OO第一阶段纪实

Posted 2020-10-29 Chris.Chen

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$ 0 写在前面
　　在DDL一次次的推动下，历经三个周期的更迭，一个月的时光匆匆而过。谨撰此博文，以记录这一段见证成长的心路历程。

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$ 0-0 JAVA“一天速成”
没有修习过传说中的“OO先导课”，在学期开始之前也从未接触过JAVA编程，真正的从零开始学JAVA。有了先前课程的基础，经过了一年的积累，在短时间内学会使用一门语言并不困难，在加上JAVA天然的与C语言之间的某种相似性，也使得“JAVA一天速成”并非遥不可及。

$ 0-1 “过程式”VS“对象式”
但值得注意的是，JAVA作为一种面向对象的开发语言，其本质上与C语言有着重大差异，只不过在第一次作业的时候，由于对JAVA的一无所知，就也只能按照头脑中既定的那种根深蒂固的过程式程序模式来编写。而作业要求“注意体会过程式和面向对象式程序的区别”也成为了一直困扰我的难题。

$ 0-2 棘手的需求
在第二次作业中，由于有了第一次作业和实验课的经验，我也阅读了更多身边同学所编写的代码，使我对面向对象的概念有了进一步的了解。同时由于作业项目引入了一个具体的应用背景，也使我对“类”的定义和使用更加得心应手。不过新的难点总是会不断涌现，这一次我所面临的新难题便是—指导书。可以说指导书就是一种用户需求，相比于在未来工作中可能遇到的需求而言，指导书可以说是将规定做到尽量细致了。但是大量的内容同时涌现，个别定义的模糊不清，成为了对我的新的考验。

$ 0-3 惨痛的教训
紧接着第三个工作周期，也就是刚刚结束的那项任务对我而言是一次惨痛的教训。由于第三次作业的内容继承自上次作业，同时对上次作业的内容有了更进一步的需求，这就考验了我们所设计的代码的可扩展性。另外捎带请求、同质请求独特的判定方式相互交织，也为调度方法的设计与实现增添了不小的难度。能否做好与上次作业的衔接、能否架构好顶层设计便成为了这次作业的主题。

 

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$ 1 第一次作业

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$ 1-0 从I/O开始
万事开头难，一个程序往往是要以一组输入作为起始，由于一上手还不了解“对象”的概念与使用，java的一组用于控制输入的语句在我看来显得“玄妙异常”。

import java.util.Scanner;
Scanner input = new Scanner(System.in);
if(input.hasNextLine()) {
text = input.nextLine();
}
input.close();

这里的input为实例化的一个java内置Scanner类里的对象，System.in作为Scanner构造方法的参数被传递进去，hasNextLine()和nextLine()都是Scanner类里的方法。最后的close()方法的调用也是编译器的一种建议，不写该方法会收到一条警告信息。

注意在读入一行前，一定要先判断是否存在下一行，从而避免直接落入Exception的处理之中。同时也尽量在读入阶段末尾调用close()方法，以免出现未知错误。
下面列出一些常用的Scanner类中的方法，便于日后使用时查阅。

(图片来源于网络资料)

 

$ 1-1 正则！正则！
在上一学期的《计算机组成原理》Project 0中我们了解到，正则表达式是一种有效的字符串匹配机制，其本质就是基于FSM实现。因而这里我也尝试了一下在java中用简洁的正则式来取代原来书写FSM所采用的繁琐的状态转移。
正则式的表达虽然简洁，但随之而来的问题也着实为我带来不小的困扰—爆栈。
由于本次作业的输入是有一定规模的，总共输入项数的上限多达50*20。对于这种规模的输入，如果不加以拆分，直接进行整体正则匹配将无法通过压力测试（实验证实）。
由此我便得到启示：在待匹配的字符串规模较大时，可以采用以下语句，来实现对字符串的拆分：

// while(m.find())
//    m.group(0)

其中find()方法用于判定找到了带匹配的字符串，group()方法则可以用于截取出匹配到的字符串。
至此，正则式的两大用途都很清晰了：一是可以用于格式检查，二是用于从原字符串中截取符合规格的标准段。那么如何综合应用这两种功能，去解决对大规模输入的匹配呢？
我在第一次作业中就应用了分段匹配的办法，每次只匹配一个多项式的长度，并将匹配好的部分存入一个String中，逐次累加，最后比对存储的串是否和原串相同，即可完成匹配。
还有几点值得说明的是，在正则式中尽量应用^$来标记待匹配字符串的首尾，用非捕获性的（？：）来代替捕获性的（）匹配。这两处细节可以优化我们的正则处理过程。

 

$ 1-2 防御与攻击

第一次在互测阶段被发现了一处bug，这处bug出现的原因在于我对“-0”以及“前导0”的理解不够全面。仅考虑了形如“-0”的情况，却忽略了“-0”也可能存在前导零。这就在被测试阶段，给测试者留下了可攻击的漏洞。

在进行测试时，我所遵循的逻辑也是由表及里的策略：即通读指导书、略读I/O、检查异常处理、深入理解代码逻辑几个步骤。
拿到的第一份代码的漏洞出现在缺乏try-catch（关于try-catch的重要性将在下节叙述）。在这个基础上，在合理范围内使程序crash的几率就大大增加。紧接着我发现，作者运用了大量的定长数组代替长度可变的数组，而且在Input阶段的正则匹配也采用了十分开放的贪婪匹配策略，这就为程序引入了潜在威胁。
因此，通过构造一组恰好数组越界的小型数据输入用例便crash掉了这个程序。

$ 1-3 try everything && catch me if I fall

任何情况下程序都不应crash。
这一要求一点都不过分，对程序鲁棒性的追求没有极限。让自己的程序在高强度的测试下保持稳定性，是每位设计者必须要致力于的目标。
因此，永远不要忘记try和catch!
此外，结合后续作业中的经验，try语句块不仅应出现在最顶层，在输入阶段、类型转换阶段、访问定长数组阶段等“危险”时期，最好都应用try-catch结构，而且为了忽略掉异常情况使程序继续正常运转下去，在内部的try-catch结构可以不用exit(0)。

$ 1-4 代码度量分析

 

 

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$ 2 第二、第三次作业

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$ 2-0 “面向对象”的进一步理解
这一次作业由于有了具体的应用场景，在加上设计建议，让我有机会进一步理解了“面向对象”的概念。
为了便于我自己的理解，我认为我们在JAVA中定义的class视作和C中定义的struct类似，都是一类封装好的属性的集合，但class在struct的基础上还能在其中定义方法。尽管这种理解并不准确，但确实在我编程的过程中给我了一些提示。
“对象”则是我们实例化的一个具体的编程实体，实例一个对象的好处是其中的数据易于维护。这就和我之前在编程时喜欢用的全局变量截然不同，对象内部的数据易于保护，对外界不可直接访问与修改，这就大大降低了由数据共享所引入的风险。

$ 2-1 多变的需求与应对策略
第二、第三次的指导书内容庞大，issue的讨论区也有很大的信息量。如何整理出其中的逻辑，从何处下手是工作的重点。和测试同学交流过后，我也很认同他所提到的前期设计。而我也不得不承认，由于设计工作不够充分，导致了很多的细节考虑不够周到，也为我后来的debug工作造成了重大的影响。
一种值得借鉴的好习惯是，把指导书和issue中提及的关键点提取出来，记录到文档中，便于设计时查看；采取显式的设计模式，将设计流程完整的呈现出来，对自己的设计也是一个提示作用；测试驱动开发，测试点的设计要用心，多考虑边界情况，不断校正模型。

$ 2-2 新一轮的防御与攻击
在这一个周期的攻防阶段中，由于最后的提交阶段时间紧迫，没有来得及提交readme、还有很多细节的地方，比如Interface/toString()、包括一个已知的尚未来得及调试的bug。
在同质请求和捎带请求混杂在一起的情况出现时，边界条件的判断就显得尤为重要，尤其是同质判断和可捎带判断边界差了1秒的开关门时间。所以边界时间的+-1、是否取等号都需要纳入考虑的范畴。
由于设计工作的欠缺，后期陷入了调试的深渊。最终也因为一个边界取值的原因，被测试人员发现了一处bug。

同时测试中也发现了一些重要的bug，在类型转换过程中，溢出了数据类型规定的范围，导致程序异常终止。这也就是我在$ 1-3 中提到的，try-catch结构内置的意义，同时也要为输入的正则匹配加以限制，尽量避免贪婪匹配的使用。

$ 2-3 代码度量分析 && 类图
$ 2-3-0 第二次作业

$ 2-3-1 第三次作业

综合$ 1-4和本节的结果分析，从度量分析结果来看，代码的逻辑复杂度、嵌套块深度等指标在三次作业中均超出了标准值。内聚度不高、耦合度超标也是在设计中凸显的矛盾。在代码逻辑的部分、方法的抽象度不高，很多功能相似或相近的方法代码段出现大量重复。在第三次作业中这种矛盾更为明显：Complexity 均值高达6.3；Parameters per method 均值达1.3；Block depth 也超过标准值。这些显然都是由于代码中大量的循环嵌套、条件分支的交互错杂造成的，这也为我的调试带来了难以估量的灾难性后果。
工程化方法的指导思想在于“高内聚、低耦合”，但要做到这一点显然需要前期大量的准备工作，顶层的架构、显式的设计过程、测试驱动的开发，都将有效帮助我在下次的设计中进一步优化。

 

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$ 3 关于Object Oriented 的一些其他感想

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$ 3-0 关于申诉
第一次OO作业的申诉经历,足以证明：我航学子的学品与素养，托得住，信得过。即使在OO的高压双盲互测体制下。依然可以保持人与人之间最单纯的信任，真心希望能与诸位同行一道，摒弃流言蜚语，摒弃偏见，以此课程平台为契机，增进交流，建立信任。学在其中，乐在其中。共同收获技术上的不断提升！致力于正能量的传递，我们一起！

 

$ 3-1 关于无效作业
在OO Project2 中，我遗憾的看到了身边有很多朋友被申报了无效作业。而产生无效的原因也很令人诧异。看到查找别人个人信息的方式也不禁令我大跌眼镜。故意找别人的个人信息申无效，难道这是课程组设计的本意么？交流技术，看代码，看文档就好。一般情况下难道会有人特意点开pdf属性看作者？或是用强行打开.project文件？就为了找个人信息申无效？为了多得分方法有很多，最好的方法还是做好自己的任务，毕竟每个人都很努力，还是希望能够彼此多尊重对方的劳动成果吧。

 

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$ 4 特别致谢

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“没有人是一座孤岛”。说实话，前三次作业的过程充满了艰辛，一路走来，必须要感谢在这一过程中给我最大帮助的朋友们。他们是：
中国好室友LCJ，对于我解决各种琐碎的疑难总是回应以最大的热情，尤其是第三次作业ddl前极限操作时帮我赶制readme和interface，让我至今回想起来都很感动。
RHX哥、ZZH哥，给我在解决问题上提供了大量宝贵的思路。NYZ、GZP在具体的技术实现的细节上给了我大量的指导。ZKN、LHY、LQY为我提供的大量测试用例，帮助我有效的检验修正模型。JSH搭建了公共测试平台并维护，造福全系同胞。
当然更要感谢在每次互测阶段，秉持公平公正、认真互测的测试者，和坚持积极沟通交流并给我充分理解的被测试者们，是你们让我看到的跟多的是这一机制的积极一面。

希望在紧接着即将到来的挑战中，总结经验、继续努力，不断提高技术能力。也希望能尽我个人之所能，为这一课程做出一份贡献！