20175315 實驗二《Java面向對象程序設計》實驗報告

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20175315 實驗二《Java面向對象程序設計》實驗報告

一、實驗內容及步驟

1.初步掌握單元測試和TDD

單元測試

任務一：三種代碼

用程序解決問題時，要學會寫以下三種代碼：

偽代碼
產品代碼
測試代碼

TDD(測試驅動開發)：

偽代碼（思路）
測試代碼（產品預期功能）
產品代碼（實現預期功能)

TDD的一般步驟如下：

明確當前要完成的功能，記錄成一個測試列表
快速完成編寫針對此功能的測試用例
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）
循環完成所有功能的開發

任務二：TDD(Test Driven Devlopment, 測試驅動開發)

老師在教程里給出的程序如下：

public static void main(String [] args){ StringBuffer buffer = new StringBuffer(); buffer.append('S'); buffer.append("tringBuffer"); System.out.println(buffer.charAt(1)); System.out.println(buffer.capacity()); System.out.println(buffer.length()); System.out.println(buffer.indexOf("tring")); System.out.println("buffer = " + buffer.toString());

對於這個程序，有五個方法需要測試，分別是：

charAt(int i)：返回此序列中指定索引處的 char 值。第一個 char 值在索引 0 處，第二個在索引 1 處，依此類推，這類似於數組索引
capacity()：返回當前容量。容量指可用於最新插入的字符的存儲量，超過這一容量就需要再次進行分配
length()：返回子浮窗的長度
indexOf(String s)：返回輸入的子字符串的第一個字母在母字符串的位置
toString(String s)：返回此對象本身（它已經是一個字符串）

在產品代碼里，我們需要為這五個方法加上返回值，並與我們的斷言進行比較。產品代碼如下：

public class StringBufferDemo { StringBuffer buffer; public static char CharAt(StringBuffer buffer, int index) { return buffer.charAt(index); } public static int Capacity(StringBuffer buffer) { return buffer.capacity(); } public static int IndexOf(StringBuffer buffer, String str) { return buffer.indexOf(str); } public static String ToString(StringBuffer buffer) { return "buffer = " + buffer.toString(); } public static int Length(StringBuffer buffer) { return buffer.length(); } }

根據上述該產品代碼，寫出對應的測試類，在測試類中我分別都使使用了3個例子來進行測試，如果出現問題，JUnit會出現紅條，IDEA會提示哪一個測試用例出現問題，由此可以對應改正產品代碼中的問題，直到JUnit出現綠條，任務完成。

測試代碼如下：

import junit.framework.TestCase; import org.junit.*; public class StringBufferDemoTest extends TestCase { StringBuffer buffer1 = new StringBuffer("iamastudent"); StringBuffer buffer2 = new StringBuffer("youareastudent"); StringBuffer buffer3 = new StringBuffer("heisateacher"); @Test public void testCharAt() { assertEquals('i', StringBufferDemo.CharAt(buffer1, 0)); assertEquals('o', StringBufferDemo.CharAt(buffer2, 1)); assertEquals('r', StringBufferDemo.CharAt(buffer3, 11)); } @Test public void testCapital() { assertEquals(27, StringBufferDemo.Capacity(buffer1)); assertEquals(30, StringBufferDemo.Capacity(buffer2)); assertEquals(28, StringBufferDemo.Capacity(buffer3)); } @Test public void testLenght() throws Exception { assertEquals(11, StringBufferDemo.Length(buffer1)); assertEquals(14, StringBufferDemo.Length(buffer2)); assertEquals(12, StringBufferDemo.Length(buffer3)); } @Test public void testIndexOf() { assertEquals(0, StringBufferDemo.IndexOf(buffer1, "iam")); assertEquals(-1, StringBufferDemo.IndexOf(buffer2, "You")); assertEquals(11, StringBufferDemo.IndexOf(buffer3, "r")); } @Test public void testToString() { assertEquals("buffer = iamastudent", StringBufferDemo.ToString(buffer1)); assertEquals("buffer = youareastudent", StringBufferDemo.ToString(buffer2)); assertEquals("buffer = heisateacher", StringBufferDemo.ToString(buffer3)); } }

截圖如下：

2.面向對象三要素：封裝、繼承、多態

面向對象(Object-Oriented)的三要素包括：封裝、繼承、多態。面向對象的思想涉及到軟件開發的各個方面，如面向對象分析（OOA）、面向對象設計（OOD）、面向對象編程實現(OOP)。OOA根據抽象關鍵的問題域來分解系統，關注是什么（what）。OOD是一種提供符號設計系統的面向對象的實現過程，用非常接近問題域術語的方法把系統構造成“現實世界”的對象，關注怎么做（how）,通過模型來實現功能規范。OOP則在設計的基礎上用編程語言（如Java）編碼。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。

過程抽象的結果是函數，數據抽象的結果是抽象數據類型（Abstract Data Type，ADT），類可以作具有繼承和多態機制的ADT。數據抽象才是OOP的核心和起源。

OO三要素的第一個要素是封裝，封裝就是將數據與相關行為包裝在一起以實現信息就隱藏，Java中用類進行封裝。

封裝實際上使用方法(method)將類的數據隱藏起來，控制用戶對類的修改和訪問數據的程度,從而帶來模塊化(Modularity)和信息隱藏(Information hiding)的好處；接口（interface）是封裝的准確描述手段。

任務三：對MyDoc類進行擴充，讓其支持Long類，初步理解設計模式

OCP是OOD中最重要的一個原則，OCP的內容是：
軟件實體（類，模塊，函數等）應該對擴充開放，對修改封閉。

OCP可以用以下手段實現：

抽象和繼承
面向接口編程

老師給出的以Int型為例的代碼如下：

abstract class Data{ public abstract void DisplayValue(); } class Integer extends Data { int value; Integer(){ value=100; } public void DisplayValue(){ System.out.println(value); } } class Document { Data pd; Document() { pd=new Integer(); } public void DisplayData(){ pd.DisplayValue(); } } public class MyDoc { static Document d; public static void main(String[] args) { d = new Document(); d.DisplayData(); } }

在上述代碼的基礎上，要求系統支持Long類，這是一個合理的要求，要支持Long類，Document類要修改兩個地方，這違反了OCP原則，使用多態可以解決部分問題：

產品代碼：

// Server Classes abstract class Data { abstract public void DisplayValue(); } class Integer extends Data { int value; Integer() { value = 100; } public void DisplayValue() { System.out.println(value); } } class Long extends Data { long value; Long() { value = 20175315; } public void DisplayValue() { System.out.println(value); } } // Pattern Classes abstract class Factory { abstract public Data CreateDataObject(); } class IntFactory extends Factory { public Data CreateDataObject() { return new Integer(); } } class LongFactory extends Factory { public Data CreateDataObject() { return new Long(); } } //Client classes class Document { Data pd; Document(Factory pf) { pd = pf.CreateDataObject(); } public void DisplayData() { pd.DisplayValue(); } } //Test class public class MyDoc { static Document d1, d2; public static void main(String[] args) { d1 = new Document(new IntFactory()); d2 = new Document(new LongFactory()); d1.DisplayData(); d2.DisplayData(); } }

運行結果截圖：

4.練習

任務五：以TDD的方式開發一個復數類Complex

偽代碼

// 定義屬性並生成getter,setter double RealPart; double ImagePart; // 定義構造函數 public Complex() public Complex(double R,double I) //Override Object public boolean equals(Object obj) public String toString() // 定義公有方法:加減乘除 Complex ComplexAdd(Complex a) Complex ComplexSub(Complex a) Complex ComplexMulti(Complex a) Complex ComplexDiv(Complex a)

產品代碼

public class Complex { // 定義屬性並生成getter,setter private double RealPart; private double ImagePart; public double getterRealPart() { return this.RealPart; } public double getterImagePart() { return this.ImagePart; } public static double getterRealPart(double RealPart) { return RealPart; } public static double getterImagePart(double ImagePart) { return ImagePart; } public void setterRealPart(double RealPart) { this.RealPart = RealPart; } public void setterImagePart(double ImagePart) { this.ImagePart = ImagePart; } // 定義構造函數 public Complex() { this.RealPart = 0; this.ImagePart = 0; } public Complex(double R, double I) { this.RealPart = R; this.ImagePart = I; } //Override Object public boolean equals(Object obj) { Complex complex = (Complex) obj; if (this == obj) { return true; } else if (!(obj instanceof Complex)) { return false; } else if (getterRealPart() != complex.getterRealPart()) { return false; } else if (getterImagePart() != complex.getterImagePart()) { return false; } else return true; } public String toString() { if (getterRealPart() == 0) return getterImagePart() + "i"; else if (getterImagePart() == 0) return getterRealPart() + ""; else if (getterImagePart() < 0) return getterRealPart() + "" + getterImagePart() + "i"; else return getterRealPart() + "+" + getterImagePart() + "i"; } // 定義公有方法:加減乘除 Complex ComplexAdd(Complex a) { return new Complex(this.getterRealPart() + a.getterRealPart(), getterImagePart() + a.getterImagePart()); } Complex ComplexSub(Complex a) { return new Complex(this.getterRealPart() - a.getterRealPart(), getterImagePart() - a.getterImagePart()); } Complex ComplexMulti(Complex a) { return new Complex(this.getterRealPart() * a.getterRealPart() - a.getterImagePart() * this.getterImagePart(), a.getterImagePart() * this.getterRealPart() + a.getterRealPart() * this.getterImagePart()); } Complex ComplexDiv(Complex a) { Complex c = new Complex(); if (a.equals(c)) { System.out.println("錯誤，分母不能為零！"); } return new Complex(this.getterRealPart() / a.getterRealPart(), this.getterImagePart() / a.getterImagePart()); } }

測試代碼

import junit.framework.TestCase; import org.junit.Test; public class ComplexTest extends TestCase { Complex complex1 = new Complex(3, 4); Complex complex2 = new Complex(1, -2); Complex complex3 = new Complex(1, 1); @Test public void testgetterRealPart() throws Exception { assertEquals(3.0, Complex.getterRealPart(3.0)); assertEquals(1.0, Complex.getterRealPart(1.0)); assertEquals(-2.0, Complex.getterRealPart(-2.0)); } @Test public void testgetterImagePart() throws Exception { assertEquals(4.0, Complex.getterImagePart(4.0)); assertEquals(-2.0, Complex.getterImagePart(-2.0)); assertEquals(0.0, Complex.getterImagePart(0.0)); } @Test public void testAdd() throws Exception { assertEquals("4.0+2.0i", complex1.ComplexAdd(complex2).toString()); assertEquals("4.0+5.0i", complex1.ComplexAdd(complex3).toString()); assertEquals("2.0-1.0i", complex2.ComplexAdd(complex3).toString()); } @Test public void testSub() throws Exception { assertEquals("2.0+6.0i", complex1.ComplexSub(complex2).toString()); assertEquals("2.0+3.0i", complex1.ComplexSub(complex3).toString()); assertEquals("-3.0i", complex2.ComplexSub(complex3).toString()); } @Test public void testMulti() throws Exception { assertEquals("11.0-2.0i", complex1.ComplexMulti(complex2).toString()); assertEquals("-1.0+7.0i", complex1.ComplexMulti(complex3).toString()); assertEquals("3.0-1.0i", complex2.ComplexMulti(complex3).toString()); } @Test public void testDiv() throws Exception { assertEquals("3.0-2.0i", complex1.ComplexDiv(complex2).toString()); assertEquals("3.0+4.0i", complex1.ComplexDiv(complex3).toString()); assertEquals("1.0-2.0i", complex2.ComplexDiv(complex3).toString()); } }

任務四：使用StarUML對實驗二中的代碼進行建模

最終結果截圖：


二、實驗過程中遇到的問題及解決
問題：在一開始的時候並不會使用Junit3進行測試
解決方法：通過百度以及室友提醒學會了如何使用

三、實驗體會與總結

我通過本次實驗學會了如何編寫測試代碼、如何繪畫UML圖以及在TDD模式下編寫代碼。

在自己上手實踐操作過程中，加深了對平時不清楚的知識點的理解，也掌握了的Junit的用法。在使用測試代碼的時候，既可以測試到代碼是否正確，又規范了編程習慣，單元測試提供了一種高效快速的測試代碼正確性的方法。

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