20165318 《Java程序設計》實驗一（Java開發環境的熟悉）實驗報告
一、實驗報告封面
課程：Java程序設計 班級：1653班 姓名：孫曉暄 學號：20165318
指導教師：婁嘉鵬 實驗日期：2018年4月2日
實驗時間：13:45 - 3:25 實驗序號：實驗一
實驗名稱：Java開發環境的熟悉
實驗題目：實現凱撒密碼並進行安全加固，並進行測試（正常情況，異常情況，邊界情況）
實驗內容：
1.使用JDK編譯、運行簡單的Java程序；
2.使用IDEA 編輯、編譯、運行、調試Java程序。
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，注意實驗報告重點是運行結果，遇到的問題(工具查找，安裝，使用，程序的編輯，調試，運行等)、解決辦法（空洞的方法如“查網絡”、“問同學”、“看書”等一律得0分）以及分析（從中可以得到什么啟示，有什么收獲，教訓等）；
3.實驗報告中統計自己的PSP(Personal Software Process)時間；
4.嚴禁抄襲。
二、實驗內容及步驟
（一）使用JDK編譯、運行簡單的java程序
- 命令行下的程序開發
步驟一（新建文件夾）：打開windows下的git bash → 輸入cd java命令進入java目錄 → 輸入mkdir 20165318test建立以自己學號命名的文件夾 → 輸入cd 20165318test進入文件夾 → 輸入mkdir exp1建立“實驗一”文件夾 → 輸入cd exp1進入“實驗一”文件夾 → 輸入mkdir src,mkdir bin,建立src和bin文件夾。
步驟二（編譯、運行java程序）：使用git bash中的vim編輯器編輯java程序 → 在命令行下編譯、運行
（二）使用IDEA編輯、編譯、運行、調試Java程序
1、新建「HelloJDB」類，輸入如下代碼：
2、運行「HelloJDB」，單擊運行按鈕（或使用Alt+Shift+F10快捷鍵）
3、設置斷點，單步運行。
在需要設置斷點的一行左側單擊鼠標，出現紅色圓點。比如如下在第七行設置了斷點：
在上方Run菜單找到Debug...進行單步調試（或使用Alt+Shift+F9快捷鍵）：
運行到第七行截止，結果如下：
繼續向下單步執行可使用Step Into(快捷鍵F7)和Step Over（快捷鍵F8）
① Step Over(F8)：程序向下執行一行（如果當前行有方法調用，這個方法將被執行完畢返回，然后到下一行）
② Step Into(F7):程序向下執行一行。如果該行有自定義方法，則運行進入自定義方法（不會進入官方類庫的方法）
③ Force Step Into:進入任何方法
④ Step Out(Shift+F8):如果在調試的時候進入了一個方法，並覺得該方法沒有問題，就可以使用stepout跳出該方法，返回到該方法被調用處的下一行語句。值得注意的是，該方法已執行完畢。
⑤ Run to Cursor:將程序運行到光標處。
可使用Resume（快捷鍵F9）直接運行完畢，如下圖：
4、條件斷點
如果想查看大循環中出現的問題，可以通過條件斷點來解決。如下圖所示設置條件斷點，使用Resume（快捷鍵F9）從上一個斷點直接運行到此條件斷點。
（三）練習:實現凱撒密碼並進行安全加固，並進行測試（正常情況，異常情況，邊界情況）
『要求』：通過命令行和IDEA兩種方式實現，在IDEA下練習調試程序。
1、設計思路
我們知道凱撒密碼是一種代換密碼。他的基本思想是:通過把字母移動一定的位數來實現加密和解密。明文中的所有字母都在字母表上向后(或向前)按照一個固定數目進行偏移后被替換成密文。位數就是凱撒密碼加密和解密的密鑰。
我要實現使用凱撒密碼在不同密鑰下對明文，進行加密；或對密文進行解密。
2、代碼撰寫
shiyan1.java
/**
* Created by SXX on 2018/3/31
*/
import java.io.*;
import java.util.Scanner;
public class shiyan1 {
public static void main(String[] args) {
EncryptAndDecrypt person = new EncryptAndDecrypt();
System.out.print("請選擇加密還是解密：（加密輸入1，解密輸入2）");
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
int n = scanner.nextInt();
if (n == 1) {
System.out.print("請輸入明文：");
Scanner scanner1 = new Scanner(System.in);
String m = scanner1.nextLine();
System.out.print("請輸入密鑰:");
Scanner scanner2 = new Scanner(System.in);
int k = scanner2.nextInt();
try {
String serct = person.encrypt(m, k);
System.out.println("密文是：" + serct);
}
catch (EadException e){
System.out.println(e.warnMess());
}
} else {
System.out.print("請輸入密文：");
Scanner scanner1 = new Scanner(System.in);
String m = scanner1.nextLine();
System.out.print("請輸入密鑰:");
Scanner scanner2 = new Scanner(System.in);
int k = scanner2.nextInt();
try {
String source = person.decrypt(m, k);
System.out.print("明文是：" + source);
}
catch (EadException e){
System.out.println(e.warnMess());
}
}
}
}
EncryptAndDecrypt.java //凱撒密碼
public class EncryptAndDecrypt {
String encrypt(String sourceString, int password) throws EadException{ //加密算法
char[] c = sourceString.toCharArray();
int m = c.length;
for (int i = 0; i < m; i++) {
if(c[i]>122||c[i]<65||(c[i]>90&&c[i]<97)){
throw new EadException(sourceString);
}
int mima = (c[i] - 'a' + password) % 26 + 'a'; //加密
c[i] = (char) mima;
}
return new String(c); //返回密文
}
String decrypt(String sourceString, int password) throws EadException{ //解密算法
char[] c = sourceString.toCharArray();
int m = c.length;
for (int i = 0; i < m; i++) {
if(c[i]>122||c[i]<65||(c[i]>90&&c[i]<97)){
throw new EadException(sourceString);
}
int n = c[i] - 'a' - password;
if (n <= 0) {
n = n + 26;
}
int mima = n % 26 + 'a'; //解密
c[i] = (char) mima;
}
return new String(c); //返回明文
}
}
EadException.java //自定義異常類
public class EadException extends Exception{
String message;
public EadException(String sourceString){
message = "所輸入的字符不符合要求";
}
public String warnMess(){
return message;
}
}
3、運行結果
命令行實現：
- 正常情況
- 邊界情況
- 異常情況
IDEA調試：
- 正常情況
- 邊界情況
- 異常情況
三、實驗過程中遇到的問題
- 問題1：當輸入字母處於臨界值時，不能正常字母，出現異常字符，如下圖：
-
解決過程：使用終端計算后發現，解密時，當字母對應ASCII碼取余26，如果是負數，就會輸出異常字符，在程序中添加
if語句，負數是加上26，就可以解決了。 -
問題2：在使用異常類時，我本來想直接使用
IOException異常類，但是程序報錯。 -
解決過程：在查閱Scanner類會出現的異常時發現，
IOException異常類用於，參數有流的情況下，而我的代碼中沒有使用流。因此我自己定義了一個異常類，問題得以解決。
四、實驗體會與總結
“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。”書上的代碼敲的有3000多行了，真正掌握了書上多少知識點我並不清楚。“實踐是檢驗真理的唯一標准。”實驗使我將理論用於實際，對課本知識有了更深的理解。
剛開始看到這個題目的時候，感覺不是很難，但仔細分析之后發現，要真正完整的實現凱撒密碼，考慮到盡可能多的情況並不容易，我最初只是進行了一個大致的設計，然后就開始上手編代碼，其中遇到很多沒有想到的情況，就要打斷原來的思路，甚至顛覆之前的想法，這使我編寫代碼的效率大大降低。因此，敲代碼前先構思好整體的框架，盡可能多的想會出現的問題及解決方法，在再編寫時用細節一點一點的填充。
之前看書時，我不太理解為什么要將不同的類分開，覺得這樣查看起來很麻煩。但這次實驗使我感覺到編寫時將不同的類分開的好處。最初的代碼，我將兩個大類都放在一起，出現問題時，要一直上下翻看對比，在自定義異常類時，我將所有的類都分開了，一目了然，運行出現問題時，也比較好查看。
這個代碼算是我真正自己編寫的代碼，編完之后，一股成就感油然而生。這次實驗不僅使我更加深入的理解了教材上的知識點，而且鍛煉了我的思考能力，讓我意識到擁有正確的編程思想的重要性。
碼雲鏈接：
代碼上傳截圖：
| 步驟 | 耗時 | 百分比 |
|---|---|---|
| 需求分析 | 4min | 4% |
| 設計 | 5min | 5% |
| 代碼實現 | 60min | 64% |
| 測試 | 4min | 5% |
| 分析總結 | 20min | 22% |