实验二 Java面向对象程序设计

Posted 2020-10-31 我

实验二 Java面向对象程序设计

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实验报告封面：

课程：Java程序设计  班级：1652班  姓名：王高源 学号：20165225

指导教师：娄嘉鹏 实验日期：2018年4月16日

实验时间：3：35 - 5：15 实验序号：实验二

实验名称：Java面向对象程序设计

实验内容：
1.初步掌握单元测试和TDD
2.理解并掌握面向对象三要素：封装、继承、多态
3.初步掌握UML建模
4.熟悉S.O.L.I.D原则
5.了解设计模式

实验要求：

实现百分制成绩转成“优、良、中、及格、不及格”五级制成绩的功能

实验内容及步骤：

注：以下许多代码都是老师给好的，仅稍作修改。

单元测试

• TDD步骤：伪代码（思路）→ 测试代码（产品预期功能）→ 产品代码（实现预期功能），这种开发方法叫“测试驱动开发”

• 伪代码：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。

• 故根据实验题目要求，我们应先写出相应的“伪代码”以便于我们完成编程，伪代码如下：

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”

• 可见使用语言简洁明了，随后将伪代码转为产品代码即可。

• 产品代码：用以实现特定功能的程序或机器语言。

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";
    }
}

• 写了产品代码后，我们还要写测试代码，证明自己的代码没有问题，这样才能将代码放心交到用户手中。

• 测试代码：用以对产品代码进行测试的代码。

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!");
    }
}

• 运行结果如下：

• 成功了。

• 不过只测一组就是有偷懒嫌疑了，现在我们把一般情况都试一下：

• 也成功了

• 再看看异常情况下的测试：

• 这时我们发现了程序bug：判断不及格时没有要求成绩大于零，于是我们修改源代码，增加对负分的判断：

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";
   }
}

• 这时候再重新测一下异常，发现通过了：

• 可喜可贺。
• 但是我们还没有测试边界情况，于是我们再对输入为“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!"); 
    }
}

• 结果如预期般出错了：

• 于是我们再把源代码改成了"<="：

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";
   }
}

• 再测试一下：

• 成功了。

• 值得一提的是，Java中有单元测试工具JUnit来辅助进行TDD。

错误来的太突然：

• 按照老师给的步骤来走不小心就出现下图，以为是网络问题，结果换了网也没有用：

• 然后试着什么也不输入直接点Browse repositories...，然后成功了。
• 接下来点击绿色的那个安装，又出错了：

• 气死了，再下一次，发现他又好了...

• 回到原题。

• 从网上下了一个everything用于查找junit.jar。

• 然后用老师给的新方法去测试了一下之前的代码：

• 成功了，然后可能是版本问题，我的小绿条变成了小绿勾。

• 其实之前按照攻略来是失败了的，不过还好有好看的助教学姐指点了我一下，才顺利完成测试。

使用StarUML对实验二中的代码进行建模

• 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。

• 抽象：即“求同存异、去粗取精”的过程。将若干事物中相同的部分进行剥离整理，并形成具有某特定功能的产品，这一过程即为抽象。过程抽象的结果是函数，数据抽象的结果是抽象数据类型其显而易见的好处是（在程序设计中）减少了代码大重复性，提高了效率。

• 封装：将与某一将数据与相关行为包装在一起以实现信息就隐藏，核心内容是模块化和信息隐藏，与此相伴的是接口的使用。

• 封装：

public class Dog {
private String color;
public String getColor() {
    return color;
}
public void setColor(String color) {
    this.color = color;
}
public String bark(){
    return "汪汪";
}
public String toString(){
    return "The Dog\'s color is " + this.getColor() +", and it shouts "+ this.bark() + "!";
}
}

• 检测：

public class DogTest {
public static void main(String[] args) {
    Dog d = new Dog();
    d.setColor("Yellow");
    getInfo(d);
}
public static void getInfo(Dog d) {
    System.out.println(d.toString());
}
}

• 下图是我用starUML弄出来的建模（自学软件真的很累哦）：

以TDD的方式研究学习StringBuffer

• 关于StringBuffer的代码如下：

public class StringBufferDemo {
  public static void main(String [] args) {
    StringBuffer buffer = new StringBuffer();
    buffer.append(\'S\');
    buffer.append("tringBuffer");
    System.out.println(buffer.charAt(i));
    System.out.println(buffer.capacity());
    System.out.println(buffer.length());
    System.out.println(buffer.indexOf("tring"));
    System.out.println("buffer = " + buffer.toString());
  }
} 

• 然而老师说这个代码不可以直接用，在我把第七行的括号加上后，便完美运行了。

• 在老师给出的使用JUnit学习Java中，有四个需要我们去测试的东西：charAt()、capacity()、length()和indexOf。

• 基于以上，我们的测试代码可为：

import junit.framework.TestCase;
import org.junit.Test;
public class StringBufferDemoTest extends TestCase {
    StringBuffer a = new StringBuffer("StringBuffer");
    StringBuffer b = new StringBuffer("StringBufferStringBuffer");
    StringBuffer c = new StringBuffer("StringBufferStringBufferStringBuffer");
    @Test
    public void testcharAt() {
        assertEquals(\'S\',a.charAt(0));
        assertEquals(\'e\',b.charAt(10));
        assertEquals(\'f\',c.charAt(20));;
    }
    @Test
    public void testcapacity() {
        assertEquals(28,a.capacity());
        assertEquals(40,b.capacity());
        assertEquals(52,c.capacity());
    }
    @Test
    public void testindexOf() {
        assertEquals(0,a.indexOf("Str"));
        assertEquals(3,b.indexOf("ing"));
        assertEquals(10,c.indexOf("er"));
    }
    @Test
    public void testlength() {
        assertEquals(12,a.length());
        assertEquals(24,b.length());
        assertEquals(48,c.length());
    }
}

• 理所当然的我们测试一下：

• 成功了。

S.O.L.I.D原则

• SRP(Single Responsibility Principle,单一职责原则)
  对象提供单一职责的高度封装，对象的改变仅仅依赖于单一职责的改变

• OCP(Open-Closed Principle,开放-封闭原则)
  即对扩充开放（功能可增加），对修改封闭（源代码不可改动）

• OCP实现手段：（1）抽象和继承，（2）面向接口编程
  LSP(Liskov Substitusion Principle,Liskov替换原则)
  子类必须可以被其基类所代，父类型对象可以被子类型对象所取代
  ISP(Interface Segregation Principle,接口分离原则)
  客户不应该依赖他们并未使用的接口

• DIP(Dependency Inversion Principle,依赖倒置原则)

• 示例如下（自己学号%6取余）：

abstract class Data {
    abstract public void DisplayValue();
}
class Integer extends  Data {
    int value;
    Integer() {
        value=100;
    }
    public void DisplayValue(){
        System.out.println (value);
    }
}
class Short extends Data {
    short value;
    Short() {
        value = 5225;
    }
    public void DisplayValue(){
        System.out.println (value);
    }
}
abstract class Factory {
    abstract public Data CreateDataObject();
}
class IntFactory extends Factory {
    public Data CreateDataObject(){
        return new Integer();
    }
}
class ShortFactory extends Factory {
    public Data CreateDataObject(){
        return new Short();
    }
}
class Document {
    Data pd;
    Document(Factory pf){
        pd = pf.CreateDataObject();
    }
    public void DisplayData(){
        pd.DisplayValue();
    }
}
public class MyDoc {
    static Document d;
    public static void main(String[] args) {
        d = new Document(new ShortFactory());
        d.DisplayData();
    }
}

• 这是一个支持short类的代码，关于学号取余，若想改成其他，只需要改一下这里：

class ？？？ extends Data {
    short value;
    Short() {
        value = 5225;
    }
    public void DisplayValue(){
        System.out.println (value);
    }
}

class ？？？Factory extends Factory {
    public Data CreateDataObject(){
        return new ？？？();
    }
}

public class MyDoc {
    static Document d;
    public static void main(String[] args) {
        d = new Document(new ？？？Factory());
        d.DisplayData();
    }
}

• 这样一来代码便符合了OCP原则，使代码有良好的可扩充性、可维护性。

练习：使用TDD的方式设计关实现复数类Complex

• 伪代码：

Complex类要输出实部，输出虚部，并按照a+bi的形式输出复数。
Complex类中有两个变量，实部RealPart和虚部ImaginePart；，
double RealPart;复数的实部
double ImagePart;复数的虚部
getRealPart():返回复数的实部
getImagePart();返回复数的虚部
setRealPart():设置复数的实部
setImagePart();设置复数的虚部
输出形式：a+bi
（2）方法：
// 定义构造函数
public Complex()
public Complex(double R,double I)
// 定义公有方法:加减乘除
Complex ComplexAdd(Complex a) 加
Complex ComplexSub(Complex a) 减
Complex ComplexMulti(Complex a) 乘
Complex ComplexDiv(Complex a) 除

//Override Object
public boolean equals(Object obj)
public String toString():将复数输出成a+bi的格式。

• 将其转换成产品代码：

import java.util.Scanner;
public class MyComplex {
    static int r;
    static int i;
    private double m;
    private double n;
    public static int getRealPart(int RealPart){
        r = RealPart;
        return r;
    }
    public static int getImaginePart(int ImaginePart){
        i = ImaginePart;
        return i;
    }
    public MyComplex(double m, double n) {
        this.m = m;
        this.n = n;
    }
    public MyComplex add(MyComplex c) {
        return new MyComplex(m + c.m, n + c.n);
    }
    public MyComplex minus(MyComplex c) {
        return new MyComplex(m - c.m, n - c.n);
    }
    public MyComplex multiply(MyComplex c) {
        return new MyComplex(m * c.m - n * c.n, m * c.n + n * c.m);
    }
    public String toString() {
        String s = "";
        if (n > 0)
            s = "(" + m + "+" + n + "i" + ")";
        if (n == 0)
            s = "(" + m + ")";
        if (n < 0)
            s = "(" + m + n + "i" + ")";
        return s;
    }
}

• 测试代码可为：

import org.junit.Test;
import static org.junit.Assert.*;
public class MyComplexTest {
    MyComplex a=new MyComplex(1,2);
    MyComplex b=new MyComplex(1,-4);
    MyComplex c=new MyComplex(19,0);
    MyComplex d=new MyComplex(0,-3);
    MyComplex e=new MyComplex(0,0);
    @Test
    public void getRealPart() throws Exception {
        assertEquals(1, MyComplex.getRealPart(1));
        assertEquals(-1, MyComplex.getRealPart(-1));
        assertEquals(5, MyComplex.getRealPart(5));
        assertEquals(22, MyComplex.getRealPart(22));
        assertEquals(-100, MyComplex.getRealPart(-100));
        assertEquals(0, MyComplex.getRealPart(0));
    }
    @Test
    public void getImaginePart() throws Exception {
        assertEquals(1, MyComplex.getImaginePart(1));
        assertEquals(-1, MyComplex.getImaginePart(-1));
        assertEquals(5, MyComplex.getImaginePart(5));
        assertEquals(22, MyComplex.getImaginePart(22));
        assertEquals(-100, MyComplex.getImaginePart(-100));
        assertEquals(0, MyComplex.getImaginePart(0));
    }
    @Test
    public void add() throws Exception {
        assertEquals("(2.0-2.0i)", a.add(b).toString());
        assertEquals("(20.0+2.0i)", a.add(c).toString());
        assertEquals("(1.0-1.0i)", a.add(d).toString());
        assertEquals("(1.0+2.0i)", a.add(e).toString());
    }
    @Test
    public void minus() throws Exception {
        assertEquals("(0.0+6.0i)", a.minus(b).toString());
        assertEquals("(-18.0+2.0i)", a.minus(c).toString());
        assertEquals("(1.0+5.0i)", a.minus(d).toString());
        assertEquals("(1.0+2.0i)", a.minus(e).toString());
    }
    @Test
    public void multiply() throws Exception {
        assertEquals("(9.0-2.0i)", a.multiply(b).toString());
        assertEquals("(19.0+38.0i)", a.multiply(c).toString());
        assertEquals("(6.0-3.0i)", a.multiply(d).toString());
        assertEquals("(0.0)", a.multiply(e).toString());
    }
}

• 测试成功：

实验体会与总结

• 说实话，这次实验要我编程我是不会编的..但是还好老师给了模板，只需要改一下就好了。

• 在实验有了代码支撑后，比较累的地方就是要看好多好多长博客，还有以上提到的一些软件的操作方法你都要学（虽然老师有给出UML的另一个建模方法，但是我还是用了别的）。

• 值得一提的是，这次学到的东西能让我更轻松的去修正代码bug，减少了之后修复所需要的大量精力。

• 但是不管怎么说，过程还是很累的，有时候都想把博客全部关掉，好好睡一下，好在最后我写完了。

• 还是要继续加油呀！

• 码云链接（这也是我第一次规范书写git传代码哦）