JAVA課程實驗報告 實驗二 Java物件導向程式設計

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北京電子科技學院（BESTI）

實     驗    報     告

課程：Java程式設計  班級：1353  姓名：韓玉琪  學號：20135317

成績：             指導教師：婁嘉鵬    實驗日期：2015.5.6

實驗密級：         預習程度：         實驗時間：15:50--20:50

儀器組次：         必修/選修： 選修            實驗序號：2

實驗名稱：實驗二 Java物件導向程式設計                                          

實驗目的與要求：

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                                              

 

實驗儀器：

名稱	型號	數量
PC	Lenovo	1
實驗樓環境	/	1
Eclipse	/	1

 

 

一、實驗內容及步驟

（一）單元測試

1、 三種代碼

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。

（1）虛擬碼

 

（2）產品代碼

 

（3）測試代碼

 

因為是自己寫的代碼，沒有照著提示一步步做，所以，沒有出現很多問題。

2、TDD(Test Driven Devlopment, 測試驅動開發)

（1）概念：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）。

（2）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

（3）優勢：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。

（4）將百分制轉五分制改寫成TDD

代碼階層：

 

運行：

 

假設開始沒有將100考慮進去（錯誤情況）：

 

（5）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

（1）“去粗取精、化繁為簡、由表及裡、異中求同”的能力

（2）過程抽象、資料抽象

2、封裝、繼承與多態

（1）物件導向的三要素：封裝、繼承、多態。

（2）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）。貫穿OOA、OOD和OOP的主線正是抽象。

OOD中建模會用圖形化的建模語言UML（Unified Modeling Language）,UML是一種通用的建模語言。

（3）封裝

封裝實際上使用方法(method)將類的資料隱藏起來，控制使用者對類的修改和訪問資料的程度,從而帶來模組化(Modularity)和資訊隱藏(Information hiding)的好處；介面（interface）是封裝的準確描述手段。

3、例

（1）Dog類通過使用類和存取控制（private,public）隱藏了屬性color,開放了介面setColor(),getColor(),bark()和toString。Dog類是一個模組，我們可以通過下面的代碼使用它，測試代碼與運行結果如下：

 

 

（2）我們可以用UML中的類圖來描述類Dog：

 

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

使用UML可以讓我們不必關注細節。

（3）這時的測試類別：

 

注意：UML類圖要展示類之間的靜態關係，AnimalTest類依賴Dog類和Cat類，UML中依賴用帶箭頭的直線表示。

對應代碼：

 

（3）Dog類和Cat類都有Color屬性和相應的set和get方法，明顯違反了前面提到的DRY原則，我們可以通過繼承解決這個問題，把Color屬性和相應方法放到父類Animal中，如以下UML較圖所示：

（注意UML類圖中繼承的標記法，是用一個帶三角的直線指向父類）

 

以封裝為基礎，繼承可以實現代碼複用，需要注意的是，繼承更重要的作用是實現多態。多態是物件導向程式設計的靈活性和可擴充性的基礎。

我們再看看上一個類圖，我們可以進一步抽象，把Dog類中的bark()和Cat類中的meow()抽象成一個抽象方法shout(),Dog類和Cat類中覆蓋這個方法，如以下UML圖所示：

 

代碼運行：

 

（三）設計模式初步

1、S.O.L.I.D原則

如何藉助抽象思維用好三要素特別是多態是非常困難的，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)

2、模式與設計模式

模式是某外在環境(Context) 下﹐對特定問題(Problem)的慣用解決之道(Solution)。模式必須使得問題明晰，闡明為什麼用它來求解問題，以及在什麼情況下有用，什麼情況下不能起作用。每個模式因其重複性從而可被複用，本身有自己的名字，有可傳授性，能移植到不同情景下。模式可以看作對一個問題可複用的專家級解決方案。

電腦科學中有很多模式:

•  GRASP模式

•  分析模式

•  軟體體繫結構模式

•  設計模式：建立型，結構型，行為型

•  管理員模式： The Manager Pool 實現模式

•  介面設計互動模式

•  …

3、設計模式實樣本

（1）設計模式(design pattern)提供一個用於細化軟體系統的子系統或組件，或它們之間的關係圖，它描述通訊組件的公用再現結構，通訊組件可以解決特定語境中的一個設計問題。

設計模式背後是抽象和SOLID原則。

（2）設計模式有四個基本要素：

•  Pattern name：描述模式，便於交流，存檔

•  Problem：描述何處應用該模式

•  Solution：描述一個設計的組成元素，不針對特例

•  Consequence：應用該模式的結果和權衡（trade-offs）

（3）瞭解設計模式可能會存在的過度設計問題以及如何避免它。

（四）練習

1、使用TDD的方式設計關實現複數類Complex。

（1）虛擬碼

 

（2）產品代碼

//複數列印、相加、相減

public class Complex {

    private int sh,xu;

    Complex(){

         this.sh=0;

         this.xu=0;

    }

    Complex(int sh){

         this.sh=sh;

         this.xu=0;

    }

    Complex(int sh,int xu){

         this.sh=sh;

         this.xu=xu;

    }

    public void addFu(Complex p1,Complex p2){

         System.out.println("這兩個複數的和為：");

         this.sh=p1.sh+p2.sh;

         this.xu=p1.xu+p2.xu;

         print();

    }

    public void minusFu(Complex p1,Complex p2){

         System.out.println("這兩個複數的差為：");

         this.sh=p1.sh-p2.sh;

         this.xu=p1.xu-p2.xu;

         print();

    }

    public void outputFu(){

         System.out.println("複數的值為：");

         print();

    }

    public void print(){

         if(this.xu>0){

               System.out.println(this.sh+"+"+this.xu+"i");

         }else if(this.xu<0){

               System.out.println(this.sh+""+this.xu+"i");

         }else{

               System.out.println(this.sh);

         }

    }

}

（3）測試代碼

 

（4）編寫代碼時遇到的問題

（開始的時候沒有把功能抽取出來，寫的很多，然後抽取了print功能就少了很多。）

最開始設計的虛擬碼是這樣的：

 

然後設計的代碼測試出來是這樣的：

 

虛數部分如果為負數列印出來“+ -”兩個符號。所以將兩種情況分開就好了。

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	25min	18%
設計	35min	25%
代碼實現	30min	21%
測試	30min	21%
分析總結	20min	15%

3.總結單元測試的好處

（1）使可以放心的修改測試用代碼而不用擔心會影響設計的測試代碼。

（2）從調用者的角度看自己寫的代碼，與從編寫的角度還是不太一樣的，在編寫者的角度，就會想著如何方便迅速的完成整個代碼，但是從調用者的角度，就會考慮別人使用的時候是否方便，更注重測試和調用。

（3）測試本身是被測代碼的用法說明，替代了一部分代碼功能，迫使自己要將被測代碼設計得更加獨立地去完成某個或某幾個功能。

 

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