20145201 实验二 Java面向对象程序设计

20145201实验二 Java面向对象程序设计

初步掌握单元测试和TDD

实验步骤

（一）单元测试

(1) 三种代码

编程是智力活动，不是打字，编程前要把干什么、如何干想清楚才能把程序写对、写好。与目前不少同学一说编程就打开编辑器写代码不同，我希望同学们养成一个习惯，当你们想用程序解决问题时，要会写三种码：

• 伪代码
• 产品代码
• 测试代码

我们通过一个例子说明如何写这三种代码。

• 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

1、用50分测试时：

public class MyUtilTest {
 public static void main(String[] args) {
    // 百分制成绩是50时应该返回五级制的“不及格”
    if(MyUtil.percentage2fivegrade(50) != "不及格")
        System.out.println("test failed!");
    else
        System.out.println("test passed!");
    }
}

只有一组输入的测试是不充分的，我们把一般情况都测试一下，代码如下：

 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!");
        else
            System.out.println("test passed!");
    }
}

在Eclipse中运行结果如下，测试结果符合预期：

我们不能只测试正常情况，下面看看异常情况如何，比如输入为负分或大于100的成绩，代码如下：

 public class MyUtilTest {
    public static void main(String[] args) {
        //测试出错情况
        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!");
        else
            System.out.println("test passed!");
    }
}

增加对负分的判断，代码如下：

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";
       //如果成绩大于100，转成“错误”
       else
           return "错误";
   }
}

再次运行测试，测试结果符合预期，如下图所示：

测试够了吗？还不够，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：

public class MyUtilTest {
    public static void main(String[] args) {
        //测试边界情况
        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!");
    }
}

测试结果如下：

优秀成绩包含100时：

TDD

先写测试代码，然后再写产品代码的开发方法叫“测试驱动开发”（TDD）。

TDD的一般步骤如下：

1、明确当前要完成的功能，记录成一个测试列表

2、快速完成编写针对此功能的测试用例

3、测试代码编译不通过（没产品代码呢）

4、编写产品代码

5、测试通过

6、对代码进行重构，并保证测试通过（重构下次实验练习）

7、循环完成所有功能的开发

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、JUnit出现绿条，任务完成

(由于提前阅读了老师的学习指导，直接选择了绿条正确做法。)

做法如截图

理解并掌握面向对象三要素：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。

例

（1）封装实际上使用方法(method)将类的数据隐藏起来，控制用户对类的修改和访问数据的程度,从而带来模块化(Modularity)和信息隐藏(Information hiding)的好处；接口（interface）是封装的准确描述手段。

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

（2）我们可以用UML中的类图来描述类Dog：

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

使用UML可以让我们不必关注细节。

（3）Dog类和Cat类都有Color属性和相应的set和get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属性和相应方法放到父类Animal中，如以下UML较图所示：

（注意UML类图中继承的表示法，是用一个带三角的直线指向父类）

熟悉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)

练习

1.使用TDD的方式设计关实现复数类Complex。

• 伪代码：
  
  1.复数的实部为0，虚部为0
  
  2.复数的实部为0，虚部为对应数
  
  3.复数的实部为对应数，实部为0
  
  4.两参数分别为实部与虚部
  
  5.实现两复数的加法、减法、乘法。

• 测试代码：

public class ComplexText
{
public static void main(String[] args)
{
Complex c=new Complex();
Complex c1=new Complex(4,5);
Complex c2=new Complex(6,7);
c1.Print();
c2.Print();
System.out.println("这两复数和为：");
System.out.println((c.jia(c1, c2).a+"+"+c.jia(c1, c2).b+"i").toString());
System.out.println("这两复数差为：");
System.out.println(c.jian(c1, c2).a+"+"+c.jian(c1, c2).b+"i");
System.out.println("这两复数乘积为:");
System.out.println(c.cheng(c1, c2).a+"+"+c.cheng(c1,c2).b+"i");

}
}

• 产品代码：

public class Complex
{
double a,b;
Complex()
{
this.a=0;
this.b=0;
}
Complex(double a)
{
this.a=a;
this.b=0;
}
Complex(double a,double b)
{
this.a=a;
this.b=b;
}
Complex jia(Complex p1,Complex p2)
{
Complex p =new Complex(p1.a+p2.a,p1.b+p2.b);
return p;
}
Complex jian(Complex p1,Complex p2)
{
Complex p =new Complex(p1.a-p2.a,p1.b-p2.b);
return p;
}
Complex cheng(Complex p1,Complex p2)
{
Complex p = new Complex(p1.a*p2.a-p1.b*p2.b,p1.b*p2.a+p1.a*p2.a);
return p;
}void Print() 

{
System.out.println("复数的值为：");
if(this.b!=0)
System.out.println(this.a+"+"+this.b+"i");
else System.out.println(this.a);
}

}

测试结果：

2.统计自己的PSP(Personal Software Process)时间

步骤	耗时	百分比
需求分析	25min	11.9%
设计	30min	14.3%
代码实现	90min	42.9%
测试	45min	21.4%
分析总结	20min	9.5%

3.总结单元测试的好处

（1）在产品代码中，各个类之间相互独立，互不影响，保证代码的独立性并且方便进行再次添加或减少。

（2）代码更加清晰明确，模块化更加清晰。

（3）代码出现问题时，更加容易进行维护和修改。

（4）将产品代码和测试代码分开，更加方便使用者理解。

实验体会

通过本次试验，编写代码时，并不只是将源代码编译出来就万事大吉了，想编写一个较出色的程序时，还需要写出三种代码：伪代码、产品代码、测试代码。在作品完成初期，肯定会担心自己的程序会有Bug。

要通过不断调试发现问题，才能使自己编写的代码更加实际意义，方便使用。通过测试，才能对自己的代码负责任。