實驗二 Java物件導向程式設計

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實驗二 Java物件導向程式設計實驗報告封面：

課程：Java程式設計  班級：1652班  姓名：王高源 學號：20165225指導教師：婁嘉鵬 實驗日期：2018年4月16日實驗時間：3：35 - 5：15 實驗序號：實驗二實驗名稱：Java物件導向程式設計實驗題目：實驗內容：1.初步掌握單元測試和TDD2.理解並掌握物件導向三要素：封裝、繼承、多態3.初步掌握UML建模4.熟悉S.O.L.I.D原則5.瞭解設計模式實驗要求：1.實現百分製成績轉成“優、良、中、及格、不及格”五級製成績的功能

實驗內容及步驟：註：以下許多代碼都是老師給好的，僅稍作修改。單元測試

• TDD步驟：虛擬碼（思路）→ 測試代碼（產品預期功能）→ 產品代碼（實現預期功能），這種開發方法叫“測試驅動開發”

• 虛擬碼：虛擬碼與具體程式設計語言無關，不要寫與具體程式設計語言文法相關的語句（如用malloc分配記憶體，這樣只能用C語言編程了），虛擬碼從意圖層面來解決問題，最終，虛擬碼是產品代碼最自然的、最好的注釋。

• 故根據實驗題目要求，我們應先寫出相應的“虛擬碼”以便於我們完成編程，虛擬碼如下：

  百分制轉五分制：   如果成績小於60，轉成“不及格”   如果成績在60與70之間，轉成“及格”   如果成績在70與80之間，轉成“中等”   如果成績在80與90之間，轉成“良好”   如果成績在90與100之間，轉成“優秀”   其他，轉成“錯誤”

• 可見使用語言簡潔明了，隨後將虛擬碼轉為產品代碼即可。

• 產品代碼：用以實現特定功能的程式或機器語言。

  public class MyUtil{public static String percentage2fivegrade(int grade){    //如果成績小於0，轉成“錯誤”    if ((grade < 0))        return "錯誤";        //如果成績小於60，轉成“不及格”    else if (grade < 60)        return "不及格";        //如果成績在60與70之間，轉成“及格”    else if (grade < 70)        return "及格";        //如果成績在70與80之間，轉成“中等”    else if (grade < 80)        return "中等";        //如果成績在80與90之間，轉成“良好”    else if (grade < 90)        return "良好";        //如果成績在90與100之間，轉成“優秀”    else if (grade <= 100)        return "優秀";        //如果成績大於100，轉成“錯誤”    else        return "錯誤";}}

• 寫了產品代碼後，我們還要寫測試代碼，證明自己的代碼沒有問題，這樣才能將代碼放心交到使用者手中。

• 測試代碼：用以對產品代碼進行測試的代碼。

  public class MyUtilTest {public static void main(String[] args) {    // 百分製成績是50時應該返回五級制的“不及格”    if(MyUtil.percentage2fivegrade(50) != "不及格")        System.out.println("test failed!");    else         System.out.println("test passed!");}}

• 運行結果如下：

• 成功了。

• 不過只測一組就是有偷懶嫌疑了，現在我們把一般情況都試一下：

• 也成功了

• 再看看異常情況下的測試：

• 這時我們發現了程式bug：判斷不及格時沒有要求成績大於零，於是我們修改原始碼，增加對負分的判斷：

  public class MyUtil{   public static String percentage2fivegrade(int grade){   //如果成績小於0，轉成“錯誤”   if ((grade < 0))       return "錯誤";   //如果成績小於60，轉成“不及格”   else if (grade < 60)       return "不及格";   //如果成績在60與70之間，轉成“及格”   else if (grade < 70)       return "及格";   //如果成績在70與80之間，轉成“中等”   else if (grade < 80)       return "中等";   //如果成績在80與90之間，轉成“良好”   else if (grade < 90)       return "良好";   //如果成績在90與100之間，轉成“優秀”   else if (grade < 100)       return "優秀";   //如果成績大於100，轉成“錯誤”   else       return "錯誤";   }}

• 這時候再重新測一下異常，發現通過了：

• 可喜可賀。

• 但是我們還沒有測試邊界情況，於是我們再對輸入為“0，60，70，80，90，100”這些邊界情況進行測試的代碼如下：

  public class MyUtilTest {public static void main(String[] args) {    //測試邊界情況    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) != "優秀")        System.out.println("test failed 5!");    else if(MyUtil.percentage2fivegrade(100) != "優秀")        System.out.println("test failed 6!");    else         System.out.println("test passed!"); }}

• 結果如預期般出錯了：

• 於是我們再把原始碼改成了"<="：

  public class MyUtil{   public static String percentage2fivegrade(int grade){   //如果成績小於0，轉成“錯誤”   if ((grade < 0))       return "錯誤";   //如果成績小於60，轉成“不及格”   else if (grade < 60)       return "不及格";   //如果成績在60與70之間，轉成“及格”   else if (grade < 70)       return "及格";   //如果成績在70與80之間，轉成“中等”   else if (grade < 80)       return "中等";   //如果成績在80與90之間，轉成“良好”   else if (grade < 90)       return "良好";   //如果成績在90與100之間，轉成“優秀”   else if (grade <= 100)       return "優秀";   //如果成績大於100，轉成“錯誤”   else       return "錯誤";   }}

• 再測試一下：

• 成功了。

• 值得一提的是，Java中有單元測試工具JUnit來輔助進行TDD。

  錯誤來的太突然：

• 按照老師給的步驟來走不小心就出現，以為是網路問題，結果換了網也沒有用：

• 然後試著什麼也不輸入直接點Browse repositories...，然後成功了。
• 接下來點擊綠色的那個安裝，又出錯了：

• 氣死了，再下一次，發現他又好了...

• 回到原題。

• 從網上下了一個everything用於尋找junit.jar。

• 然後用老師給的新方法去測試了一下之前的代碼：

• 成功了，然後可能是版本問題，我的小綠條變成了小綠勾。

• 其實之前按照攻略來是失敗了的，不過還好有好看的助教學姐指點了我一下，才順利完成測試。

使用StarUML對實驗二中的代碼進行建模

• 物件導向(Object-Oriented)的三要素包括：封裝、繼承、多態。物件導向的思想涉及到軟體開發的各個方面，如物件導向分析（OOA）、物件導向設計（OOD）、物件導向編程實現(OOP)。OOA根據抽象關鍵的問題域來分解系統，關注是什麼（what）。OOD是一種提供符號設計系統的物件導向的實現過程，用非常接近問題域術語的方法把系統構造成“現實世界”的對象，關注怎麼做（how）,通過模型來實現功能規格。OOP則在設計的基礎上用程式設計語言（如Java）編碼。貫穿OOA、OOD和OOP的主線正是抽象。

• 抽象：即“求同存異、去粗取精”的過程。將若干事物中相同的部分進行剝離整理，並形成具有某特定功能的產品，這一過程即為抽象。過程抽象的結果是函數，資料抽象的結果是抽象資料類型其顯而易見的好處是（在程式設計中）減少了代碼大重複性，提高了效率。

• 封裝：將與某一將資料與相關行為封裝在一起以實現資訊就隱藏，核心內容是模組化和資訊隱藏，與此相伴的是介面的使用。

• 封裝：

  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() + "!";}}

• 檢測：

  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());}}

• 是我用starUML弄出來的建模（自學軟體真的很累哦）：

以TDD的方式研究學習StringBuffer

• 關於StringBuffer的代碼如下：

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());  }} 

• 然而老師說這個代碼不可以直接用，在我把第七行的括弧加上後，便完美運行了。

• 在老師給出的使用JUnit學習Java中，有四個需要我們去測試的東西：charAt()、capacity()、length()和indexOf。

• 基於以上，我們的測試代碼可為：

  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");@Testpublic void testcharAt() {    assertEquals(‘S‘,a.charAt(0));    assertEquals(‘e‘,b.charAt(10));    assertEquals(‘f‘,c.charAt(20));;}@Testpublic void testcapacity() {    assertEquals(28,a.capacity());    assertEquals(40,b.capacity());    assertEquals(52,c.capacity());}@Testpublic void testindexOf() {    assertEquals(0,a.indexOf("Str"));    assertEquals(3,b.indexOf("ing"));    assertEquals(10,c.indexOf("er"));}@Testpublic void testlength() {    assertEquals(12,a.length());    assertEquals(24,b.length());    assertEquals(48,c.length());}}

• 理所當然的我們測試一下：

• 成功了。

S.O.L.I.D原則

• SRP(Single Responsibility Principle,單一職責原則)
  對象提供單一職責的高度封裝，對象的改變僅僅依賴於單一職責的改變

• OCP(Open-Closed Principle,開放-封閉原則)
  即對擴充開放（功能可增加），對修改封閉（原始碼不可改動）

• OCP實現手段：（1）抽象和繼承，（2）面向介面編程
  LSP(Liskov Substitusion Principle,Liskov替換原則)
  子類必須可以被其基類所代，父類型對象可以被子類型對象所取代
  ISP(Interface Segregation Principle,介面分離原則)
  客戶不應該依賴他們並未使用的介面

• DIP(Dependency Inversion Principle,依賴倒置原則)

• 樣本如下（自己學號%6取餘）：

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();    }}

• 這是一個支援short類的代碼，關於學號取餘，若想改成其他，只需要改一下這裡：

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();    }}

• 這樣一來代碼便符合了OCP原則，使代碼有良好的可擴充性、可維護性。

練習：使用TDD的方式設計關實現複數類Complex

• 虛擬碼：

Complex類要輸出實部，輸出虛部，並按照a+bi的形式輸出複數。Complex類中有兩個變數，實部RealPart和虛部ImaginePart；，double RealPart;複數的實部double ImagePart;複數的虛部getRealPart():返回複數的實部getImagePart();返回複數的虛部setRealPart():設定複數的實部setImagePart();設定複數的虛部輸出形式：a+bi（2）方法：// 定義建構函式public Complex()public Complex(double R,double I)// 定義公有方法:加減乘除Complex ComplexAdd(Complex a) 加Complex ComplexSub(Complex a) 減Complex ComplexMulti(Complex a) 乘Complex ComplexDiv(Complex a) 除//Override Objectpublic boolean equals(Object obj)public String toString():將複數輸出成a+bi的格式。

• 將其轉換成產品代碼：

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;    }}

• 測試代碼可為：

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());    }}

• 測試成功：

實驗體會與總結

• 說實話，這次實驗要我編程我是不會編的..但是還好老師給了模板，只需要改一下就好了。

• 在實驗有了代碼支撐後，比較累的地方就是要看好多好多長部落格，還有以上提到的一些軟體的操作方法你都要學（雖然老師有給出UML的另一個建模方法，但是我還是用了別的）。

• 值得一提的是，這次學到的東西能讓我更輕鬆的去修正代碼bug，減少了之後修複所需要的大量精力。

• 但是不管怎麼說，過程還是很累的，有時候都想把部落格全部關掉，好好睡一下，好在最後我寫完了。

• 還是要繼續加油呀！

• 碼雲連結（這也是我第一次規範書寫git傳代碼哦）

實驗二 Java物件導向程式設計