oo第三单元总结

一． 梳理JML语言的理论基础、应用工具链情况

JML(Java Modeling Language)是用于对Java程序进行规格化设计的一种表示语言。通过JML及其支持工具，不仅可以基于规格自动构造测试用例，并整合了SMT Solver等工具以静态方式来检查代码实现对规格的满足情况。

JML语言的理论基础：

1. 注释结构

JML以javadoc注释的方式来表示规格，每行都以@起头。有两种注释方式，行注释和块注释。其中行注释的表示方式为//@annotation，块注释的方式为/* @ annotation @*/。

2. JML表达式 （JML的表达式是对Java表达式的扩展，新增了一些操作符和原子表达式。）

(1).原子表达式:

\result表达式：表示一个非void类型的方法执行所获得的结果，即方法执行后的返回值。

\old(expr)表达式：用来表示一个表达式expr在相应方法执行前的取值。

\not_assigned(x,y,...)表达式：用来表示括号中的变量是否在方法执行过程中被赋值。

\not_modified(x,y,...)表达式：与\not_assigned表达式类似。

\nonnullelements(container)表达式：表示container对象中存储的对象不会有null。

\type(type)表达式：返回类型type对应的类型(Class)。

\typeof(expr)表达式：该表达式返回expr对应的准确类型。

(2).量化表达式:

\forall表达式：全称量词修饰的表达式。

\exists表达式：存在量词修饰的表达式。

\sum表达式：返回给定范围内的表达式的和。

\max表达式：返回给定范围内的表达式的最大值。

\min表达式：返回给定范围内的表达式的最小值。

\num_of表达式：返回指定变量中满足相应条件的取值个数。

(3).集合构造表达式：可以在JML规格中构造一个局部的集合（容器），明确集合中可以包含的元素。

(4).操作符:

子类型关系操作符：E1<:E2，如果类型E1是类型E2的子类型(sub type)，则该表达式的结果为真，否则为假。

等价关系操作符：b_expr1<==>b_expr2或者b_expr1<=!=>b_expr2，其中b_expr1和b_expr2都是布尔表达式，这两个表达式的意思是b_expr1==b_expr2或者b_expr1!=b_expr2。

推理操作符：b_expr1==>b_expr2或者b_expr2<==b_expr1。

变量引用操作符：\nothing指示一个空集；\everything指示一个全集。

3. 方法规格

前置条件(requires)：对方法输入参数的限制，如果不满足前置条件，方法执行结果不可预测，或者说不保证方法执行结果的正确性。

后置条件(ensures)：对方法执行结果的限制，如果执行结果满足后置条件，则表示方法执行正确，否则执行错误。

副作用(assignable或者modifiable)：方法在执行过程中对输入对象或this对象进行了修改.

4. 对数据规格的抽象：

不变式限制(invariant)。

约束限制(constraints)。

 JML语言的应用工具链情况：

JML工具链

openjml：检测JML注释正确性，可以自动识别和分析处理JML规格。

SMT Solver工具：以静态方式来检查代码实现对规格的满足情况。

 单元测试生成器jmlunit：可以从JML注释中生成JUnit测试代码。

 

二．部署JMLUnitNG/JMLUnit，针对Graph接口的实现自动生成测试用例， 并结合规格对生成的测试用例和数据进行简要分析

测试代码如下：

 

 得到的文件树：

测试结果：

从Passed测试数据来看，自动测试选取了一些边界条件进行测试，通过自动测试，基本可以认为代码符合规格。

 

三．按照作业梳理自己的架构设计，并特别分析迭代中对架构的重构

1.第一次作业：实现一个路径管理系统，可以通过各类输入指令来进行数据的增删查改等交互。

第一次作业因为需要求出容器内不同结点个数，而那时候没有了解hashset，hashmap，一直用的是ArrayList，当每次求容器内不同结点个数，采用了快排，然后在计算不同结点的算法，没有进行充分的测试，导致强测没过。听同学讲思路分析后，重构了这次作业的架构。

重构后的架构如下：

MyPath类除了记录结点的容器（ArrayList）nodes外，还使用了一个容器（HashSet）distinctode用于记录不同结点，这样distinctnode.size就表示了MyPath里面不同结点的个数了。MyPathContainer类中使用了三个容器，一个是记录全部Path的容器（ArrayList），一个是记录Path序号的容器（ArrayList）,还有一个记录全部Path的所有不同结点的HashMap容器，键值为结点，value为结点的数量，当有新的Path进入或者删除Path时，只需取出该结点对应的value，对value进行操作即可。

2. 第二次作业：在第一次作业的基础上，实现一个无向图系统。

架构如下：

第二次作业相对第一次作业，只需要多实现containsNode(), containsEdge(), isConnected(), getShortestPathLength()四个方法。在第一次作业的基础上，增加了两个类，Dijkstra和Edge类，MyGraph增加一个容器(HashMap，key为Edge,value为equal key的数量)edges在每次增加或者删除Path时，只需做到和distinctnode相同的操作即可，先判断，然后决定是否改变value，containsNode(), containsEdge()只需用上面的算法即可实现，isConnected(), getShortestPathLength()两个方法主要与Dijkstra类有关，因为考虑到时间复杂度，采用迪杰斯特拉算法，并且保存中间已经算出的距离，当没有增加或者删除的操作，若已经在前面算出了距离，下次需要用时直接返回就行；当有增加或者删除的操作时，就需要改变整张图，需要重新计算。

 3. 第三次作业：实现一个简单地铁系统。

架构如下：

第三次作业相对于第二次作业主要是多了四个问题，连通块，LeastTransfer（最少换乘次数），LeastPrice（最少票价），LeastUnpleasantValue（最小不满意度）的问题，其余与第二次作业一致，连通块和最少换乘次数是基于一个图操作的，即建一个图把每一个条路径上所有相连的点都记录下来，且相连点之间的距离均为1，使用迪杰斯特拉算法求两点之间的距离时就是求出最少换乘次数，通过广度优先算法，即可求出连通块数量；LeastPrice（最少票价），LeastUnpleasantValue（最小不满意度）这两个问题基于添加结点解决，将所有在两条Path中出现的结点一分为二，两个点之间距离为转乘票价或者转乘的不满意度，只需这样，然后采用迪杰斯特拉算法算出最小值即可。

 

四．按照作业分析代码实现的bug和修复情况

第一次因为架构的问题，导致强测超时，没有进入互测，除了重构外，还发现了一个bug，通过ArrayList存数据时，取出来的并不是该数据，而是Integer对象。

第二次互测时被找出了一个bug，之前是当起点与终点相同时，没有将该边加入边的容器中，导致了结果的错误。

第三次作业因为优化不够的问题，导致了强测中两个点没有过，修复时做了一些优化，因为是迪杰斯特拉算法，所以当知道起点和终点时，可以计算起点到终点，也可以计算终点到起点，找中间计算结果时可以找两次后再进行更新，这样，应该能节省一点时间。

 

五．阐述对规格撰写和理解上的心得体会

使用规格能将一个问题讲清楚，能将一个方法描述清楚，只不过因为这样，规格写起来可能会比自然语言表达更加繁杂；

通过规格也能进行自动化测试，能够使自己写的代码更加可靠，以前只能对一个类进行测试，通过规格测试工具能够对一个方法进行测试，这样，以后出现bug的机率也变小了；

通过规格，也能使一个方法做一件事，如果将所有事都交给一个方法来实现，规格将会变得非常复杂；

规格也能将设计与实现分离开，各做各的，不容易产生错误。