实验二 Java面向对象程序设计
实验内容
初步掌握单元测试和TDD
理解并掌握面向对象三要素：封装、继承、多态
初步掌握UML建模
熟悉S.O.L.I.D原则
了解设计模式
实验要求
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
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
严禁抄袭，有该行为者实验成绩归零，并附加其他惩罚措施。
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。
实验步骤
（一）单元测试
（1）三种代码
- 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1
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1
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!");
}
}
- 测试代码2
public class MyUtilTest {
public static void main(String[] args) {
//测试正常情况
if(MyUtil.percentage2fivegrade(55) != "不及格")
System.out.println("test failed!");
else if(MyUtil.percentage2fivegrade(65) != "及格")
System.out.println("test failed!");
else if(MyUtil.percentage2fivegrade(75) != "中等")
System.out.println("test failed!");
else if(MyUtil.percentage2fivegrade(85) != "良好")
System.out.println("test failed!");
else if(MyUtil.percentage2fivegrade(95) != "优秀")
System.out.println("test failed!");
else
System.out.println("test passed!");
}
}
- 测试代码3（异常情况）
public class MyUtilTest {
public static void main(String[] args) {
//测试出错情况
if(MyUtil.percentage2fivegrade(-10) != "错误")
System.out.println("test failed 1!");
else if(MyUtil.percentage2fivegrade(115) != "错误")
System.out.println("test failed 2!");
else
System.out.println("test passed!");
}
}
- 产品代码2（增加对负数的判断）
public class MyUtil{
public static String percentage2fivegrade(int grade){
//如果成绩小于0，转成“错误”
if ((grade < 0))
return "错误";
//如果成绩小于60，转成“不及格”
else 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";
//如果成绩大于100，转成“错误”
else
return "错误";
}
}
- 测试代码4（边界情况）
public class MyUtilTest {
public static void main(String[] args) {
//测试边界情况
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) != "优秀")
System.out.println("test failed 5!");
else if(MyUtil.percentage2fivegrade(100) != "优秀")
System.out.println("test failed 6!");
else
System.out.println("test passed!");
}
}
- 产品代码3
public class MyUtil{
public static String percentage2fivegrade(int grade){
//如果成绩小于0，转成“错误”
if ((grade < 0))
return "错误";
//如果成绩小于60，转成“不及格”
else 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";
//如果成绩大于100，转成“错误”
else
return "错误";
}
}
（2）TDD(Test Driven Devlopment, 测试驱动开发)
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）
7.循环完成所有功能的开发
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
- 测试用例1
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));
}
}
修改MyUnit.java后如下
（二）面向对象三要素
（1）抽象
抽象一词的本意是指人在认识思维活动中对事物表象因素的舍弃和对本质因素的抽取。抽象是人类认识复杂事物和现象时经常使用的思维工具，抽象思维能力在程序设计中非常重要，"去粗取精、化繁为简、由表及里、异中求同"的抽象能力很大程度上决定了程序员的程序设计能力。
抽象就是抽出事物的本质特征而暂时不考虑他们的细节。对于复杂系统问题人们借助分层次抽象的方法进行问题求解；在抽象的最高层，可以使用问题环境的语言，以概括的方式叙述问题的解。在抽象的较低层，则采用过程化的方式进行描述。在描述问题解时，使用面向问题和面向实现的术语。
程序设计中，抽象包括两个方面，一是过程抽象，二是数据抽象。
（2）继承、封装与多态
面向对象(Object-Oriented)的三要素包括：封装、继承、多态。面向对象的思想涉及到软件开发的各个方面，如面向对象分析（OOA）、面向对象设计（OOD）、面向对象编程实现(OOP)。OOA根据抽象关键的问题域来分解系统，关注是什么（what）。OOD是一种提供符号设计系统的面向对象的实现过程，用非常接近问题域术语的方法把系统构造成“现实世界”的对象，关注怎么做（how）,通过模型来实现功能规范。OOP则在设计的基础上用编程语言（如Java）编码。贯穿OOA、OOD和OOP的主线正是抽象。
过程抽象的结果是函数，数据抽象的结果是抽象数据类型（Abstract Data Type，ADT），类可以作具有继承和多态机制的ADT。数据抽象才是OOP的核心和起源。
OO三要素的第一个要素是封装，封装就是将数据与相关行为包装在一起以实现信息就隐藏。Java中用类进行封装。
public abstract class Animal {
private String color;
public String getColor() {
return color;
}
public void setColor(String color) {
this.color = color;
}
public abstract String shout();
}
public class Dog extends Animal{
public String shout(){
return "汪汪";
}
public String toString(){
return "The Dog's color is " + this.getColor() +", and it shouts "+ this.shout() + "!";
}
}
public class Cat extends Animal{
public String shout(){
return "喵喵";
}
public String toString(){
return "The Cat's color is " + this.getColor() +", and it shouts "+ this.shout() + "!";
}
}
【运行结果】
（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)
（2）模式与设计模式
模式是某外在环境(Context) 下﹐对特定问题(Problem)的惯用解决之道(Solution)。模式必须使得问题明晰，阐明为什么用它来求解问题，以及在什么情况下有用，什么情况下不能起作用，每个模式因其重复性从而可被复用，本身有自己的名字，有可传授性，能移植到不同情景下。模式可以看作对一个问题可复用的专家级解决方法。
（3）设计模式实示例
设计模式(design pattern)提供一个用于细化软件系统的子系统或组件，或它们之间的关系图，它描述通信组件的公共再现结构，通信组件可以解决特定语境中的一个设计问题。
class Integer {
int value;
public Integer(){
value=100;
}
public void DisplayValue(){
System.out.println(value);
}
}
class Document {
Integer pi;
public Document(){
pi = new Integer();
}
public void DisplayData(){
pi.DisplayValue();
}
}
public class MyDoc{
static Document d;
public static void main(String [] args) {
d = new Document();
d.DisplayData();
}
}
实验提交部分：
1. 提交最后三个测试用例都通过的截图，截图上要有画图加水印，输入自己的学号。
2. 以 TDD的方式研究学习StringBuffer，提交你的单元测试用例和测试通过的截图，截图要加上学号水印。
package cc.openhome;
public class StringBufferDemo {
StringBuffer buffer = new StringBuffer();
public StringBufferDemo(StringBuffer buffer){
this.buffer = buffer;
}
public Character charAt(int i){
return buffer.charAt(i);
}
public int capacity(){
return buffer.capacity();
}
public int length(){
return buffer.length();
}
public int indexOf(String buf) {
return buffer.indexOf(buf);
}
}
3.对设计模式示例进行扩充，体会OCP原则和DIP原则的应用，初步理解设计模式（让系统支持Byte类，并在MyDoc类中添加测试代码表明添加正确，提交测试代码和运行结的截图，加上学号水印）
package cc.openhome;
abstract class Data {
abstract public void DisplayValue();
}
class Document {
Byte pi;
public Document(){
pi = new Byte();
}
public void DisplayData(){
pi.DisplayValue();
}
}
class Byte extends Data {
byte value;
Byte() {
value=15;
}
public void DisplayValue(){
System.out.println (value);
}
}
// Pattern Classes
abstract class Factory {
abstract public Data CreateDataObject();
}
class ByteFactory extends Factory {
public Data CreateDataObject(){
return new Byte();
}
}
public class MyDoc{
static Document d;
public static void main(String [] args) {
d = new Document();
d.DisplayData();
}
}
4. 以TDD的方式开发一个复数类Complex
package cc.openhome;
public class Complex {
private double m;
private double n;
public double getm(double m)
{
return m;
}
public double getn(double n)
{
return n;
}
public void setm(double m)
{
this.m=m;
}
public void setn(double n)
{
this.n=n;
}
public Complex(double m, double n) {
this.m = m;
this.n = n;
}
public Complex add(Complex c) {
return new Complex(m + c.m, n + c.n);
}
public Complex minus(Complex c) {
return new Complex(m - c.m, n - c.n);
}
public Complex multiply(Complex c) {
return new Complex(m * c.m - n * c.n, m * c.n + n * c.m);
}
public Complex ComplexDiv(Complex c)
{
return new Complex((m*c.m+n*c.n)/((c.m*c.m)*(c.n*c.n)),(n*c.m-m*c.n)/((c.m*c.m)*(c.n*c.n)));
}
public String toString() {
String str = new String();
if (this.n>=0)
{
str=m+"+"+n+"i";
}
else str=m+"-"+(-n)+"i";
return str;
}
public boolean equals(Complex c)
{
if(this.m==c.m&&this.n==c.n)
return true;
else
return false;
}
}
5. 使用StarUML对实验二中的代码进行建模，发类图的截图，加上学号水印。
