结对项目博客

项目	内容
这个作业属于哪个课程	2020计算机学院软件工程(罗杰 任健)
这个作业的要求在哪里	结对项目作业
教学班级	006
项目地址	https://github.com/CrapbagMo/PairProgramIntersect

1. PSP表格

PSP2.1	Personal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划	30	30
· Estimate	· 估计这个任务需要多少时间	30	30
Development	开发	930	1020
· Analysis	· 需求分析 (包括学习新技术)	90	120
· Design Spec	· 生成设计文档	30	30
· Design Review	· 设计复审 (和同事审核设计文档)	60	60
· Coding Standard	· 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范)	30	30
· Design	· 具体设计	150	180
· Coding	· 具体编码	360	360
· Code Review	· 代码复审	60	90
· Test	· 测试（自我测试，修改代码，提交修改）	240	240
Reporting	报告	60	70
· Test Report	· 测试报告	30	40
· 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	20	20
	合计	1110	1210

2. Information Hiding，Interface Design，Loose Coupling

• Information Hiding 是指信息隐藏原则，在1972年被 David Parnas 提出，他指出：代码模块应该采用定义良好的接口来封装，这些模块的内部结构应该是程序员的私有财产，外部是不可见的。在结对编程中，我们对于信息隐藏的应用是：
  • 在多层设计中的层与层之间加入接口层
  • 所有类与类之间都通过接口类访问
  • 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
• Interface Design 是指接口设计，接口被定义为职责（或角色、能力），接口决定了一种类能够做什么，赋予了他在某种情况下的权力和义务。在结对编程中，我们专注于定义行为，把某个具体功能提取出来，先把这个功能弄成策略，然后各自具体用类去继承这个接口。
• Loose Coupling 是指松耦合，是指减少一个代码单元与其他代码单元的配合关系。最理想、最松散的耦合，是一个单元无需其他代码单元的配合可以单独完成它的功能。松耦合的目标是最小化依赖。松耦合这个概念主要用来处理可伸缩性、灵活性和容错这些需求。在结对编程中，我们通过加入中间层，来减少各个代码单元之间的耦合度。

3. 计算模块接口的设计与实现

1. 函数及类：

   • 五个主要类

     点类：class Point

     图形类：class Figure

     线条类：class Line: Figure

     圆形类：class Circle: Figure

     平面容器类：class PlaneContainer；

   • 五个主要函数：

     添加图形：int add_Figure(std::string buf)

     初始化容器：void initial_PlaneContainer()

     释放容器：void dispose_PlaneContainer()

     获取交点序列：double* get_IntersectionPoints()

     获取交点数目：int get_NumOfIntersectionPoints()

2. 主要作用：

   • Circle、Line类继承自Figure类，实现std::set<Point>intersect(Figure*)方法。该方法返回两个图形的交点集合。
   • 五个函数都是对外提供的接口函数。init_PlaneContainer、dispose_PlaneContainer采用单例模式用于维护全局静态变量PlaneContainer* pc；add_Figure、get_NumOfIntersectionPoints、get_IntersectionPoints用于提供添加图形、获取交点序列、交点数目功能。
   • 异常由add_Figure函数捕获并处理，处理完后已错误代码形式返回，具体处理方式本节不做介绍。

3. 算法关键及独到之处：

   • 首先考虑直线和圆的情况（先不考虑射线和线段）：

     按照直线和直线, 直线和圆, 圆和圆在平面上的关系分为下面三种情况考虑:

     直线和直线:

     • 判断直线是否相交: \(A_1*B_2-A_2*B_1!=0\)则相交.

     • 若相交则求交点: \((\frac{B_1*C_2-B_2*C_1}{A_1*B_2-A_2*B_1}，\frac{A_2*C_1-A_1*C_2}{A_1*B_2-A_2*B_1})\)

       直线和圆:

     • 联立直线和圆方程(为了起见简便, 若\(B!=0\), 化为斜截式再联立), 求得系数\(tA\), \(tB\), \(tC\).

     • 根据\(Delta=tB^2-4*tA*tC\)判断交点个数

     • 若\(Delta\ge0\) , 根据求根公式求得交点横坐标, 进而求出交点.

       圆和圆:

     • 计算圆心距\(dis=\sqrt{(x_1-x_2)^2+(y_1-y_2)^2}\).

     • 比较圆心距\(dis\) 和半径和\(r_1+r_2\), 半径差\(|r_1-r_2|\) .

     • 若有交点则两圆相减求出相交弦方程, 进而转化为直线和圆得交点.

   • 注意到直线、射线、线段的不同点仅在于其坐标范围不同。因此为Line类引入范围属性（\(R \leq x \leq S\)）即可同时表示三种线，其中射线、直线的无穷端以宏INF表示。求交点时，将Line与Figure求交点，求得的交点再判断是否在Line所在范围内即可，若不在范围内则剔除。这就将直线、射线、线段统一了。

4. UML实体关系图

5. 计算模块接口部分的性能改进

• 改进之前，一分钟之内只能运算两百张图不到，运行一分钟（处理了大约150个图形）后性能探测截图：

可以看到，主要时间都花在了，PlaneContainer.insert方法的set_union函数上。

经查阅资料发现，在set_union函数中，存在了多次set复制，效率极低。于是修改了此处逻辑如下：

• 修改之后，可以在20秒左右完成2000个图形的计算，性能大大提高，与改前可谓“天壤之别”再次执行了性能探查：

此时PlaneContainer.insert方法已经不耗费太多时间了。

6. Design by Contract & Code Contract

Design by Contract 和 Code Contract 是指契约式设计和代码遵守的契约，是按照某种规定对一些数据等做出约定，如果超出约定，程序将不再运行，例如要求输入的参数必须满足某种条件，否则不会运行。我们在声明一个函数/方法的时候，对函数的输入和输出所具备的性质是有所期望和规定的。有时候这种性质会被我们明确的写出来，有时候会被我们忽略掉。这些期望和规定就是Contract。

契约编程在面向对象设计课程中有所涉及，第一次接触 JML，我的反应是：这也太傻了，不就是帮程序员把程序用伪代码实现了吗！其实这并不对，契约式编程的重要原则就是推迟对于过程的思考。JML是在代码中增加了一些符号，这些符号只表述一个方法要干什么，并不关心它的实现过程。

这样的契约编程在当时看来是非常耗时的，我们需要首先在设计好接口的条件下，先对所有的函数仔细思考其“输入” 及 “输出”，再进行具体的编码。

我们在结对编程中由于时间关系，并没有使用契约式编程的方法。经过个人项目的磨练，core 中的核心代码涉及的函数在我们看来，其输入输出参数的条件都已经非常明了，特意地为了完成契约式编程的任务而改变相对更熟悉的工作方式，在我们看来是不明智的。

7. 计算模块部分单元测试展示

代码覆盖率情况：（使用VS2017 Enterprise代码覆盖率工具生成）

对项目中的类的单元测试覆盖率为 \(93.07\%\) ，对类 Circle 的覆盖率为 \(100\%\), 对类 Line 的覆盖率为 \(98.5\%\) 。

我们设置了针对功能的测试和针对异常的测试。

针对功能性测试，我们测试了圆、直线、线段和射线的一些函数在正常情况下的功能性，同时也构造了一些特殊情况下的测试用例，比如

// 射线 圆 内部相交
PlaneContainer pc;
pc.insert(new Circle(0, 0, 2));
pc.insert(new Line(1, 0, 2, 2, RL));
int count = pc.countIntersectionPoints();
Assert::AreEqual(count, 1);

// 射线 射线 一个交点
PlaneContainer pc;
pc.insert(new Line(0, 0, 1, 1, RL));
pc.insert(new Line(0, 0, -1, -1, RL));
int count = pc.countIntersectionPoints();
Assert::AreEqual(count, 1);

// 精度测试
PlaneContainer pc;
pc.insert(new Line(0, -100000, 1, 100000, SL));
pc.insert(new Line(0, 0, 0, 1, SL));
pc.insert(new Line(0, -99999, 1, -99999, SL));
int count = pc.countIntersectionPoints();
Assert::AreEqual(count, 3);

8. 计算模块部分异常处理说明

本次结对项目中，我们共设计了五类异常，

• 输入不满足标准格式

  我们使用正则表达式来识别输入是否满足标准格式，正则表达式如下：

  std::regex segREGEX("S\\s+-?\\d+\\s+-?\\d+\\s+-?\\d+\\s+-?\\d+\\s*\\n?");
  std::regex lineREGEX("L\\s+-?\\d+\\s+-?\\d+\\s+-?\\d+\\s+-?\\d+\\s*\\n?");
  std::regex rayREGEX("R\\s+-?\\d+\\s+-?\\d+\\s+-?\\d+\\s+-?\\d+\\s*\\n?");
  std::regex circleREGEX("C\\s+-?\\d+\\s+-?\\d+\\s+-?\\d+\\s*\\n?");
  

• 参数不在标准范围 (-100000, 100000) 内

• 定义直线的两点重合

• 圆的半径不大于零

• 计算中出现无穷交点

  • 直线、线段或射线与直线、线段或射线出现部分或完全重合

  • 两圆完全重合

对于单元测试，我们对每一类异常场景及正常场景设计了3-4个测试样例，测试代码如下，

TEST_METHOD(TestMethod1)
{	// 格式错误
    int res = add_Figure("acsd");
    Assert::AreEqual(res, -1);
    delete(pc);
}

TEST_METHOD(TestMethod2)
{	// 格式错误
    int res = add_Figure("C 5 3 -2 1");
    Assert::AreEqual(res, -1);
    delete(pc);
}

TEST_METHOD(TestMethod3)
{	// 格式错误
    int res = add_Figure("L -5 3 -2 0 4");
    Assert::AreEqual(res, -1);
    delete(pc);
}

TEST_METHOD(TestMethod4)
{	// 格式错误
    int res = add_Figure("R 5 -3 2");
    Assert::AreEqual(res, -1);
    delete(pc);
}

TEST_METHOD(TestMethod5)
{	// 格式错误
    int res = add_Figure("c 5 -3 2");
    Assert::AreEqual(res, -1);
    delete(pc);
}

TEST_METHOD(TestMethod6)
{	// 格式错误
    int res = add_Figure("S 5 -3 2 0-1\n");
    Assert::AreEqual(res, -1);
    delete(pc);
}

TEST_METHOD(TestMethod7)
{	// 正常
    int res = add_Figure("R 5 -3 2 3");
    Assert::AreEqual(res, 0);
    delete(pc);
}

TEST_METHOD(TestMethod8)
{	// 正常
    int res = add_Figure("C 5 -3 3\n");
    Assert::AreEqual(res, 0);
    delete(pc);
}

TEST_METHOD(TestMethod10)
{	// 半径小于0
    int res = add_Figure("C 5 -3 -2 \n");
    Assert::AreEqual(res, 3);
}

TEST_METHOD(TestMethod11)
{	// 半径等于0
    int res = add_Figure("C -5 -3 0\n");
    Assert::AreEqual(res, 3);
}

TEST_METHOD(TestMethod12)
{	// 点超出坐标轴范围
    int res = add_Figure("L 963214 -3 2 3\n");
    Assert::AreEqual(res, 1);
}

TEST_METHOD(TestMethod13)
{	// 点超出坐标轴范围
    int res = add_Figure("R 5 -3 526151 3\n");
    Assert::AreEqual(res, 1);
}

TEST_METHOD(TestMethod14)
{	// 点超出坐标轴范围
    int res = add_Figure("C -3 526151 3\n");
    Assert::AreEqual(res, 1);
}

TEST_METHOD(TestMethod15)
{	// 两点重合
    int res = add_Figure("R 2 -3 2 -3 ");
    Assert::AreEqual(res, 2);
}

TEST_METHOD(TestMethod16)
{	// 两点重合
    int res = add_Figure("L 99999 88888 99999 88888 \n");
    Assert::AreEqual(res, 2);
}

TEST_METHOD(TestMethod17)
{	// 两点重合
    int res = add_Figure("S 0 2 0 2 \n");
    Assert::AreEqual(res, 2);
}

TEST_METHOD(TestMethod18)
{	// 无穷交点
    add_Figure("L 2 2 3 3 ");
    int res = add_Figure("L 0 0 -1 -1 \n");
    Assert::AreEqual(res, 4);
}

TEST_METHOD(TestMethod19)
{	// 无穷交点
    add_Figure("S 2 2 4 4 ");
    int res = add_Figure("S 3 3 0 0 \n");
    Assert::AreEqual(res, 4);
}

TEST_METHOD(TestMethod20)
{	// 无穷交点
    add_Figure("R 1 1 4 4 ");
    int res = add_Figure("S 2 2 0 0 \n");
    Assert::AreEqual(res, 4);
}

TEST_METHOD(TestMethod21)
{	// 无穷交点
    add_Figure("R 1 1 1 0 ");
    int res = add_Figure("S 1 0 1 5 \n");
    Assert::AreEqual(res, 4);
}

TEST_METHOD(TestMethod22)
{	// 无穷交点
    add_Figure("C 1 1 1  ");
    int res = add_Figure("C 1 1 1 \n");
    Assert::AreEqual(res, 4);
}

9. 界面模块的详细设计过程 & 10. 界面模与计算模块的对接

• 界面模块是基于.NET 4.7.2 的窗体应用，采用C#语言编写。

• 除Program用于定义Main函数外，整个模块一共只有类，下面结合图形、代码介绍该类的组成

namespace GUI
{
    unsafe public partial class MainForm : Form
    {
        //下面为控件类实例，由VS自动生成
        //Panel是主要的控件，用于绘图
        private System.Windows.Forms.Panel panel1;
        //打开输入文件对话框
        private System.Windows.Forms.OpenFileDialog openFileDialog1;
        //文件输入按钮和手工输入按钮
        private System.Windows.Forms.Button inputButton;
        private System.Windows.Forms.Label pathInput;//保存并显示输入文件路径
        private System.Windows.Forms.Button button2;
        //1-6用于获取手工输入图形的数据，7用于显示多行提示信息
        private System.Windows.Forms.TextBox textBox1;
        private System.Windows.Forms.TextBox textBox2;
        private System.Windows.Forms.TextBox textBox3;
        private System.Windows.Forms.TextBox textBox4;
        private System.Windows.Forms.TextBox textBox5;
        private System.Windows.Forms.TextBox textBox6;
        private System.Windows.Forms.TextBox textBox7;
        //以下label用于显示单行信息
        private System.Windows.Forms.Label num;
        private System.Windows.Forms.Label label2;
        private System.Windows.Forms.Label label3;
        private System.Windows.Forms.Label label4;
        private System.Windows.Forms.Label label5;
        private System.Windows.Forms.Label label6;
        private System.Windows.Forms.Label label7;
        private System.Windows.Forms.Label label8;
        private System.Windows.Forms.Label label9;
        
        //下面为用户变量
        //绘图画笔
        private Pen pen;
        //绘图类
        private Graphics g;
        //直线容器，每四个数字代表一条直线
        private LinkedList<int> StraightLines;
        //射线容器，每四个数字代表一条射线
        private LinkedList<int> RayLines;
        //线段容器，每四个数字代表一条线段
        private LinkedList<int> LineSegments;
        //圆形容器，每三个数字代表一个圆形
        private LinkedList<int> Circle;
        
		//下面的五个函数皆为从core.dll中导入的接口函数
        //添加图形并返回添加结果
        [DllImport("core.dll")]
        private static extern int add_Figure(StringBuilder buf);
        //初始化容器
        [DllImport("core.dll")]
        private static extern void initial_PlaneContainer();
        //摧毁容器
        [DllImport("core.dll")]
        private static extern void dispose_PlaneContainer();
        //获取交点序列
        [DllImport("core.dll")]
        private static extern double* get_IntersectionPoints();
        //获取交点数目
        [DllImport("core.dll")]
        private static extern int get_NumOfIntersectionPoints();
        
       	//下面为成员方法（包括回调函数）
        //构造方法，主要为变量分配。
        public MainForm();
        //窗体打开和关闭的回调，用于显示欢迎和再见提示
        private void MainForm_Load(object sender, EventArgs e);
        private void MainForm_FormClosing(object sender, FormClosingEventArgs e)
        //输入按钮的回调函数，用于处理文件输入
        private void inputButton_Click(object sender, EventArgs e);//文件输入
        private void button2_Click(object sender, EventArgs e)//手工输入
        //画板的重绘回调函数，用于绘制图形
        private void panel1_Paint(object sender, PaintEventArgs e);
        //处理add_Figure函数返回来的错误代码
        private bool processRetVal(int retCode, string line);
        //存储图形，以供绘图函数使用
        private void store(string buf);
        //四个小的绘图函数
        private void drawLine();
        private void drawCircle();
        private void drawRay();
        private void drawLineSegment();
        //坐标系变换函数
        private void change(ref Point p);
        private void change(ref PointF p)
    }
}

1. 重点介绍以下几个函数的运行逻辑

   • private void inputButton_Click(object sender, EventArgs e);//文件输入

     • 若打开不成功则不进行处理并给出提示。

     

     • 否则，按行循环读取文件送string line，调用add_Figure处理，并获取处理结果送int retCode。

     • 将line和retCode交给processRetVal处理。

     • 通过get_NumOfIntersectionPoints更新交点数目并显示

   • private void button2_Click(object sender, EventArgs e);//手工输入

     • 通过6个TextBox输入框获取输入数据。
     • 根据LRSC输入框输入的类型代码，将LRSC和后面的相应输入框中内容组成string line，调用add_Figure处理，并获取处理结果送int retCode。
     • 将line和retCode交给processRetVal处理。
     • 通过get_NumOfIntersectionPoints更新交点数目并显示

   • private bool processRetVal(int retCode, string line);

   • 若retCode==0，未发生异常，调用store将line存储。

   • 否则，不进行存储并提示相应的错误，提示用户，例如。

   

   • private void panel1_Paint(object sender, PaintEventArgs e);
     • 绘制坐标系、刻度等。
     • 调用drawLine、drawCircle、drawRay、drawSegment绘制相应图形。

2. 模块对接

   1. core模块不提供内存管理，由接口函数init_PlaneContainer和dispose_PlaneContainer管理。
   2. 核心接口add_Figure供界面模块调用。
      1. 正则匹配，如果格式不符合要求，不进入下一步并返回相应的错误代码。否则予以解析进入下一步。
      2. 根据解析结果，构造相应的Figure并捕获可能的异常，如果构造过程中出现两点重合、半径非正等异常，不进入下一步，并反回相应的错误代码。
      3. 将构造的Figure假如容器pc，并捕获可能的异常，如果出现无穷交点等异常，不进入下一步，并返回相应错误代码。
      4. 正常返回。代码代码0；

3. 使用图例

   

11. 结对过程描述

我们在结对过程中使用了 Visual Studio 中的 Live Share 和微信进行交流，截图如下。

12. 结对编程的优缺点

优点：

• 结对编程中，两个人都必须对代码熟悉，所以两个人都处于对代码不断地处于 “复审‘ 的过程，不断地审核、提高的过程。这样可以提高代码质量。
• 结对编程可以让程序员更专注于工作，更注重代码质量、代码风格等。

结对编程的过程也是一个互相督促的过程，每个人的一举一动都在别人的视线之内，所有的想法都要受到对方的评价。由于这种督促的压力，使得程序员更认真地工作。

• 结对编程使工作更容易、简单，因为一个人工作时遇到困难很容易陷入颓废无力的境况。而结对编程中，往往比较少产生两个人都无力解决的问题，即使遇到了，双方也会互相鼓励，而不是陷入恶性循环。

缺点：

• 结对编程中如果双方的水平差不多，就能具有更高的效率。但如果双方的水平差距较大，则会出现强的一方拉着弱的一方走的情形。对于强的一方，可能承包了大部分工作，既累又没办法保障代码的质量；；而对于弱的一方，没有参与感，对项目一知半解，更产生了挫败感。在这种情况下，双方的交流也不在同一个层次上，结对编程不如独自编程。

结对伙伴的优点：

• 有责任心
• 自学能力强
• 思路清晰

结对伙伴的缺点：

• 有点贪玩，使项目完成时间略微滞后

我的优点：

• 有责任心
• 认真
• 经常主动交流

我的缺点：

• 没有脑子，做不了设计，只能跟着队友走