实验二 Java面向对象程序设计
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) 三种代码
- 伪代码
- 产品代码
测试代码
我们通过一个例子说明如何写这三种代码。
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。
//伪代码：
百分制转五分制：
如果成绩小于60，转成“不及格”
如果成绩在60与70之间，转成“及格”
如果成绩在70与80之间，转成“中等”
如果成绩在80与90之间，转成“良好”
如果成绩在90与100之间，转成“优秀”
其他，转成“错误”
//产品代码：
翻译好的MyUtil.java如下：
public class MyUtil{
public static String percentage2fivegrade(int grade){
//如果成绩小于60，转成“不及格”
if (grade < 60)
return "不及格";
//如果成绩在60与70之间，转成“及格”
else if (grade < 70)
return "及格";
//如果成绩在70与80之间，转成“中等”
else if (grade < 80)
return "中等";
//如果成绩在80与90之间，转成“良好”
else if (grade < 90)
return "良好";
//如果成绩在90与100之间，转成“优秀”
else if (grade < 100)
return "优秀";
//其他，转成“错误”
else
return "错误";
}
}
//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
（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、实验截图
五、练习题
//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;
}}
}
}
六、遇到的问题及解决方法
出现的问题：在单元测试的编写中，虚拟机出了问题，把文档菜单栏关闭了，找不到打不开。解决方法：关闭实验后重新开始。
还有就是在测试代码的编写过程中因为不熟悉这种编程过程所以不太会编写，最后是自己对照着产品代码来写的测试代码，所以测试代码出现了很多问题，花费了很多时间去修改和编写代码最终还是无法顺利运行。
七、总结及体会
本次试验进行实践较长，总结原因是不熟悉虚拟机环境。另外，单元测试有很大的好处，可以使编写的程序的人不断地考虑到多种程序可能出现的问题，也能让这个程序更加可靠，让使用者使用的较为顺利。在编写代码方面还是有些问题，比如程序的设计较为混乱，没有一个比较清晰的思路。今后还需改正。在编写代码方面还是有些问题，比如程序的设计较为混乱，没有一个比较清晰的思路。今后还需改正。