

老师所给程序如下：

public class StringBufferDemo{
   public static void main(String [] args){
       StringBuffer buffer = new StringBuffer();
       buffer.append('S');
       buffer.append("tringBuffer");
       System.out.println(buffer.charAt(1));
       System.out.println(buffer.capacity());
       System.out.println(buffer.indexOf("tring"));
       System.out.println(buffer.length());
       System.out.println("buffer = " + buffer.toString());
   }
}

根据TDD方式设计出JUnit测试用例：

• 首先，此程序中需要测试的方法有：charAt()、capacity()、length()、indexOf()。利用断言进行比较。
• 通过老师实验中的讲解，charAt()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。）；capacity()是一个获取当前实体的实际容量的方法；length()是获取实体中存放的字符序列的长度的方法；indexOf()是返回输入的子字符串的第一个字母在母字符串的位置的方法。所以在JUnit测试用例中设置三个容量与长度都不相同的字符串，来对capacity()与length()这两个方法进行更加深刻的学习。

测试代码：

import org.junit.Test;
import junit.framework.TestCase;
public class StringBufferDemoTest extends TestCase {

    StringBuffer a = new StringBuffer("StringBuffer");
    StringBuffer b = new StringBuffer("StringBufferStringBuffer");
    StringBuffer c = new StringBuffer("StringBufferStringBufferStringBuffer");

    @Test
    public void testcharAt() {
        assertEquals('S',a.charAt(0));
        assertEquals('i',a.charAt(3));
        assertEquals('B',a.charAt(6));
    }
    @Test
    public void testcapacity() {
        assertEquals(28,a.capacity());
        assertEquals(40,b.capacity());
        assertEquals(52,c.capacity());
    }
    @Test
    public void testindexOf() {
        assertEquals(0,a.indexOf("String"));
        assertEquals(4,a.indexOf("ngB"));
        assertEquals(8,a.indexOf("ffer"));
    }
    @Test
    public void testlength() {
        assertEquals(12,a.length());
        assertEquals(24,b.length());
        assertEquals(36,c.length());
    }
}

测试结果：

二、面向对象三要素

• 抽象

   - 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。
   - 编程原则DRY(Don't Repeat Yourself)
  

• 封装、继承与多态

   - 接口（interface）是封装的准确描述手段。
  
   - 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。
  

三、设计模式初步

• S.O.L.I.D原则

  - 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)
  

• 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。

• 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

任务三：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（扩充：让系统支持Long类，并在MyDoc类中添加测试代码表明添加正确）

代码实现：

abstract class Data{
    abstract public void DisplayValue();
}
class Integer extends Data {
    int value;
    Integer(){
        value=100;
    }
    public void DisplayValue(){
        System.out.println(value);
    }
}
class Long extends Data {
    int value;
    Long(){
        value=11271013;
    }
    public void DisplayValue(){
        System.out.println(value);
    }
}
abstract class Factory {
    abstract public Data CreateDataObject();
}
class IntFactory extends Factory {
    public Data CreateDataObject(){
        return new Integer();
    }
}
class LongFactory extends Factory {
    public Data CreateDataObject(){
        return new Long();
    }
}
class Document {
    Data pd;
    Document(Factory pf){
        pd = pf.CreateDataObject();
    }
    public void DisplayData(){
        pd.DisplayValue();
    }
}
public class MyDoc{
    static Document d;
    public static void main(String [] args) {
        d = new Document(new IntFactory());
        d = new Document(new LongFactory());
        d.DisplayData();
    }
}

测试结果：

任务四：以TDD的方式开发一个复数类Complex

代码实现：

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 a) {
        return new Complex(r + a.r, i + a.i);
    }
    public Complex ComplexSub(Complex a) {
        return new Complex(r - a.r, i - a.i);
    }
    public Complex ComplexMulti(Complex a) {
        return new Complex(r * a.r - i * a.i, r * a.i + i * a.r);
    }
    public Complex ComplexDiv(Complex a) {
        return new Complex((r * a.i + i * a.r)/(a.i * a.i + a.r * a.r),
                (i * a.i + r * a.r)/(a.i * a.i + a.r * a.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;
    }

}

测试代码：

import junit.framework.TestCase;
import org.junit.Test;

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());
    }
}

测试结果：

遇到的问题：

在写JUnit测试用例时，寻找到用来测试的合适的复数比较困难。由于复数的除法较为复杂，在测试时，很容易出现无限循环的小数，导致测试失败。

任务五：使用StarUML对实验二中的代码进行建模

如图：

总结与体会

本次实验内容较多，但是掌握了JUnit测试的方法，通过编写测试代码，可以测试自己代码中正常情况、异常情况、边界情况或是程序中的算法是否正确。这样减少了对于代码的重复多次运行与数据测试，费时也费力，有时一些数据会导致运行崩溃，对电脑也有损伤。

在利用JUnit测试代码的过程中，也掌握了对于assertEquals的使用，对于代码中一些方法的理解也更加透彻与深刻。

在实验过程中，对于TDD方式、UML建模、S.O.L.I.D原则以及设计模式等等，也有更加深刻而切身的体会。编写代码是一个需要思考与改进的过程，对自己Java的水平也是一个提高。

步骤	耗时	百分比
需求分析	10min	17.2%
设计	20min	34.5%
代码实现	8min	13.8%
测试	15min	25.9%
分析总结	5min	8.6%