结对项目作业

1. 项目地址

项目	内容
课程	软件工程
作业	结对项目作业
教学班级	005
项目地址	https://github.com/huangjihui511/IntersectProject2

2. PSP 表格

PSP2.1	Personal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划
· Estimate	· 估计这个任务需要多少时间	10	10
Development	开发
· Analysis	· 需求分析 (包括学习新技术)	120	120
· Design Spec	· 生成设计文档	40	40
· Design Review	· 设计复审 (和同事审核设计文档)	40	20
· Coding Standard	· 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范)	30	20
· Design	· 具体设计	80	120
· Coding	· 具体编码	360
· Code Review	· 代码复审	90	60
· Test	· 测试（自我测试，修改代码，提交修改）	120	120
Reporting	报告
· Test Report	· 测试报告	60	60
· Size Measurement	· 计算工作量	10	10
· Postmortem & Process Improvement Plan	· 事后总结, 并提出过程改进计划	30	30
	合计	990	1030

3. 接口设计

看教科书和其它资料中关于 Information Hiding，Interface Design，Loose Coupling 的章节，说明你们在结对编程中是如何利用这些方法对接口进行设计的。（5'）

信息隐蔽是开发整体程序结构时使用的法则，即将每个程序的成分隐蔽或封装在一个单一的设计模块中，定义每一个模块时尽可能少地显露其内部的处理。信息隐蔽原则对提高软件的可修改性、可测试性和可移植性都有重要的作用。

以下列举了一些信息隐藏原则的应用。
1 多层设计中的层与层之间加入接口层；
2 所有类与类之间都通过接口类访问；
3 类的所有数据成员都是private，所有访问都是通过访问函数实现的；

藕合度是度量一个代码单元在使用时与其他单元的关系。松耦合是一个单元无需其他代码单元特别的配合而可以使用。

我们运用了单例模式的思想封装出一个core类，相当于计算处理器，用vector存储几何体，拥有计算交点的方法。这样后端就被完整封装，和ui之间的耦合很松散，只需要在ui中创建core对象。

我们写了一个Geometry结构体用来存储直线和圆的实例（为了在core中形成一个几何体容器，不区分直线和圆的具体类别），使用void getObj(Circle& obj)或void getObj(Line& obj)的方法根据传入参数的类型得到对应实例，体现了信息的隐藏。

但是我们Line，Circle类的属性是public的，这一点不够谨慎，没有充分隐藏信息。

4. 计算模块接口的设计与实现过程

设计包括代码如何组织，比如会有几个类，几个函数，他们之间关系如何，关键函数是否需要画出流程图？说明你的算法的关键（不必列出源代码），以及独到之处。（7'）

Point类：继承自pair，表示坐标点。

Line类：表示直线、射线、线段，类别由属性type标识。包含计算直线交点的函数getIntersection_ll。

class Line {
public:
	double a;
	double b;
	double c;
	GType type;
	Point e;	//方向向量
	Point p1;	//输入点
	Point p2;

	Line();
	Line(Point source, Point target, GType type);
	int getIntersection_ll(set<Point>* intersections, Line l1, Line l2);
	void operator=(const Line& line);
};

Circle类：表示圆。包含计算两圆交点的函数getIntersection_cc。

class Circle {
public:
	Point c;
	double r;

	Circle();
	Circle(Point c, double r);
	void operator=(const Circle& circle);
	int getIntersection_cc(set<Point>* intersections, Circle c1, Circle c2);
};

Geometry结构体：包含一个Line或Circle类的实体，和一个指示类别的Gflag（取值为L或C）。这样就可以将Line和Circle的对象加入一个vector。

struct Geometry {
	GType Gflag;
	union {
		Line lObj;
		Circle cObj;
	};

	Geometry(Line l);
	Geometry(Circle c);
	void getObj(Line& obj);
	void getObj(Circle& obj);
	void operator=(const Geometry& g);
};

举例，将Line加入vector。

vector<Geometry> geomrties；
Line *l;
geomrties.push_back(*l);

Core类：封装的计算核心模块，方便测试。

class DLL3_API Core {
public:
	set<Point> intersections;			//交点集合
	vector<Geometry> geomrties;			//几何体
	vector<string> errorInformations;	//错误信息
	int isValid = 1;
	void addGeomrties(ifstream *fin);	//从文件增加几何体
	void addGeomrtie(string text);		//增加单个几何体
	int intersect();					//求geomrties内几何体的交点
	int addError(string input);			//增加错误信息
};

函数与类的关系：

关键方法基本都封装在了类里面。先调用core.addGeomrties()函数增加几何体，再调用core.intersect()计算交点。addGeomrties函数是通过遍历文件调用若干addGeomrtie实现的，在测试阶段可以这样调用addGeomrtie("L 0 0 1 1")直接增加输入。intersect函数计算每两个几何体之间的交点，根据几何体类别分别调用getIntersection_ll、getIntersection_cc、getIntersection_cl。

算法关键：

圆与直线的交点算法与作业一相同，不再赘述。为了实现线段和射线的扩展，只需要把他们当作直线计算交点，然后判断交点是否在线段或者直线上。由于交点一定在线段或者射线延伸出来的直线上，只需判断交点的横坐标是否在线段端点之间，或者射线无限延伸的那一边。

判断交点与直线位置关系

错误处理中判断“无限交点”这一项，判断直线类的几何体是否重合条件比较复杂。普通直线的重合判断公式是\(\frac{A1}{A2}=\frac{B1}{B2}=\frac{C1}{C2}\)。一种特殊情况是线段、射线所在直线重合时，由于自身长度有限可能并不重合。

5. UML图

阅读有关 UML 的内容：https://en.wikipedia.org/wiki/Unified_Modeling_Language。画出 UML 图显示计算模块部分各个实体之间的关系（画一个图即可）。（2’）

6. 性能改进

计算模块接口部分的性能改进。记录在改进计算模块性能上所花费的时间，描述你改进的思路，并展示一张性能分析图（由VS 2015/2017的性能分析工具自动生成），并展示你程序中消耗最大的函数。（3'）

我们采用了\(O(n^2)\)的交点求解算法。虽然求线段交点可以采用Bentley & Ottmann提出的基于扫描线的算法，将复杂度降到\(O(nlogn)\)，但是我们的问题中有多种几何体，只优化线段与线段效果有些鸡肋。

消耗最大的函数是getIntersection_ll，计算直线交点的函数，因为输入中只有直线类的几何体。在getIntersection_ll中最耗费时间的是set::insert函数。

7. Design by Contract，Code Contract

看 Design by Contract，Code Contract 的内容：
http://en.wikipedia.org/wiki/Design_by_contract
http://msdn.microsoft.com/en-us/devlabs/dd491992.aspx
描述这些做法的优缺点，说明你是如何把它们融入结对作业中的。（5'）

Code Contract规定软件设计人员应为软件组件定义正式，精确和可验证的接口规范，该规范应使用前提条件，后置条件和不变式来扩展抽象数据类型的普通定义。根据对商业合同的条件和义务的概念隐喻，这些规范被称为“contract”（合同）。

优点是

定义了精确的接口规范，从而使得程序移植性好，降低出错的机率。

缺点是

一些简单的函数也使用接口规范，会增加开发的负担。

我们对接口返回值的规定，用注释标注在了函数定义之前。由于大多数函数比较简单，只写了个别的函数，比如检查错误的函数返回值的含义。

8. 单元测试

计算模块部分单元测试展示。展示出项目部分单元测试代码，并说明测试的函数，构造测试数据的思路。并将单元测试得到的测试覆盖率截图，发表在博客中。要求总体覆盖率到 90% 以上，否则单元测试部分视作无效。（6'）

单元测试代码

分别摘取了一个功能测试和一个异常测试，其中异常测试中测了判断输入格式的函数。

//圆与直线相切
		TEST_METHOD(TestMethod9)
		{
			Core core;
			core.addGeomrtie("C 0 0 1");
			core.addGeomrtie("L 1 0 1 1");
			core.intersect();
			set<Point>::iterator it = core.intersections.begin();
			Assert::AreEqual((int)core.intersections.size(), 1);
			Assert::AreEqual(it->first, 1.0);
			Assert::AreEqual(it->second, 0.0);
		}
//坐标越界
		TEST_METHOD(TestMethod13)
		{
			Assert::AreEqual(checkRange("L 0 0 100000 0"), 1);
			Assert::AreEqual(checkRange("L 0 0 -100000 0"), 1);
			Assert::AreEqual(checkRange("L 0 0 100001 0"), 1);
			Assert::AreEqual(checkRange("L 0 0 -100001 0"), 1);
		}

测试思路

功能测试：直线相交，直线平行，斜率无穷；两圆相离，嵌套，相切，相交；圆与直线相离，相切，相交；直线与线段相离；直线与射线相交，相离；圆内含线段，内含射线端点，圆与射线相离。

异常测试：输入图形类别出错；输参数为小数；参数个数出错；圆的半径小于零；坐标越界；直线两点相同；两直线重合；两线段重合；（在同一直线上的）两线段不重合，两线段连接；两射线重合；（在同一直线上的）两射线不重合，两射线连接。

覆盖率截图

9. 异常处理说明

计算模块部分异常处理说明。在博客中详细介绍每种异常的设计目标。每种异常都要选择一个单元测试样例发布在博客中，并指明错误对应的场景。（5'）

我们定义了4种异常，如下图所示:
1. 输入的语句不符合语法：
2. 图形的数值不符合范围：
3. 图形两点存在重合：
4. 两个几何体有无穷交点：
对每一种异常，我们都给其定义一个返回值

其中两个几何体之间存在交点是最复杂的，需要考虑射线的方向，线段的端点。

10. 界面模块

界面模块的详细设计过程。在博客中详细介绍界面模块是如何设计的，并写一些必要的代码说明解释实现过程。（5'）

界面模块采用QT来开发。界面如下图所示，有一个窗口，三个部分：

最左边是功能控制面板。从上到下依次为控制按钮，图形选择器，输入文本框，状态反馈窗口，调整画图版。用户首先在输入文本输入想要添加的几何体，使用语法和控制台程序一样。然后点击添加按钮，该几何体就会出现在图形选择器界面中，同时在状态反馈窗口中提示用户输入是否合法，如果合法，则会在画板中更新。除此之外，用户可以通过删除按钮，导入文件按钮来删除几何体和从文件导入几何体。
中间的部分是画图版，每一次添加删除几何体，改变窗体大小都会重新绘制图像。画图内容包括坐标轴及其刻度，几何图形的轮廓，交点。
右边部分是我们的显示交点信息的界面，顶部显示交点的数量，下面显示交点的数值。
设计过程：这是我们第一次接触UI设计的领域，严格的说之前还有设计网页UI的经历，但不同的是，软件的UI需要从头到尾自己编码而不是简单的调用模版。我们先认真的分析了用户的使用习惯，得出了一下思路：
1. 尽量简洁，避免多余的点击操作
2. 把所有信息显示在一个平面上
3. 实时提供反馈
因此我们这样设计了这个软件，具体的实施过程中我们通过看样例，搜索网络资料，自己实验等方法，从无到有积累经验完成了ui的制作。