java的第二个实验——JAVA面向对象程序设计

北京电子科技学院

实     验    报     告

课程：Java程序设计　　班级：1352　　姓名：林涵锦　　学号：20135213

成绩：        指导教师：娄嘉鹏　　　  实验日期：2015.4.14

实验密级：　　　　　　预习程度：　　　　　　  实验时间：19:30~21:50

仪器组次：13　　　 　必修/选修：选修　　　　 实验序号：2

实验名称：JAVA面向对象程序设计

实验目的与要求：

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

实验仪器：

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、实验步骤

（一）单元测试

(1) 三种代码

编程是智力活动，不是打字，编程前要把干什么、如何干想清楚才能把程序写对、写好。与目前不少同学一说编程就打开编辑器写代码不同，我希望同学们养成一个习惯，当你们想用程序解决问题时，要会写三种码：

•    伪代码

•    产品代码

•    测试代码

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

（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）封装、继承与多态

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。 OOD中建模会用图形化的建模语言UML（Unified Modeling Language）,UML是一种通用的建模语言，我们实验中使用umbrello进行建模，Windows中推荐大家使用 StarUML。

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，比如一个Dog类：

封装实际上使用方法(method)将类的数据隐藏起来，控制用户对类的修改和访问数据的程度,从而带来模块化(Modularity)和信息隐藏(Information hiding)的好处；接口（interface）是封装的准确描述手段。 Dog类通过使用类和访问控制（private,public）隐藏了属性color,开放了接口setColor(),getColor(),bark()和toString。Dog类是一个模块，我们可以通过下面的代码使用它，测试代码与运行结果如下图：（附学号。实在不懂要求code怎么表示，直接截图文件夹）

（三）设计模式初步

1、S.O.L.I.D原则

如何借助抽象思维用好三要素特别是多态是非常困难的，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)

除SOLID原则外还有很多其它的面向对象原则。如：

• "组合替代继承":这是说相对于继承，要更倾向于使用组合；
• "笛米特法则"：这是说"你的类对其它类知道的越少越好"；
• "共同封闭原则"：这是说"相关类应该打包在一起"；
• "稳定抽象原则"：这是说"类越稳定，越应该由抽象类组成";

当然，这些原则并不是孤立存在的，而是紧密联系的，遵循一个原则的同时也就遵循了另外一个或多个原则；反之，违反了其中一个原则也很可能同时就违反了另外一个或多个原则。 设计模式是这些原则在一些特定场景的应用结果。因此，可以把设计模式看作"框架"，把OOD原则看作"规范"。 在学习设计模式的过程中，要经常性的反思，这个设计模式体现了面向对象设计原则中的哪个或哪一些原则。

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。

计算机科学中有很多模式:

•  GRASP模式

•  分析模式

•  软件体系结构模式

•  设计模式：创建型，结构型，行为型

•  管理模式： The Manager Pool 实现模式

•  界面设计交互模式

（附学号：）

3、设计模式实示例

（1）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。

设计模式背后是抽象和SOLID原则。

（2）设计模式有四个基本要素：

•  Pattern name：描述模式，便于交流，存档

•  Problem：描述何处应用该模式

•  Solution：描述一个设计的组成元素，不针对特例

•  Consequence：应用该模式的结果和权衡（trade-offs）

（3）了解设计模式可能会存在的过度设计问题以及如何避免它。

（四）练习

1.使用TDD的方式设计关实现复数类Complex。

伪代码：

首先设计一个复数类complex,定义三个构造方法：

①没有参数时默认为实部和虚部都为0;

②一个参数时默认为实数，即虚部为0,

③两个参数时分别为实部和虚部

再定义两个成员方法计算两个复数的和与差.定义一个print()方法输出复数的值,当虚部为0时不输出虚部. 
最后定义一个song类使用complex类,在这个类的主方法中创建两个复数对象,分别计算这两个复数的和与差并输出.

产品代码：

（之前在实验楼中编写，运行速度慢，然后直接在自己电脑运行了，实验楼里中文输不了，所以之前改的用拼音）

运行：

三、实验分析

1、我的PSP时间

步骤	耗时	百分比
需求分析	5	10%
设计	10	20%
代码实现	24	50%
测试	5	10%
分析总结	5	10%

2、遇到问题与解决方法：

（1）寻找各种图标，因为图标较小，难以找到。

　　　　解决：发现点开可以看大图。

（2）eclipse提示Animal代码有错，Dog和Cat需要在文件中被定义。

　　　　解决：将Animal和Dog、Cat放在不同的class文件中编译。

（3）由于网络信号不好，虚拟机运行非常慢，以致这次实验非常耗费时间

　　　　解决：实验过程在虚拟机写，练习直接用自己的电脑修改。

3、感想总结

用程序解决实际问题时，最好写出三种代码：伪代码、产品代码、测试代码，这样的程序才有实际意义，方便使用。

而软件的独立单元将在与程序的其他部分相隔离的情况下进行测试，可以查找错误、写出高质量的代码、提高编程水平。

这样也可以使代码可以放心修改和重构、使程序员从调用者而不是实现者的角度设计软件模块。