oo第三单元总结

JML理论基础

JML是用于对Java程序进行规格化设计的一种表示语言，用来约束java代码中类和方法编写的状态和行为，形成一种契约式编程。实现者根据JML的约束来编写程序，既可以使结构更加清晰，还可以帮助实现者对代码进行测试。

注释结构

JML以javadoc注释的方式来表示规格，有两种注释方式，行注释和块注释。行注释表示方式为//@annotation，块注释方式为/* @ annotation @*/。

表达式

JML表达式是对Java表达式的扩展，主要分为原子表达式、量化表达式、集合表达式、操作符几种。

原子表达式包括\result表达式，\old表达式这些，主要表示对返回值或对象等的约束。

量化表达式包括\forall表达式，\exists表达式这些，这两个表达式类似于离散数学中的任意和存在的意思。

方法规格

方法规格式的核心内容包含三部分，前置条件、后置条件和副作用约定。

前置条件是对方法输入参数的限制，用requires子句来表示。后置条件是对方法执行结果的限制，用ensures子句来表示。副作用约定指方法在执行过程中对输入对象或this对象进行修改的限制，使用关键词assignable或modifiable来表示。

根据前置条件的约束判断该进行何种操作，大致分为normal_behavior，expcetional_behavior，不同的输入参数通过前置条件判断然后执行对应的处理操作。expcetional_behavior多用signals子句来抛出对应异常。

类型规格

对于课程而言，类型规格主要涉及不变式限制和约束限制。

不变式（invariant）就是要求在所有可见状态下都必须满足的特性（就是对所有修改后的状态的约束）。状态变化约束（constraint）则是对前序可见状态和当前可见状态的关系进行约束（也就是修改后的状态相对于修改前状态的约束）。

以上只是对JML语言的大体结构进行了描述，还有更多细节的东西就不赘述了。

JML工具链应用

OpenJML

OpenJML主要用于JML的语法检查分析，通过运行java -jar openjml.jar -exec Solvers-windows\z3-4.7.1.exe -esc test\*.java报错如下图。

开始完全不知道是什么意思，通过求助同学及搜索引擎才知道原来是三目运算符的问题，将三目运算符修改一下就好了。

JMLUnitNG

JMLUnitNG主要基于JML对代码自动生成测试代码并测试。

先通过java -jar jmlunitng-1_4.jar test/Group.java生成测试代码。

再通过javac -cp jmlunitng-1_4.jar test/*.java

java -jar openjml.jar -rac test/Group.java test/Person.java

java -cp jmlunitng-1_4.jar test.Group_JML_Test开始测试。

可以发现JMLUnitNG只是针对极端数据进行了测试，覆盖面不全（可以说是弱测），通过该测试很难保证程序就是正确的，所以感觉这个好像有点鸡肋，作用不大。

架构分析

整体架构官方接口已给出，要做的只是具体实现。MyPerson类中的容器主要选用的是ArrayList，MyNetWork则主要使用Hashmap，其余的除了少数几个需要优化的算法，基本上都是按照规格对应实现的，所以直接对某些方法使用的算法进行分析。

第一次作业的isCircle直接使用bfs算法。

第二次作业对于Group类中的getRelationSum、getValueSum等方法采用缓存机制（在组内新增Person时或组内两Person之间新增Relation时更新），避免超时。

第三次作业将isCircle改为并查集方法；queryMinPath方法采用堆优化的dijkstra算法，通过容器PriorityQueue实现堆优化。queryStrongLinked则采用先bfs寻找一条路径，然后依次删除这条路径上的每一个点，再用bfs看是否能找到另一条路径，如果都能找到另一条路径就说明是点双连通分量。由于采用并查集方法，在addPerson，addRelation不断更新blockSum，queryBlockSum的复杂度变为O（1），直接返回blockSum即可。

bug分析

第一次作业就由于isCircle没有考虑到起点和终点是同一点的情况，导致强测炸裂。修复只需加上一句简单的判断即可。

第二次作业由于getValueSum没有使用缓存机制导致超时，解决方案自然就是使用缓存机制。互测中也hack到别人getValueSum未使用缓存机制的超时bug，怪只怪自己强测前不充分测试有些方法是否会超时。

第三次作业由于做好了算法优化，未出现bug，互测中也未发现bug。

心得体会

刚开始接触JML时其实是感觉这个用处不大，但开始自己写作业之后才发现有好的JML规格写起代码来是多么舒服。而且严格检查好每个细节，也很难出现bug。而且JML并不是我开始所认为的是一种束缚，JML只是给出了规格的约束，具体实现依然可以自由发挥，只要保证规格就可以了。

多次作业下来，慢慢发现了JML的众多优点，每次写代码前先读一遍全部规格，就能很清晰的了解要实现的功能及代码架构等，然后再根据具体方法规格进行代码的编写，这样对于实现者而言任务量大大减少，而且JML还保证了实现者不会一时疏忽忽略了某些情况，只要按照规格来写，就能保证正确性。

这三次作业除了对于JML有了一定程度的了解，也对算法把握进行了一定的复习，总而言之，这单元收获还是很多的。