实验二 Java面向对象程序设计

实验内容

1. 初步掌握单元测试和TDD

实验步骤

（一）单元测试

(1) 三种代码

• 伪代码
• 产品代码
• 测试代码

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。

知识点：伪代码可以用汉语写，推荐大家用英语写，伪代码与具体编程语言无关，不要写与具体编程语言语法相关的语句（如用malloc分配内存，这样只能用C语言编程了），伪代码从意图层面来解决问题，最终，伪代码是产品代码最自然的、最好的注释。针对上面的问题，我们可以通过伪代码这样解决：

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";
   }
}

-------------------
写了产品代码,我们还要写测试代码，证明自己的代码没有问题。Java编程时，程序员对类实现的测试叫单元测试。类XXXX的单元测试，我们一般写建一个XXXXTest的类，针对MyUtil类我们写一个MyUtilTest.java的测试模块，代码如下：

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!");
    }
}
测试用例(Test Case)，测试用例是为某个特殊目标而编制的一组测试输入、执行条件以及预期结果，以便测试某个程序路径或核实是否满足某个特定需求。这

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!");
    }
}

运行程序发现负分时与期望不一致，终于找到了一个bug，原因是判断不及格时没有要求成绩大于零。我们修改MyUtil.java，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： 我们发现边界情况中输入100时有一个Bug。我们修改MyUtil.java,把判断优秀的条件中包含输入为100的情况，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";
   }
}

(2) TDD(Test Driven Devlopment, 测试驱动开发）

当然先写测试代码了。这种先写测试代码，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：

• 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

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。 Java中有单元测试工具JUnit来辅助进行TDD

在TDDDemo项目中，把鼠标放到项目名TDDDemo上，单击右键，在弹出的菜单中选定New->Source Folder新建一个测试目录test

我们增加第一个测试用例testNormal,注意测试用例前一定要有注解@Test,测试用例方法名任意

输入以下代码：

import org.junit.Test;
import junit.framework.TestCase;
public class MyUtilTest extends TestCase {
    @Test
    public void testNormal() {
        assertEquals("不及格", MyUtil.percentage2fivegrade(55));
        assertEquals("及格", MyUtil.percentage2fivegrade(65));
        assertEquals("中等", MyUtil.percentage2fivegrade(75));
        assertEquals("良好", MyUtil.percentage2fivegrade(85));
        assertEquals("优秀", MyUtil.percentage2fivegrade(95));
    }
}

MyUtilTest.java上，单击右键，选择Run as->JUnit Test,

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

)

2. 理解并掌握面向对象三要素：封装、继承、多态

程序设计中，抽象包括两个方面，一是过程抽象，二是数据抽象。

常见的一个编程原则DRY(Don't Repeat Yourself)，

（2）封装、继承与多态

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。

过程抽象的结果是函数，数据抽象的结果是抽象数据类型（Abstract Data Type，ADT），类可以作具有继承和多态机制的ADT。数据抽象才是OOP的核心和起源。

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. 初步掌握UML建模

 

4. 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)

• OCP是OOD中最重要的一个原则，OCP的内容是：

  • software entities (class, modules, function,  etc.) should open for extension,but closed for modification.
  • 软件实体（类，模块，函数等）应该对扩充开放，对修改封闭。

5. 了解设计模式

 

（ 四）练习

1使用TDD的方式设计关实现复数类Complex。

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
设计
代码实现
测试
分析总结

3. 实现要有伪代码，产品代码，测试代码。

4.总结单元测试的好处

遇到的问题(工具查找，安装，使用，程序的编辑，调试，运行等)、

实验楼网页打不开，就上网安装了StarUML

 

 

解决办法（空洞的方法如“查网络”、“问同学”、“看书”等一律得0分）以及

 学习了staruml软件的一些使用方法，

了解了UML的关系，学习地址http://blog.csdn.net/hevc_cjl/article/details/12091937

关系列表：

1. 继承关系(Generalization)；
2. 实现关系(Realization)；
3. 依赖关系(Dependency)；
4. 关联关系(Association)；
5. 有方向的关联(DirectedAssociation)；
6. 聚合关系(Aggregation)；
7. 组合关系(Composition)；

继承关系（Generalization）：

Class B继承与Class A

 

继承指的是一个类（称为子类、子接口）继承另外的一个类（称为父类、父接口）的功能，并可以增加它自己的新功能的能力，继承是类与类或者接口与接口之间最常见的关系之一；在Java中此类关系通过关键字extends明确标识，在设计时一般没有争议性；

实现关系（Realization）：

Class A实现了Interface A

 

实现指的是一个class类实现interface接口（可以是多个）的功能；实现是类与接口之间最常见的关系之一；在Java中此类关系通过关键字implements明确标识，在设计时一般没有争议性；

依赖关系（Dependency）：

ClassA依赖于ClassB

 

可以简单的理解，就是一个类A使用到了另一个类B，而这种使用关系是具有偶然性的、临时性的、非常弱的，但是B类的变化会影响到A；表现在代码层面，为类B作为参数被类A在某个method方法中使用；

关联关系（Association）：

ClassA与ClassB相互关联

 

这里的关联关系分的比较细，把相互关联和有方向的关联区分开了，相互他体现的是两个类、或者类与接口之间语义级别的一种强依赖关系，是一种长期的稳定的关系；表现在代码层面，为被关联类以类属性的形式出现在关联类中，也可能是关联类引用了一个类型为被关联类的全局变量；

有方向的关联（DirectedAssociation）：

ClassA关联于ClassB

 

是关联的一种特别形式，是单向的；表现在代码层面，为被关联类B以类属性的形式出现在关联类A中，也可能是关联类A引用了一个类型为被关联类B的全局变量；

聚合关系（Aggregation）：

计算机 has-a cpu

 

聚合是关联关系的一种特例，他体现的是整体与部分、拥有的关系，即has-a的关系，此时整体与部分之间是可分离的，他们可以具有各自的生命周期，部分可以属于多个整体对象，也可以为多个整体对象共享；比如计算机与CPU；表现在代码层面，和关联关系是一致的，只能从语义级别来区分；

组合关系（Composition）：

孕妇 contains-a 胎儿

 

组合也是关联关系的一种特例，他体现的是一种contains-a的关系，这种关系比聚合更强，也称为强聚合；他同样体现整体与部分间的关系，但此时整体与部分是不可分的，整体的生命周期结束也就意味着部分的生命周期结束；孕妇死了胎儿自然也就死了；表现在代码层面，和关联关系是一致的，只能从语义级别来区分；

 

分析（从中可以得到什么启示，有什么收获，教训等）。

1.学会养成写三种代码的习惯，了解一些测试代码需要注意的事项，如测试多种情况，特别是边界容易出错；

2.注意测试用例前一定要有注解@Test

3.常见的一个编程原则DRY(Don't Repeat Yourself)，