JAVA课程实验报告 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程序设计  班级：1353  姓名：韩玉琪  学号：20135317

成绩：             指导教师：娄嘉鹏    实验日期：2015.5.6

实验密级：         预习程度：         实验时间：15:50--20:50

仪器组次：         必修/选修： 选修            实验序号：2

实验名称：实验二 Java面向对象程序设计

实验目的与要求：

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

实验仪器：

名称	型号	数量
PC	Lenovo	1
实验楼环境	/	1
Eclipse	/	1

一、实验内容及步骤

（一）单元测试

1、 三种代码

需求：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。

（1）伪代码

（2）产品代码

（3）测试代码

因为是自己写的代码，没有照着提示一步步做，所以，没有出现很多问题。

2、TDD(Test Driven Devlopment, 测试驱动开发)

（1）概念：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）。

（2）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

（3）优势：基于TDD，我们不会出现过度设计的情况，需求通过测试用例表达出来了，我们的产品代码只要让测试通过就可以了。

（4）将百分制转五分制改写成TDD

代码层次结构：

运行：

假设开始没有将100考虑进去（错误情况）：

（5）TDD的编码节奏是：

•  增加测试代码，JUnit出现红条

•  修改产品代码

•  JUnit出现绿条，任务完成

（二）面向对象三要素

1、抽象

（1）“去粗取精、化繁为简、由表及里、异中求同”的能力

（2）过程抽象、数据抽象

2、封装、继承与多态

（1）面向对象的三要素：封装、继承、多态。

（2）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）。贯穿OOA、OOD和OOP的主线正是抽象。

OOD中建模会用图形化的建模语言UML（Unified Modeling Language）,UML是一种通用的建模语言。

（3）封装

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。

3、例

（1）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）这时的测试类：

注意：UML类图要展示类之间的静态关系，AnimalTest类依赖Dog类和Cat类，UML中依赖用带箭头的直线表示。

对应代码：

（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）

以封装为基础，继承可以实现代码复用，需要注意的是，继承更重要的作用是实现多态。多态是面向对象程序设计的灵活性和可扩展性的基础。

我们再看看上一个类图，我们可以进一步抽象，把Dog类中的bark()和Cat类中的meow()抽象成一个抽象方法shout(),Dog类和Cat类中覆盖这个方法，如以下UML图所示：

代码运行：

（三）设计模式初步

1、S.O.L.I.D原则

如何借助抽象思维用好三要素特别是多态是非常困难的，S.O.L.I.D类设计原则是一个很好的指导：

•  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)

2、模式与设计模式

模式是某外在环境(Context) 下﹐对特定问题(Problem)的惯用解决之道(Solution)。模式必须使得问题明晰，阐明为什么用它来求解问题，以及在什么情况下有用，什么情况下不能起作用。每个模式因其重复性从而可被复用，本身有自己的名字，有可传授性，能移植到不同情景下。模式可以看作对一个问题可复用的专家级解决方法。

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

•  …

3、设计模式实示例

（1）设计模式(design pattern)提供一个用于细化软件系统的子系统或组件，或它们之间的关系图，它描述通信组件的公共再现结构，通信组件可以解决特定语境中的一个设计问题。

设计模式背后是抽象和SOLID原则。

（2）设计模式有四个基本要素：

•  Pattern name：描述模式，便于交流，存档

•  Problem：描述何处应用该模式

•  Solution：描述一个设计的组成元素，不针对特例

•  Consequence：应用该模式的结果和权衡（trade-offs）

（3）了解设计模式可能会存在的过度设计问题以及如何避免它。

（四）练习

1、使用TDD的方式设计关实现复数类Complex。

（1）伪代码

（2）产品代码

//复数打印、相加、相减

public class Complex {

private int sh,xu;

Complex(){

this.sh=0;

this.xu=0;

}

Complex(int sh){

this.sh=sh;

this.xu=0;

}

Complex(int sh,int xu){

this.sh=sh;

this.xu=xu;

}

public void addFu(Complex p1,Complex p2){

System.out.println("这两个复数的和为：");

this.sh=p1.sh+p2.sh;

this.xu=p1.xu+p2.xu;

print();

}

public void minusFu(Complex p1,Complex p2){

System.out.println("这两个复数的差为：");

this.sh=p1.sh-p2.sh;

this.xu=p1.xu-p2.xu;

print();

}

public void outputFu(){

System.out.println("复数的值为：");

print();

}

public void print(){

if(this.xu>0){

System.out.println(this.sh+"+"+this.xu+"i");

}else if(this.xu<0){

System.out.println(this.sh+""+this.xu+"i");

}else{

System.out.println(this.sh);

}

}

}

（3）测试代码

（4）编写代码时遇到的问题

（开始的时候没有把功能抽取出来，写的很多，然后抽取了print功能就少了很多。）

最开始设计的伪代码是这样的：

然后设计的代码测试出来是这样的：

虚数部分如果为负数打印出来“+ -”两个符号。所以将两种情况分开。

但是打印写出来又出现了新情况：

虚部为负数的时候实部没有打印出来，而虚部成了两者的和，再看自己写的代码，发现当虚部小于0时，实部和虚部之间没有加上字符隔开：

它们就直接做了加法，所以加上一个空字符：

测试与计算一致，完成！

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	54min	18%
设计	75min	25%
代码实现	63min	21%
测试	63min	21%
分析总结	45min	15%

3.总结单元测试的好处

（1）使可以放心的修改测试用代码而不用担心会影响设计的测试代码。

（2）从调用者的角度看自己写的代码，与从编写的角度还是不太一样的，在编写者的角度，就会想着如何方便迅速的完成整个代码，但是从调用者的角度，就会考虑别人使用的时候是否方便，更注重测试和调用。

（3）测试本身是被测代码的用法说明，替代了一部分代码功能，迫使自己要将被测代码设计得更加独立地去完成某个或某几个功能。

二、实验感想

1、这次实验耗费了很长时间，最后都要做不下去了。我深深体会到网络的重要性和学习新方法、使用新工具的能力的重要性。

2、UML图有点抽象，在虚拟机上实现的时候操作不熟练，刚开始一直没明白怎么把那个框调出来（因为实验楼虚拟机一直出问题，自己没有静下心来看操作步骤上“单击工具栏上的类图标，再在class diagram(类图)中单击一下”），之后是那条箭头画不上去，百度教程，应该是先点击工具栏上的箭头图标（实现关系）然后点击起始的类，出现一条虚线，再点击指向的类。终于把能图画出来了。

3、TDD的方式例题的测试代码看得懂，但是自己编写的时候就不知道哪些语句怎么用，只好用自己写的测试代码，可能这样不算严格TDD方式，但是我觉得这样的思想对我自己设计某些独立功能是有很大帮助的。

4、做练习代码的时候，一看到实现复数类不知道具体是要做什么，就上网搜了一下“Complex”，发现有输出、加法、减法的功能，然后我就按着这样的思路编写了伪代码。开始的时候没有把功能抽取出来，啰嗦的写了很多，然后抽取了print功能，将每一项功能单独出来，代码一下就变少了。

然后我写完上述报告后，看到老师给的复数类还有乘法的功能，我就把代码翻出来，再实现了一下乘法的功能：

运行：

这个时候我觉得自己比任何时候都能理解抽象的好处，每一个功能一旦抽象、封装起来，再增添新功能时调用起来特别方便。