实验二 Java面向对象程序设计

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一、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

二、实验要求

1.没有Linux基础的同学建议先学习《Linux基础入门（新版）》《Vim编辑器》 课程

2.完成实验、撰写实验报告，实验报告以博客方式发表在博客园，注意实验报告重点是运行结果，遇到的问题(工具查找，安装，使用，程序的编辑，调试，运行等)、解决办法（空洞的方法如“查网络”、“问同学”、“看书”等一律得0分）以及分析（从中可以得到什么启示，有什么收获，教训等）。报告可以参考范飞龙老师的指导

3. 严禁抄袭，有该行为者实验成绩归零，并附加其他惩罚措施。

4. 请大家先在实验楼中的~/Code目录中用自己的学号建立一个目录，代码和UML图要放到这个目录中，截图中没有学号的会要求重做，然后跟着下面的步骤练习。

三、实验步骤

（一）单元测试

(1) 以“百分制转五分制”为例，介绍三种代码

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。

//产品代码：

翻译好的MyUtil.java如下：

//测试代码：

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!");

    }

}

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

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，我们用TDD的方式把前面百分制转五分制的例子重写一次，体会一下有测试工具支持的开发的好处。 打开Eclipse,单击File->New->Java Project新建一个TDDDemo的Java项目：我们在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,我们把鼠标放到test目录上，单击右键，在弹出的菜单中选定New->JUnit Test Case新建一个测试用例类MyUtilTest，

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));

    }

}

输入完毕

红叉说明代码存在语法错误，原因很简单，MyUtil类还不存在，类中的percentage2fivegrade方法也不存在，我们在TDDDemo的src目录中新建一个MyUtil的类，并实现percentage2fivegrade方法

现在测试代码没有语法错误了，我们把鼠标放到MyUtilTest.java上，单击右键，选择Run as->JUnit Test

测试结果出现了一个绿条（green bar）,说明测试通过了。

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

（二）面向对象三要素

（1）抽象

（2）封装、继承与多态

• 步骤：

• 用UML中的类图来描述类Dog,首先在实验楼的环境中打开shell，在命令行中输入umbrello，打开UML建模软件umbrello；

  先单击工具栏上的类图标，再在class diagram(类图)中单击一下，会弹出一个圣诞框，输入类名Dog；

  把鼠标放到Dog类上，单击右键，选择Properties,在弹出的对话框中的Display中去掉Public Only选项；

  把鼠标放到Dog类上，单击右键，选择New->Attribute,在弹出的对话框中的填好Type,Name,并选好Visibility；

  把鼠标放到Dog类上，单击右键，选择New->Operation,在弹出的对话框中的填好Type,Name,并选好Visibility。

  在UML 里，一个类的属性能显示它的名字，类型，初始化值，属性也可以显示private，public，protected。 类的方法能显示它们的方法名，参数，返回类型，以及方法的private，public，protected属性。其中：

  • +表示public
  • #表示 protected
  • -表示 private
• （三）设计模式初步

• （1）S.O.L.I.D原则

  面向对象三要素是“封装、继承、多态”，任何面向对象编程语言都会在语法上支持这三要素。如何借助抽象思维用好三要素特别是多态还是非常困难的，S.O.L.I.D类设计原则是一个很好的指导：

  • 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)

  （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	1h	10%
  设计	1h	10%
  代码实现	2h	20%
  测试	1h	10%
  分析总结	1h	10%

  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

• 四、实验代码截图

• 备注：建立文件夹保存代码最后的截图

  

  

  （一）三种代码

  一、伪代码

  

   

  二、测试码

  

  

  

  

  

  三、产品代码

  

  

   

  （二）、面向对象的三要素

  

  

  

五、练习题

一、使用TDD的方式设计关实现复数类Complex。

//伪代码
//复数类
类有虚部实部
复数的加法运算
复数的减法运算
复数的乘法运算
复数的除法运算

//产品代码
public class ComplexDemo {
// main方法
public static void main(String[] a) {
  Complex b = new Complex(2, 5);
  Complex c = new Complex(3, -4);
  System.out.println(b + "+" + c + "=" + b.add(c));
  System.out.println(b + "-" + c + "=" + b.minus(c));
  System.out.println(b + "*" + c + "=" + b.multiply(c));
  System.out.println(b + "/" + c + "=" + b.divide(c));
}
}

// Complex类
class Complex {
private double m;// 实部
private double n;// 虚部

public Complex(double m, double n) {
  this.m = m;
  this.n = n;
}

// add
public Complex add(Complex c) {
  return new Complex(m + c.m, n + c.n);
}

// minus
public Complex minus(Complex c) {
  return new Complex(m - c.m, n - c.n);
}

// multiply
public Complex multiply(Complex c) {
  return new Complex(m * c.m - n * c.n, m * c.n + n * c.m);
}

// divide
public Complex divide(Complex c) {
  double d = Math.sqrt(c.m * c.m) + Math.sqrt(c.n * c.n);
  return new Complex((m * c.m + n * c.n) / d, Math.round((m * c.n - n * c.m) / d));
}

public String toString() {
  String rtr_str = "";
  if (n > 0)
   rtr_str = "(" + m + "+" + n + "i" + ")";
  if (n == 0)
   rtr_str = "(" + m + ")";
  if (n < 0)
   rtr_str = "(" + m + n + "i" + ")";
  return rtr_str;
}
}
//测试代码

public static ComplexTest{
public static void main(String[] args){
class Complex {

private double m;// 实部
private double n;// 虚部

public Complex(double m, double n) {
this.m = m;
this.n = n;
}

public String toString() {
String rtr_str = "";
if (n > 0)
rtr_str = "(" + m + "+" + n + "i" + ")";
if (n == 0)
rtr_str = "(" + m + ")";
if (n < 0)
rtr_str = "(" + m + n + "i" + ")";
return rtr_str;
  }

}

}

}

二、实验报告中统计自己的PSP(Personal Software Process)时间

 六、实验中遇到的问题及解决办法

1、在实验一中，由于网络不稳定，经常出现卡网、断网的情况，在做测试3代码的时候由于时间不够又不小心错过延时只能重新再做。刚开始测试代码运行不出来，后来发现只有当伪代码和测试代码同时存在时才能运行。

    在进行产品代码调试的时候，第一次assertEquals出现问题，后来又重新做了一遍，发现是TextCase填写错误。

2、在实验二中，shell不知道如何打开，后来请教了同学才顺利的完成了实验。

七、实验总结及体会

  本次实验比起第一次实验我有了很大的突破，更加熟练的运用了虚拟机。单元测试对我的帮助也很大，更加突破了自己，在遇到问题的时候自己学会了一步一步的反复调试解决，敢于尝试的同时也培养了自己的恒心和耐心，对TDD这种具有一定难度的代码有了认识和了解。面向对象的三要素之前在视频中学习过，通过这次实验又温习巩固了一遍，更好的掌握和运用这方面的知识。在以后的实验中，我也会按照老师黑出的步骤先需求分析，再设计，不能急于求快的一味编写代码。

  通过这次实验，我更敢于去编写代码了，并且打牢了运用虚拟机的基础知识，在学习编程的过程中，更培养了自己持之以恒的品质。

 

 

    

 

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