實驗二 Java物件導向程式設計

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一、實驗內容

1. 初步掌握單元測試和TDD

2. 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

二、實驗要求

1.沒有Linux基礎的同學建議先學習《Linux基礎入門（新版）》《Vim編輯器》 課程

2.完成實驗、撰寫實驗報告，實驗報告以部落格方式發表在部落格園，注意實驗報告重點是運行結果，遇到的問題(工具尋找，安裝，使用，程式的編輯，調試，運行等)、解決辦法（空洞的方法如“查網路”、“問同學”、“看書”等一律得0分）以及分析（從中可以得到什麼啟示，有什麼收穫，教訓等）。報告可以參考範飛龍老師的指導

3. 嚴禁抄襲，有該行為者實驗成績歸零，並附加其他懲罰措施。

4. 請大家先在實驗樓中的~/Code目錄中用自己的學號建立一個目錄，代碼和UML圖要放到這個目錄中，中沒有學號的會要求重做，然後跟著下面的步驟練習。

三、實驗步驟

（一）單元測試

(1) 以“百分制轉五分制”為例，介紹三種代碼

（1）虛擬碼  （2）產品代碼  （3）測試代碼

需求：我們要在一個MyUtil類中解決一個百分製成績轉成“優、良、中、及格、不及格”五級製成績的功能。

 //虛擬碼：

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”

//產品代碼：

翻譯好的MyUtil.java如下：

public class MyUtil{

   public static String percentage2fivegrade(int grade){

       //如果成績小於60，轉成“不及格”

       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";

       //其他，轉成“錯誤”

       else

           return "錯誤";

   }

}

//測試代碼：

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!");

    }

}

(2) TDD(Test Driven Devlopment, 測試驅動開發)

先寫測試代碼，然後再寫產品代碼的開發方法叫“測試驅動開發”（TDD）。TDD的一般步驟如下：

• 明確當前要完成的功能，記錄成一個測試清單
• 快速完成編寫針對此功能的測試案例
• 測試代碼編譯不通過（沒產品代碼呢）
• 編寫產品代碼
• 測試通過
• 對代碼進行重構，並保證測試通過（重構下次實驗練習）
• 迴圈完成所有功能的開發

基於TDD，我們不會出現過度設計的情況，需求通過測試案例表達出來了，我們的產品代碼只要讓測試通過就可以了。 Java中有單元測試工具JUnit來輔助進行TDD，我們用TDD的方式把前面百分制轉五分制的例子重寫一次，體會一下有測試載入器支援的開發的好處。 開啟Eclipse,單擊File->New->Java Project建立一個TDDDemo的Java項目：我們在TDDDemo項目中，把滑鼠放到項目名TDDDemo上，單擊右鍵，在彈出的菜單中選定New->Source Folder建立一個測試目錄test,我們把滑鼠放到test目錄上，單擊右鍵，在彈出的菜單中選定New->JUnit Test Case建立一個測試案例類MyUtilTest，

我們增加第一個測試案例testNormal,注意測試案例前一定要有註解@Test,測試案例方法名任意，輸入以下代碼：

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("優秀", MyUtil.percentage2fivegrade(95));

    }

}

 

輸入完畢

紅叉說明代碼存在語法錯誤，原因很簡單，MyUtil類還不存在，類中的percentage2fivegrade方法也不存在，我們在TDDDemo的src目錄中建立一個MyUtil的類，並實現percentage2fivegrade方法

現在測試代碼沒有語法錯誤了，我們把滑鼠放到MyUtilTest.java上，單擊右鍵，選擇Run as->JUnit Test

測試結果出現了一個綠條（green bar）,說明測試通過了。

TDD的編碼節奏是：

• 增加測試代碼，JUnit出現紅條
• 修改產品代碼
• JUnit出現綠條，任務完成

（二）物件導向三要素

（1）抽象

（2）封裝、繼承與多態

• 步驟：

• 用UML中的類圖來描述類Dog,首先在實驗樓的環境中開啟shell，在命令列中輸入umbrello，開啟UML建模軟體umbrello；

  先單擊工具列上的類表徵圖，再在class diagram(類圖)中單擊一下，會彈出一個聖誕框，輸入類名Dog；

  把滑鼠放到Dog類上，單擊右鍵，選擇Properties,在彈出的對話方塊中的Display中去掉Public Only選項；

  把滑鼠放到Dog類上，單擊右鍵，選擇New->Attribute,在彈出的對話方塊中的填好Type,Name,並選好Visibility；

  把滑鼠放到Dog類上，單擊右鍵，選擇New->Operation,在彈出的對話方塊中的填好Type,Name,並選好Visibility。

  在UML 裡，一個類的屬效能顯示它的名字，類型，初始化值，屬性也可以顯示private，public，protected。 類的方法能顯示它們的方法名，參數，傳回型別，以及方法的private，public，protected屬性。其中：

  • +表示public
  • #表示 protected
  • -表示 private
• （三）設計模式初步

• （1）S.O.L.I.D原則

  物件導向三要素是“封裝、繼承、多態”，任何物件導向程式設計語言都會在文法上支援這三要素。如何藉助抽象思維用好三要素特別是多態還是非常困難的，S.O.L.I.D類設計原則是一個很好的指導：

  • SRP(Single Responsibility Principle,單一職責原則)
  • OCP(Open-Closed Principle,開放-封閉原則)
  • LSP(Liskov Substitusion Principle,Liskov替換原則)
  • ISP(Interface Segregation Principle,介面分離原則)
  • DIP(Dependency Inversion Principle,依賴倒置原則)

  （四）練習

  1使用TDD的方式設計關實現複數類Complex。

   

  2.實驗報告中統計自己的PSP(Personal Software Process)時間

  步驟	耗時	百分比
  需求分析	1h	10%
  設計	1h	10%
  代碼實現	2h	20%
  測試	1h	10%
  分析總結	1h	10%

  3. 實現要有虛擬碼，產品代碼，測試代碼。

  4.總結單元測試的好處

• 四、實驗代碼

• 備忘：建立檔案夾儲存代碼最後的

  （一）三種代碼

  一、虛擬碼

   

  二、測試碼

  三、產品代碼

   

  （二）、物件導向的三要素

五、練習題

一、使用TDD的方式設計關實現複數類Complex。

//虛擬碼
//複數類
類有虛部實部
複數的加法運算
複數的減法運算
複數的乘法運算
複數的除法運算

//產品代碼
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類
class Complex {
private double m;// 實部
private double n;// 虛部

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;
}
}
//測試代碼

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

private double m;// 實部
private double n;// 虛部

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、實驗報告中統計自己的PSP(Personal Software Process)時間

步驟	耗時	百分比
需求分析	1h	14.2%
設計	1。5h	21。4%
代碼實現	2h	28.6%
測試	1.5h	21.4%
分析總結	1h	14.2%

   六、實驗中遇到的問題及解決辦法1、在實驗一中，由於網路不穩定，經常出現卡網、斷網的情況，在做測試3代碼的時候由於時間不夠又不小心錯過延時只能重新再做。剛開始測試代碼運行不出來，後來發現只有當虛擬碼和測試代碼同時存在時才能運行。    在進行產品代碼調試的時候，第一次assertEquals出現問題，後來又重新做了一遍，發現是TextCase填寫錯誤。2、在實驗二中，shell不知道如何開啟，後來請教了同學才順利的完成了實驗。 七、實驗總結及體會  本次實驗比起第一次實驗我有了很大的突破，更加熟練的運用了虛擬機器。單元測試對我的協助也很大，更加突破了自己，在遇到問題的時候自己學會了一步一步的反覆調試解決，敢於嘗試的同時也培養了自己的恒心和耐心，對TDD這種具有一定難度的代碼有了認識和瞭解。物件導向的三要素之前在視頻中學習過，通過這次實驗又溫習鞏固了一遍，更好的掌握和運用這方面的知識。在以後的實驗中，我也會按照老師黑出的步驟先需求分析，再設計，不能急於求快的一味編寫代碼。  通過這次實驗，我更敢於去編寫代碼了，並且打牢了運用虛擬機器的基礎知識，在學習編程的過程中，更培養了自己持之以恒的品質。       綠色通道： 好文要頂 關注我 收藏該文與我聯絡

 

實驗二 Java物件導向程式設計