基于案例的軟件構(gòu)造教程（第2版）課件 03面向?qū)ο蟮能浖?gòu)造；04數(shù)據(jù)處理的軟件構(gòu)造

第3章

面向?qū)ο蟮能浖?gòu)造第3章面向?qū)ο蟮能浖?gòu)造學(xué)習(xí)如何運(yùn)用面向?qū)ο蟮能浖?gòu)造技術(shù)管理和控制軟件的復(fù)雜性。繼續(xù)探討分解和模塊化，學(xué)習(xí)把抽象和封裝的原則表示成數(shù)學(xué)模型——抽象數(shù)據(jù)類型，用面向?qū)ο蠓椒▽?shí)現(xiàn)。通過面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)，理解軟件設(shè)計(jì)及其原則和設(shè)計(jì)模式。學(xué)習(xí)調(diào)試技術(shù)和工具，并初步學(xué)習(xí)自動(dòng)化測試框架。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院2第3章面向?qū)ο蟮能浖?gòu)造故事4小強(qiáng)離校外出實(shí)習(xí)，找好友小雨幫忙，并告訴了華經(jīng)理。小雨剛剛學(xué)完面向?qū)ο蠹夹g(shù)，正想練習(xí)一下，就參考小強(qiáng)的描述和程序，重新編寫了程序。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院3第3章面向?qū)ο蟮能浖?gòu)造隨著要解決的問題及其程序變得越來越復(fù)雜，程序不斷增大，在編碼前考慮如何運(yùn)用良好的原則把程序功能（用戶需求）分解到模塊，考慮各個(gè)模塊之間的交互、每個(gè)模塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法等，稱之為設(shè)計(jì)（動(dòng)詞），結(jié)果稱為方案或設(shè)計(jì)（名詞），這個(gè)開發(fā)活動(dòng)的重要性凸現(xiàn)。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院4第3章面向?qū)ο蟮能浖?gòu)造模塊化是在函數(shù)級(jí)，通過函數(shù)間的交互表示程序結(jié)構(gòu)、分配程序功能，暫時(shí)忽略了函數(shù)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。面向?qū)ο蠹夹g(shù)把數(shù)據(jù)及其操作封裝在一個(gè)對(duì)象中，并把具有相同屬性（數(shù)據(jù)名稱）和方法（函數(shù)）的所有對(duì)象抽象成類，使得能在比函數(shù)更抽象、更大程序單元粒度的層次上進(jìn)行軟件開發(fā)。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院5第3章面向?qū)ο蟮能浖?gòu)造傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工程的目標(biāo)是創(chuàng)作出堅(jiān)固、適用和賞心悅目的模型或設(shè)計(jì)表示。堅(jiān)固或稱為可靠，是指程序不含任何妨礙其功能的缺陷。適用指滿足用戶需求，符合程序的開發(fā)目標(biāo)。賞心悅目則是指程序具有友好的界面，使用程序的快樂體驗(yàn)。為此，設(shè)計(jì)師必須首先獲得多種設(shè)計(jì)信息和方案，然后將其匯聚，從中精心挑選各種設(shè)計(jì)元素、得到某種特定的配置，最終形成滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)的產(chǎn)品或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院6第3章面向?qū)ο蟮能浖?gòu)造軟件設(shè)計(jì)的多樣化和聚合需要直覺和判斷力，其質(zhì)量取決于構(gòu)造類似實(shí)體的經(jīng)驗(yàn)、一系列指導(dǎo)面向演化的原則和啟發(fā)、一系列質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及最終設(shè)計(jì)的表示的迭代過程。軟件設(shè)計(jì)在開發(fā)過程中處于技術(shù)核心，它使用的技術(shù)與軟件過程無關(guān)。軟件設(shè)計(jì)是軟件建模的最后一個(gè)活動(dòng)，接著進(jìn)入構(gòu)造階段。軟件工程的一個(gè)獨(dú)特性是從分析到設(shè)計(jì)、從設(shè)計(jì)到程序的變遷。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院7第3章面向?qū)ο蟮能浖?gòu)造3.1抽象與封裝3.2認(rèn)識(shí)面向?qū)ο?.3面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)3.4調(diào)試的基本技術(shù)3.5軟件自動(dòng)化測試3.6案例分析與實(shí)踐3.7討論與提高3.8思考與練習(xí)題2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院83.1抽象與封裝3.1.1模塊產(chǎn)生與合成3.1.2抽象與封裝3.1.3抽象數(shù)據(jù)類型2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院93.1.1模塊產(chǎn)生與合成2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院103.1.1模塊產(chǎn)生與合成函數(shù)簇包含了對(duì)核心數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、變更和使用的操作函數(shù)。函數(shù)簇與其之外的其他函數(shù)通常不能產(chǎn)生、變更函數(shù)簇內(nèi)的核心數(shù)據(jù)，僅僅使用。從模塊化理解，一個(gè)函數(shù)簇實(shí)現(xiàn)了一組圍繞核心數(shù)據(jù)的功能，具備通信內(nèi)聚和功能內(nèi)聚，屬于強(qiáng)內(nèi)聚。函數(shù)簇其他函數(shù)、函數(shù)簇、模塊的連接方式主要是數(shù)據(jù)的傳遞及對(duì)理解函數(shù)簇?cái)?shù)據(jù)的函數(shù)的調(diào)用。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院113.1.1模塊產(chǎn)生與合成局部化，是實(shí)現(xiàn)模塊化的一種重要機(jī)制。如函數(shù)和復(fù)合語句的內(nèi)部變量函數(shù)調(diào)用可以視為模塊組合的一種機(jī)制。通過函數(shù)調(diào)用把函數(shù)聯(lián)系起來，構(gòu)成更大規(guī)模的程序。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院123.1.1模塊產(chǎn)生與合成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如數(shù)組或C的結(jié)構(gòu)體為組成更大、更復(fù)雜的數(shù)據(jù)提供了構(gòu)建具有層次結(jié)構(gòu)的組織方式。單純的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不含對(duì)數(shù)據(jù)的操作，也不能保護(hù)其中的數(shù)據(jù)元素?？梢栽跀?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)模塊化機(jī)制，這就需要抽象與封裝。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院133.1.2抽象與封裝抽象是指對(duì)于一個(gè)過程或一件事物的某些細(xì)節(jié)有目的地隱藏，以便把其他方面、細(xì)節(jié)或結(jié)構(gòu)表達(dá)得更加清楚。抽象是從眾多的事物中抽取出共同的、本質(zhì)性的特征，而舍棄其非本質(zhì)的特征。抽象的目的是通過把相關(guān)的屬性和其他不相關(guān)的屬性分開，分離關(guān)注點(diǎn)。抽象是處理復(fù)雜問題的一個(gè)手段。抽象是分離對(duì)象特性、限制對(duì)它們?cè)诋?dāng)前環(huán)境關(guān)注的一個(gè)機(jī)制。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院143.1.2抽象與封裝如，教學(xué)管理系統(tǒng)，把學(xué)生抽象成符號(hào)串（姓名、學(xué)號(hào)、學(xué)院、專業(yè)、課程）、數(shù)字（出生日期、課程成績）等用數(shù)據(jù)類型或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示的屬性；查找一個(gè)學(xué)生的信息通過一個(gè)檢索函數(shù)實(shí)現(xiàn)，使用者不必關(guān)心使用了什么檢索方法。又如，對(duì)口算題進(jìn)行了抽象，是有兩個(gè)運(yùn)算數(shù)、一個(gè)運(yùn)算符及一個(gè)運(yùn)算結(jié)果的符號(hào)串或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不考慮算式表示的涵義、物理屬性、表現(xiàn)形式等。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院153.1.2抽象與封裝程序設(shè)計(jì)有兩種抽象，分別是過程抽象（函數(shù)抽象）和數(shù)據(jù)抽象。過程抽象是在使用一個(gè)函數(shù)或方法時(shí)知道它干什么，而不知道它是如何完成的。數(shù)據(jù)抽象是將一個(gè)數(shù)據(jù)類型的特性（值及其運(yùn)算）與其實(shí)現(xiàn)分離。在軟件構(gòu)造中，我們需要一種機(jī)制來實(shí)現(xiàn)抽象，呈現(xiàn)關(guān)注點(diǎn)，隱藏其他細(xì)節(jié)。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院163.1.2抽象與封裝封裝有兩個(gè)含義：①把描述一個(gè)事物的性質(zhì)和行為結(jié)合在一起成為構(gòu)件，對(duì)外形成該事物的一個(gè)界限，封裝使構(gòu)件能夠集中而完整地對(duì)應(yīng)并描述具體的事物，體現(xiàn)了事物的相對(duì)獨(dú)立性；②信息隱蔽，即外界不能直接存取構(gòu)件的內(nèi)部信息（屬性）及隱藏起來的內(nèi)部操作，外界也不必知道操作的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)；信息隱藏強(qiáng)制封裝。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院173.1.2抽象與封裝封裝具有如下優(yōu)勢構(gòu)件外部只能通過外部可用的操作來訪問內(nèi)部數(shù)據(jù)和操作，降低了構(gòu)件間的耦合度。構(gòu)件內(nèi)部修改對(duì)外部的影響變小，減少了修改引起整個(gè)程序范圍的“波動(dòng)效應(yīng)”。更容易快速開發(fā)正確的程序，一旦程序員們確定了構(gòu)件間的交互，每個(gè)人都可以獨(dú)立地開發(fā)和測試分配的構(gòu)件。改善通用性和維護(hù)性。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院183.1.2抽象與封裝嚴(yán)格的封裝也會(huì)帶來諸如編程麻煩、執(zhí)行效率的問題。有些語言不強(qiáng)調(diào)嚴(yán)格的封裝和信息隱藏，而采取可見性控制來解決這些問題。例如，C++和Java語言通過定義對(duì)象的屬性和操作的可見性，規(guī)定了其他對(duì)象對(duì)其屬性和操作的可訪問性；另外，一個(gè)對(duì)象也可以通過把相應(yīng)的可見性指定為受保護(hù)的或私有的，而提供僅局限于特定對(duì)象的屬性和操作。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院193.1.2抽象與封裝【例3.1】一個(gè)商店中可能有一個(gè)人負(fù)責(zé)貨架（保管員），一個(gè)人負(fù)責(zé)進(jìn)貨（采購員）。對(duì)于保管員，貨架是存放商品位置的抽象，只需關(guān)注貨架的位置信息如行、列、層等，而不必關(guān)心貨架的材質(zhì)、色彩等。同樣，采購員對(duì)飲料進(jìn)行抽象，他只需知道飲料的名稱、編碼、價(jià)格、供應(yīng)商等有關(guān)信息，而不必關(guān)心飲料容器的大小、材料、色澤等。而保管員則必須知道這些信息，以便把商品放到正確的位置。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院203.1.2抽象與封裝封裝使得各行其責(zé)。當(dāng)保管員注意到庫存的飲料少了，只需通知采購員訂貨。保管員無須知道飲料的價(jià)格和來源。采購員也不關(guān)心飲料放在貨架的具體位置。封裝使得這些工作更加容易和安全。當(dāng)然，保管員和采購員相互獨(dú)立的職責(zé)有可能造成“采購員本周休假，飲料缺貨”的情形；或者保管員不在，倉庫有貨卻無法上架。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院213.1.3抽象數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型是一個(gè)值的集合和定義在值集上的一組操作的總稱。明顯或隱含地規(guī)定了數(shù)據(jù)的取值范圍、存儲(chǔ)方式及其運(yùn)算。數(shù)據(jù)類型可分為：原子類型和結(jié)構(gòu)類型。程序設(shè)計(jì)語言都提供了基本數(shù)據(jù)類型。每個(gè)數(shù)據(jù)都屬于某種數(shù)據(jù)類型。對(duì)于復(fù)雜的信息，編程處理時(shí)僅僅使用基本數(shù)據(jù)類型是不夠的。比如，可以把“學(xué)生”的取值集合與規(guī)定的一組操作定義成一種數(shù)據(jù)類型。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院223.1.3抽象數(shù)據(jù)類型抽象數(shù)據(jù)類型（AbstractDataType，ADT）是一個(gè)數(shù)據(jù)模型及定義在該模型上的一組操作。定義一個(gè)ADT時(shí)，必須給出它的名字及各操作的名稱，并且規(guī)定這些函數(shù)的參數(shù)性質(zhì)。一旦定義了一個(gè)ADT及具體實(shí)現(xiàn)，程序設(shè)計(jì)中就可以像使用基本數(shù)據(jù)類型那樣，十分方便地使用ADT。學(xué)生ADT，包含各種屬性及取值范圍；還有一組操作，如按照不同屬性查詢學(xué)生的信息、更改一些信息。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院233.1.3抽象數(shù)據(jù)類型一個(gè)程序員定義的ADT要通過高級(jí)編程語言中已有的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。利用基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以構(gòu)造一些復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如棧、隊(duì)列、樹、圖等，對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行抽象而不必讓使用者（程序員）關(guān)心實(shí)際數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)細(xì)節(jié)（ADT的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院243.1.3抽象數(shù)據(jù)類型【例3.2】一個(gè)ADTStack提供如下操作。Stack()：創(chuàng)建一個(gè)新的空棧；push(item)：把參數(shù)item放在棧頂；pop()：把棧頂元素從棧中移出并返回，若棧為空，則出錯(cuò)；top()：返回棧頂元素，但不移出，若棧為空，則出錯(cuò)；isEmpty()：若棧為空，返回真值，否則，返回假值；size()：返回棧的元素的個(gè)數(shù)。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院253.1.3抽象數(shù)據(jù)類型無論如何實(shí)現(xiàn)該棧，它只提供這6個(gè)操作，除此之外沒有其他操作。使用者不知道、也不必關(guān)心它是用數(shù)組、還是通用表等基本類型實(shí)現(xiàn)的。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院263.1.3抽象數(shù)據(jù)類型ADT的定義與其實(shí)現(xiàn)分離，使其用戶只需關(guān)注如何使用，而不是它的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。這種分離要求與ADT的交互使用接口（定義的操作集）。通過封裝實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，要求通過接口訪問ADT，使得我們能使用抽象進(jìn)行工作，專注ADT提供的功能，而不必理解這些功能的實(shí)現(xiàn)。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院273.1.3抽象數(shù)據(jù)類型【例3.3】第2章把Equation當(dāng)成一個(gè)整體。如果Equation的定義包含運(yùn)算結(jié)果value，按照ADT的概念，value是Equation的一個(gè)成員，使用Equation的程序（函數(shù)）是不允許訪問它的。但C可以通過equation.value訪問，包括更改它的值。這樣，就會(huì)導(dǎo)致equation的不一致：算式實(shí)際的運(yùn)算結(jié)果與存放結(jié)果value的值不一樣。所以在定義類型Equation時(shí)沒有包含它的運(yùn)算結(jié)果，而是用一個(gè)函數(shù)動(dòng)態(tài)地計(jì)算，才能使得一個(gè)算式保持一致。但是，這個(gè)計(jì)算顯然要占用資源。而且，在使用一個(gè)算式值時(shí)不能忘記這個(gè)計(jì)算函數(shù)。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院283.1.3抽象數(shù)據(jù)類型面向?qū)ο鬄閷?shí)現(xiàn)ADT提供了良好的機(jī)制。類：ADT的一種實(shí)現(xiàn)方式。加上繼承、聚合、多態(tài)等特性，不僅提高了軟件開發(fā)效率，還能提高軟件產(chǎn)品的質(zhì)量，使得面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)獲得普遍應(yīng)用。面向?qū)ο笳Z言提供了良好的編程機(jī)制，但語言本身并不能保證開發(fā)出高質(zhì)量程序，因而還需要學(xué)習(xí)和運(yùn)用設(shè)計(jì)、編碼、測試等軟件構(gòu)造的基本原理，更好地運(yùn)用面向?qū)ο笳Z言的特性來構(gòu)造出高質(zhì)量的程序。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院293.2認(rèn)識(shí)面向?qū)ο竺嫦驅(qū)ο蠹夹g(shù)包括軟件開發(fā)方法和程序設(shè)計(jì)語言，在傳統(tǒng)面向過程程序設(shè)計(jì)語言、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上做出了改進(jìn)，并在軟件開發(fā)、編程語言方面提出了新的理論和實(shí)踐。3.2.1設(shè)計(jì)類3.2.2設(shè)計(jì)操作3.2.3分類2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院303.2.1設(shè)計(jì)類用面向?qū)ο箝_發(fā)軟件時(shí)，我們把系統(tǒng)模塊化成類，它們封裝了屬性及其操作。決定一個(gè)類知道什么、做什么，就是抽象出一個(gè)類。在設(shè)計(jì)一個(gè)類如何做事情時(shí)，就是把它們封裝起來。良好設(shè)計(jì)的類限制訪問它的屬性及其操作，實(shí)質(zhì)上就是隱藏了信息及其處理。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院313.2.1設(shè)計(jì)類抽象是設(shè)計(jì)類的基本方法。抽象是在某個(gè)東西周圍畫上一個(gè)白盒子的動(dòng)作：識(shí)別出它做什么、不做什么。抽象是對(duì)某個(gè)東西定義接口的動(dòng)作。抽象告訴我們存儲(chǔ)學(xué)生的姓名、學(xué)號(hào)，也能讓學(xué)生選課。但是，抽象不告訴我們是如何做到這些的。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院323.2.1設(shè)計(jì)類封裝則處理如何將這些特性模塊化。封裝解決的是如何劃分一個(gè)系統(tǒng)的功能的設(shè)計(jì)問題。封裝是在某個(gè)東西周圍畫上一個(gè)黑盒子的動(dòng)作：它明確某事能完成，但是不告訴是怎樣做到的。換句話說，封裝對(duì)類的使用者隱藏了實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。為了使應(yīng)用程序容易維護(hù)，要限制訪問類的數(shù)據(jù)和操作。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院333.2.1設(shè)計(jì)類模塊化原則——緊內(nèi)聚、松耦合仍然適用于評(píng)價(jià)面向?qū)ο蟪绦?。包括類的?nèi)聚、方法的內(nèi)聚；不同類之間的耦合、同一個(gè)類不同對(duì)象之間的耦合及同一個(gè)類內(nèi)函數(shù)之間的耦合。類的模塊化準(zhǔn)則要求一個(gè)類應(yīng)當(dāng)是完整的原始的充分的2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院343.2.2設(shè)計(jì)操作類的設(shè)計(jì)要盡量使其所有的操作都是原始的，每個(gè)操作僅提供簡單、良好定義的行為。根據(jù)松散耦合的原則，也傾向于分離操作、減少它們之間的溝通。矛盾：把復(fù)雜的行為集中在一個(gè)方法中，簡化了接口，但其實(shí)現(xiàn)復(fù)雜了；反之，方法行為和實(shí)現(xiàn)簡單了，但方法多了，接口復(fù)雜了。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院353.2.2設(shè)計(jì)操作通常在面向?qū)ο箝_發(fā)中，把類的方法作為整體來設(shè)計(jì)，這是因?yàn)樗羞@些方法的合作構(gòu)成了抽象的全部協(xié)議。設(shè)計(jì)時(shí)考慮以下建議。復(fù)用：這個(gè)行為在更多的環(huán)境中更有意義嗎？復(fù)雜：實(shí)現(xiàn)這個(gè)行為有多難？適應(yīng)：這個(gè)行為與其置身的類有多少關(guān)系？實(shí)現(xiàn)知識(shí)：實(shí)現(xiàn)這個(gè)行為要依賴于類的內(nèi)部細(xì)節(jié)嗎？2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院363.2.2設(shè)計(jì)操作多態(tài)多態(tài)是類型理論的一個(gè)概念，一個(gè)名字可以表示多個(gè)不同類的實(shí)例，只要它們具有某個(gè)共同的超類而且相關(guān)。所以，被這個(gè)名字表示的任何對(duì)象都能以不同的方式對(duì)一組某些相同的操作做出響應(yīng)。由于多態(tài)，一個(gè)操作就能在層次結(jié)構(gòu)中的所有類以不同方式實(shí)現(xiàn)。這樣，子類就能擴(kuò)展超類的能力或者覆蓋超類的操作。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院373.2.2設(shè)計(jì)操作很多類具有相同協(xié)議時(shí)，多態(tài)最有用。如果沒有多態(tài)，程序中會(huì)出現(xiàn)大量的if或switch語句?！纠?.4】一個(gè)幾何圖形類Geometry有子類Rectangel、Segment、Triangle和Circle，顯示圖形的抽象方法display，每個(gè)子類都有自己的實(shí)現(xiàn)。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院383.2.2設(shè)計(jì)操作當(dāng)一個(gè)圖形編輯GraphicsEditor要顯示一個(gè)Geometry對(duì)象時(shí)，不用多態(tài)的代碼結(jié)構(gòu)可能是：2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院393.2.2設(shè)計(jì)操作如果使用多態(tài)，則代碼精簡：新增一個(gè)子類Polygon，要重新實(shí)現(xiàn)display，無須改變程序的其他部分，尤其不用改變使用Geometry的GraphicsEditor。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院403.2.3分類關(guān)鍵抽象是構(gòu)成問題域術(shù)語的一個(gè)類或?qū)ο?。其主要價(jià)值在于識(shí)別確定問題邊界的抽象，指出在系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題相關(guān)的類（領(lǐng)域類）、因而與設(shè)計(jì)相關(guān)的事情。機(jī)制用于描述通過對(duì)象的協(xié)作提供滿足問題需求的某種行為的任何結(jié)構(gòu)。因?yàn)轭惖脑O(shè)計(jì)具體表達(dá)了單個(gè)對(duì)象行為的知識(shí)，機(jī)制就是一個(gè)關(guān)于一組對(duì)象如何協(xié)作的設(shè)計(jì)決策。機(jī)制就是行為模式。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院413.2.3分類分類是對(duì)整理知識(shí)的一致手段。識(shí)別類和對(duì)象是面向?qū)ο箝_發(fā)的一個(gè)挑戰(zhàn)。識(shí)別包含發(fā)現(xiàn)和發(fā)明。通過發(fā)現(xiàn)，我們認(rèn)識(shí)到構(gòu)成問題域詞語的關(guān)鍵抽象和機(jī)制。通過發(fā)明，設(shè)計(jì)出一般化的抽象和機(jī)制，說明對(duì)象是如何協(xié)作的。發(fā)現(xiàn)和發(fā)明都是分類問題，其核心就是發(fā)現(xiàn)問題的共性。分類就是試圖把具有共同結(jié)構(gòu)或表現(xiàn)出共同行為的事情分為一組。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院423.2.3分類1．類之間的關(guān)系在類之間建立關(guān)系的原因，首先是一種類關(guān)系會(huì)指出某種共享。其次，一種類關(guān)系會(huì)指出某種語義聯(lián)系。面向?qū)ο笾杏腥N類關(guān)系。普通與特殊（繼承），即“是一種”。例如，加法算式是一種二元算式。整體-部分（聚合），即“是成員”。例如，算式是習(xí)題的一部分。關(guān)聯(lián)，表示沒有其他關(guān)系的類之間的某種語義依賴。如，“學(xué)生”和“教師”是兩個(gè)獨(dú)立的類，但是它們都和“課程”相關(guān)。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院433.2.3分類面向?qū)ο筌浖€有一種常見的關(guān)系——依賴。依賴表示關(guān)系一端的成員以某種方式依賴于關(guān)系另一端的成員。它告訴開發(fā)者，如果這些元素發(fā)生變化，會(huì)影響其他成員。例如，以幾何圖形的顯示display為例，除了顯示圖形的形狀，還可以顯示圖形的顏色和線條，類Geometry則依賴類Color和Style（粗細(xì)、實(shí)線、虛線）。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院443.2.3分類2．接口與實(shí)現(xiàn)Meyer認(rèn)為程序設(shè)計(jì)本質(zhì)上是契約：一個(gè)較大問題的功能通過把它們分包到不同元素的設(shè)計(jì)，而分解成若干較小的問題。類的內(nèi)部和外部視角。類的接口提供了外部視角，重在抽象，同時(shí)隱藏了它的結(jié)構(gòu)和組成。接口主要包括聲明。類的實(shí)現(xiàn)是其內(nèi)部視角，包含其行為，主要由所有定義在類接口操作的實(shí)現(xiàn)組成。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院453.2.3分類類的接口可以進(jìn)一步分成4類。公共的：對(duì)所有用戶可訪問的聲明；保護(hù)的：僅允許類本身及其子類訪問的聲明；私有的：僅允許類本身訪問的聲明；包：僅允許和類在用一個(gè)包的聲明。接口是一些面向?qū)ο笳Z言的基本元素，如Java語言的接口Interface，必須有具體的類才能實(shí)現(xiàn)接口定義的操作。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院463.3面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)本節(jié)由淺入深地討論如何運(yùn)用面向?qū)ο蟮脑瓌t和原理設(shè)計(jì)并開發(fā)良好的程序。初步識(shí)別出兩個(gè)類，分別是加減法的二元運(yùn)算的算式及存放算式的練習(xí)，分別命名為算式類BinaryOperation和習(xí)題類Exercise。3.3.1面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)符號(hào)3.3.2案例設(shè)計(jì)一3.3.3案例設(shè)計(jì)二2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院473.3.1面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)符號(hào)軟件設(shè)計(jì)語言或符號(hào)，如可視化圖形設(shè)計(jì)符號(hào)。在面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)中，普遍采用的包括描述程序靜態(tài)結(jié)構(gòu)的類圖、描述程序動(dòng)態(tài)行為的交互圖。它們掩藏了類中方法的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，突出了類的組成和類之間的關(guān)系，簡潔清晰地表達(dá)設(shè)計(jì)意圖和內(nèi)容。復(fù)雜的算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等操作的實(shí)現(xiàn)，仍然使用代碼和偽代碼補(bǔ)充說明。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院483.3.1面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)符號(hào)統(tǒng)一建模語言UML類圖類用一個(gè)帶有類名、屬性和操作的矩形表示。分隔線用來分離類名、屬性和操作。類名在矩形的最上方，其次是屬性，然后是操作。類名：具體類的名稱正常書寫；抽象類名加abstract前綴，或用斜體書寫；接口名加前綴interface，屬性空著。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院493.3.1面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)符號(hào)屬性類似程序語言的聲明——可見性、變量名、類型、初始值；前綴表示可見性：“+”公用，“?”私有，“#”保護(hù)。靜態(tài)變量或常量用大寫字母的標(biāo)識(shí)符，成員變量允許具有初始值。操作用簽名表示——可見性、返回類型、操作名稱、參數(shù)及類型，可見性符號(hào)與屬性的相同。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院503.3.1面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)符號(hào)2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院513.3.1面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)符號(hào)為了表示程序中類之間的關(guān)系，可以只用一個(gè)標(biāo)示類名的矩形表示類。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院523.3.1面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)符號(hào)類之間的關(guān)聯(lián)用一根線表示，包括每個(gè)關(guān)聯(lián)類的角色名、數(shù)目、方向和約束。泛化是一端帶空心三角形的連線，從子類到父類，空心三角形一端是父類。聚合用來描述一個(gè)元素（整體）包含另外的元素（部分），部分可以脫離整體作為一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體存在。聚合的整體端用空心菱形表示。組合是一種語義更強(qiáng)的聚合，部分組成整體，不可分割，整體消失部分也跟著消失，部分不能脫離整體而單獨(dú)存在。組合的整體端用實(shí)心菱形表示。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院533.3.1面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)符號(hào)圖3.3表示設(shè)計(jì)的解釋：機(jī)械工程師、電氣工程師和軟件工程師都屬于員工，他們組成一個(gè)飛機(jī)建造團(tuán)隊(duì)。飛機(jī)由零件組成，零件還可以（遞歸）有零件。UML不僅能使軟件建?？梢暬?，還有助于分析、評(píng)估和驗(yàn)證軟件設(shè)計(jì)，支持從UML自動(dòng)產(chǎn)生部分代碼，指導(dǎo)產(chǎn)生測試用例。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院543.3.2案例設(shè)計(jì)一1．算式類BinaryOperation2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院553.3.2案例設(shè)計(jì)一2．習(xí)題類Exercise2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院563.3.3案例設(shè)計(jì)二1．算式類BinaryOperation軟件設(shè)計(jì)中的單一職責(zé)原則（SingleResponsibilityPrinciple，SRP）是最容易理解和運(yùn)用的。單一職能原則實(shí)際上是內(nèi)聚原則在面向?qū)ο蠓椒ㄖ械木唧w表現(xiàn)，含義是就單個(gè)類而言，應(yīng)該只有一個(gè)引起它變化的原因。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院573.3.3案例設(shè)計(jì)二類BinaryOperation把其中的公共部分抽象出來，把差異部分細(xì)化成BinaryOperation的兩個(gè)子類：加法算式AdditionOperation減法算式SubstractOperation每個(gè)類只負(fù)責(zé)完成各自單一的功能，兩個(gè)子類相互獨(dú)立。這樣的程序結(jié)構(gòu)還便于程序擴(kuò)展，如增加乘法、除法子類，不影響已經(jīng)存在的類。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院583.3.3案例設(shè)計(jì)二里氏代換原則（LiskovSubstitutionPrinciple，LSP）是設(shè)計(jì)類層次結(jié)構(gòu)的基本原則，它要求子類型必須能夠替換其基類型。使用里氏代換原則的兩個(gè)要點(diǎn)如下。（1）子類的所有方法必須在父類中聲明，或子類必須實(shí)現(xiàn)父類中聲明的所有方法。（2）盡量把父類設(shè)計(jì)為抽象類或接口，讓子類繼承父類或?qū)崿F(xiàn)父接口，并實(shí)現(xiàn)在父類中聲明的所有方法。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院593.3.3案例設(shè)計(jì)二基類BinaryOperation設(shè)計(jì)成抽象類。子類AdditionOperation和SubstractOperation在基類中定義抽象方法intcalculate()返回運(yùn)算式的計(jì)算結(jié)果，抽象方法booleancheckingCalculation()檢查運(yùn)算結(jié)果。具體實(shí)現(xiàn)則分別在兩個(gè)子類中。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院603.3.3案例設(shè)計(jì)二2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院613.3.3案例設(shè)計(jì)二2．抽象類abstract類和接口interface的比較2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院623.3.3案例設(shè)計(jì)二3．依賴倒轉(zhuǎn)原則子類必須實(shí)現(xiàn)抽象父類定義的抽象方法才能生成對(duì)象，即低層的子類依賴高層的、抽象的父類。這種設(shè)計(jì)思想運(yùn)用了面向?qū)ο蠹夹g(shù)中的依賴倒轉(zhuǎn)原則（DependencyInversionPrinciple，DIP），它轉(zhuǎn)換了依賴關(guān)系：高層模塊不依賴于低層模塊，兩者都依賴于抽象。抽象不依賴于實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)依賴于抽象。換言之，就是高層模塊定義接口，低層模塊負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)。“上轉(zhuǎn)型對(duì)象”是面向?qū)ο蠓椒ㄖ袑?shí)現(xiàn)依賴倒轉(zhuǎn)原則的有效技術(shù)。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院633.3.3案例設(shè)計(jì)二4．習(xí)題類Exercise按照單一職責(zé)原則，把類Exercise的產(chǎn)生職責(zé)和使用職責(zé)分離出來，使類Exercise僅僅作為一個(gè)存儲(chǔ)和管理一定數(shù)量的算式題的數(shù)據(jù)集容器，同時(shí)建立一個(gè)使用習(xí)題的新類ExerciseSheet。兩個(gè)類之間是依賴關(guān)系：ExerciseSheet按照Exercise提供的方法使用它，當(dāng)然受其影響。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院643.3.3案例設(shè)計(jì)二在面向?qū)ο笾?，依賴關(guān)系可以視為具有特殊語義的關(guān)聯(lián)。UML類圖用帶箭頭的虛線連接兩個(gè)有依賴關(guān)系的類：虛線起端表示使用、受影響的類，帶箭頭的末端表示產(chǎn)生影響、被使用的類。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院653.3.3案例設(shè)計(jì)二2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院663.3.3案例設(shè)計(jì)二5．?dāng)?shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)ExerciseSheet無法訪問類Exercise中存放算式的私有成員operationList。為了能讓其他對(duì)象使用Exercise中存儲(chǔ)在Array中的算式，它必須提供公共操作，如檢索、遍歷等。類Exercise可以選擇其他數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，存放算式。面向?qū)ο笳Z言的容器型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如List、Queue、Stack等。Java語言的Collection（C#的ICollection）類層次結(jié)構(gòu)提供了豐富的管理數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、接口和（抽象）類。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院673.3.3案例設(shè)計(jì)二策略1：實(shí)現(xiàn)接口。隊(duì)列Queue的操作如contains、isEmpty、iterator等，完全滿足案例目前對(duì)Exercise的要求，可以讓Exercise實(shí)現(xiàn)接口Queue。在Java中使用隊(duì)列Queue，除了要實(shí)現(xiàn)這4個(gè)方法以外，還必須實(shí)現(xiàn)Queue及其繼承的所有其他所有方法，否則不能構(gòu)造對(duì)象實(shí)例。這違背了接口隔離原則（InterfaceSegregationPrinciple，ISP），根據(jù)該原則，不應(yīng)該強(qiáng)迫客戶程序依賴于它們不用的方法2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院683.3.3案例設(shè)計(jì)二策略2：運(yùn)用繼承。讓Exercise繼承容器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的一個(gè)，如具有動(dòng)態(tài)改變?nèi)萜鲾?shù)量的ArrayList。ArrayList可以視為動(dòng)態(tài)數(shù)組，即數(shù)組大小隨需增長。它提供了普通數(shù)組的操作，如按下標(biāo)添加、插入、查詢、刪除及迭代遍歷數(shù)據(jù)成員等方法，涵蓋了Exercise的設(shè)計(jì)要求。但這個(gè)設(shè)計(jì)策略暴露了存儲(chǔ)算式的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因而違背了信息隱藏的基本原則。另外，同接口一樣，不能選擇性地繼承操作或?qū)傩?，子類Exercise繼承了一些不需要的操作。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院693.3.3案例設(shè)計(jì)二策略3：封裝結(jié)構(gòu)。Exercise定義容器類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如Array、ArrayList、Queue、List）為私有成員變量封裝，Exercise提供訪問的next、hasNext等方法，以便ExerciseSheet能夠?qū)崿F(xiàn)遍歷等操作。不同的應(yīng)用需要Exercise提供的操作可能不完全一樣。例如，目前不需要從練習(xí)中刪除運(yùn)算題，就可以不實(shí)現(xiàn)刪除操作。而且，不同的容器類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如Array和ArrayList，對(duì)這些操作的實(shí)現(xiàn)也不同。ArrayList能提供包含上述要求的操作，甚至更多、更方便。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院703.4調(diào)試的基本技術(shù)在Eclipse中，Java視圖中選擇要調(diào)試的函數(shù)/類右擊，選擇debugas→JavaApplication，出現(xiàn)debug視圖。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院713.4調(diào)試的基本技術(shù)啟動(dòng)調(diào)試程序的兩種方式：（1）選擇菜單Run→DebugAs；（2）選擇debug的圖標(biāo)。使用調(diào)試器調(diào)試程序的基本模式如下：首先設(shè)置（若干）斷點(diǎn)，啟動(dòng)運(yùn)行調(diào)試器；遇到一個(gè)斷點(diǎn)后停下，單步調(diào)試一段代碼，可以檢查、改變斷點(diǎn)的程序狀態(tài)和行為。然后恢復(fù)，讓調(diào)試器繼續(xù)執(zhí)行程序，直到遇到下一個(gè)斷點(diǎn)或執(zhí)行到程序的結(jié)束。調(diào)試可在任何時(shí)刻終止。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院723.4調(diào)試的基本技術(shù)3.4.1單步調(diào)試源程序3.4.2檢查/更改變量的值3.4.3設(shè)置監(jiān)視點(diǎn)觀察變量3.4.4上下移動(dòng)調(diào)用棧2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院733.4.1單步調(diào)試源程序1．設(shè)置斷點(diǎn)在要檢查的語句上設(shè)置斷點(diǎn)，程序執(zhí)行到斷點(diǎn)處會(huì)暫停。通過窗口觀察此刻變量的值、檢查程序運(yùn)行情況；可以輸入改變變量或表達(dá)式的值，然后讓程序繼續(xù)運(yùn)行。Eclipse中在代碼行左邊的頁邊空白處雙擊設(shè)置斷點(diǎn)。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院743.4.1單步調(diào)試源程序2．單步調(diào)試?yán)脝尾矫?，從斷點(diǎn)處開始一次處理一條語句。變量值有助于程序員仔細(xì)觀察程序的執(zhí)行流程、了解程序變量值的變化、調(diào)查可疑代碼。在debug視圖中有三種方式執(zhí)行視圖中的圖標(biāo)右擊出現(xiàn)的選擇（含圖標(biāo)）快捷鍵2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院753.4.1單步調(diào)試源程序單步調(diào)試的主要操作StepInto，F(xiàn)5，進(jìn)入方法內(nèi)部。StepOver，F(xiàn)6，執(zhí)行方法下一條語句。StepReturn，F(xiàn)7，從當(dāng)前方法跳出，跳轉(zhuǎn)到該方法的結(jié)尾代碼處。Resume，F(xiàn)8，恢復(fù)操作。跳出單步調(diào)試方式，讓程序繼續(xù)運(yùn)行到下一個(gè)斷點(diǎn)或執(zhí)行完。DropToFrame，使調(diào)試器重新跳到當(dāng)前方法的開始處重新執(zhí)行，所有上下文變量的值也恢復(fù)?？梢栽陉P(guān)注的狀態(tài)下反復(fù)調(diào)試，而不用重新啟動(dòng)調(diào)試器。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院763.4.1單步調(diào)試源程序3．臨時(shí)斷點(diǎn)有時(shí)需要在顯示的代碼中臨時(shí)設(shè)置有期限的斷點(diǎn)，以便細(xì)致觀察程序。在Eclipse中，突出顯示源碼窗口中要設(shè)置臨時(shí)斷點(diǎn)的代碼行，然后右擊并選擇RuntoLine。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院773.4.2檢查/更改變量的值當(dāng)調(diào)試器暫停了程序運(yùn)行后，可以執(zhí)行一些調(diào)試命令來顯示、改變程序變量的值。不使用調(diào)試器，在程序中增加打印語句顯示程序變量值的變化也可以。在圖(a)選中變量右擊選ChangePrimitiveValue，出現(xiàn)圖(b)所示的對(duì)話框。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院783.4.3設(shè)置監(jiān)視點(diǎn)觀察變量監(jiān)視點(diǎn)（watchpoint）結(jié)合了斷點(diǎn)和變量檢查的概念。每當(dāng)指定變量的值發(fā)生變化時(shí)，都暫停程序的運(yùn)行。監(jiān)視點(diǎn)對(duì)局部變量的用途一般沒有對(duì)作用域更寬的變量的用途大，因?yàn)橐坏┳兞砍鲎饔糜颍ㄈ绾瘮?shù)結(jié)束），在局部變量上設(shè)置的監(jiān)視點(diǎn)就會(huì)被取消。main()中的局部變量例外，因?yàn)槠渲械淖兞恳鹊匠绦驁?zhí)行結(jié)束時(shí)才會(huì)被釋放。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院793.4.3設(shè)置監(jiān)視點(diǎn)觀察變量在Eclipse中設(shè)置監(jiān)視點(diǎn)的方法：在源碼窗口中右擊，選擇Watch，然后在對(duì)話框中填寫適當(dāng)?shù)谋磉_(dá)式，如圖3.11所示。代碼的執(zhí)行結(jié)果將顯示在表達(dá)式窗口中。選中一句或一段代碼右擊，選擇Inspect（檢查）項(xiàng)，可以直接顯示表達(dá)式的值。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院803.4.4上下移動(dòng)調(diào)用棧與函數(shù)關(guān)聯(lián)的運(yùn)行時(shí)信息存儲(chǔ)在稱為幀的內(nèi)存區(qū)域中。幀中包含了函數(shù)局部變量的值、形參，以及調(diào)用該函數(shù)的位置。系統(tǒng)為每個(gè)調(diào)用函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)幀，并將其放在一個(gè)運(yùn)行棧上；運(yùn)行棧最上面的幀表示當(dāng)前正在運(yùn)行的函數(shù)，當(dāng)函數(shù)退出時(shí)，這個(gè)幀就退出運(yùn)行棧并釋放所占的內(nèi)存。運(yùn)用調(diào)試器可以觀察運(yùn)行棧，追蹤函數(shù)之間的調(diào)用關(guān)系和變量值的來源、變化等信息。Eclipse中，運(yùn)行棧在debug透視圖本身連續(xù)可見。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院813.5軟件自動(dòng)化測試合適的測試工具和構(gòu)建工具，可以提高構(gòu)建效率，是現(xiàn)代軟件開發(fā)的基礎(chǔ)。JUnit已經(jīng)成為現(xiàn)代軟件開發(fā)方法和工具的核心組成。它是Java語言的測試框架，是包含測試用例、測試執(zhí)行、測試記錄等一組Java類和接口。JUnit由于簡單、實(shí)用、易用，特別適合自動(dòng)化的單元測試和回歸測試。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院823.5軟件自動(dòng)化測試3.5.1初識(shí)Junit3.5.2編寫Junit測試代碼2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院833.5.1初識(shí)Junit使用JUnit進(jìn)行測試的基本步驟如下。（1）建立測試類，命名規(guī)則：待測類名+Test，如BinaryOperationTest。在該類的前面用@RunWith指定測試運(yùn)行器，默認(rèn)JUnit4。（2）在用@Before注解的setUp()中為測試做必要準(zhǔn)備（測試裝置fixture）。（3）為待測類的成員方法/函數(shù)編寫測試方法，命名規(guī)則：test+待測方法，以@Test注解這個(gè)待測方法，其中務(wù)必包含測試斷言。（4）運(yùn)行測試，查看運(yùn)行結(jié)果，更改代碼。（5）增加方法或修改代碼時(shí)，重復(fù)（3、4）。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院843.5.2編寫Junit測試代碼1．基本測試2．追蹤失敗的測試2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院853.6案例分析與實(shí)踐3.6.1分析3.6.2構(gòu)造2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院863.6.1分析構(gòu)造任務(wù)3.1：實(shí)現(xiàn)BinaryOperation及其子類。構(gòu)造任務(wù)3.2：實(shí)現(xiàn)Exercise和ExerciseSheet。開發(fā)方式（1）順序，即完成子任務(wù)1的程序后開始2；（2）并行，同時(shí)開始子任務(wù)1和2的編程。在子任務(wù)2編程期間，可以使用簡單的算式類代替BinaryOperation，最后再用編寫好的BinaryOperation替換，完成整個(gè)任務(wù)。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院873.6.1分析小強(qiáng)和小雨倆人的合作方式可以是：（1）兩人分別執(zhí)行一個(gè)子任務(wù)；（2）兩人協(xié)作執(zhí)行一個(gè)子任務(wù)——一個(gè)人編寫程序，另一個(gè)人設(shè)計(jì)測試，等程序完成了就立刻執(zhí)行測試；整個(gè)開發(fā)期間兩人可以交換工作。合作方式（2）蘊(yùn)含了敏捷開發(fā)方法中兩種實(shí)踐的基本思想——測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)與結(jié)對(duì)編程。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院883.6.2構(gòu)造2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院893.7討論與提高3.7.1對(duì)調(diào)試的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)3.7.2設(shè)計(jì)原則與設(shè)計(jì)模式3.7.3面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)原則2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院903.7.1對(duì)調(diào)試的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)1．調(diào)試與測試調(diào)試與測試都分析程序代碼、選擇性地運(yùn)行程序，并觀察程序的結(jié)果或運(yùn)行過程。測試與調(diào)試的目標(biāo)不同，采用了不同的技術(shù)、方法和工具。在軟件構(gòu)造過程中，開發(fā)者交替進(jìn)行測試與調(diào)試：測試發(fā)現(xiàn)程序可能存在錯(cuò)誤，然后通過調(diào)試來修改錯(cuò)誤，之后再通過測試確認(rèn)程序錯(cuò)誤得到了修改。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院913.7.1對(duì)調(diào)試的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)2．不調(diào)試就是最好的調(diào)試精通程序調(diào)試不僅要掌握專門的調(diào)試器，還要充分利用其他編程輔助工具。最好的調(diào)試方法就是一開始就不要錯(cuò)誤地編程！首先，要熟練掌握編輯器的使用。充分利用支持編程語言的編輯器是最容易忽略的“預(yù)調(diào)試”方式。其次，充分利用編譯器。第三，使用靜態(tài)代碼檢查器。3．調(diào)試的智力活動(dòng)2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院923.7.2設(shè)計(jì)原則與設(shè)計(jì)模式面向?qū)ο蠹夹g(shù)在軟件開發(fā)過程中出現(xiàn)了一些可反復(fù)使用、解決實(shí)際問題的解決方案，稱為設(shè)計(jì)模式。一個(gè)設(shè)計(jì)模式針對(duì)一個(gè)具體問題，用抽象方式描述解決一類特殊問題的、通用的設(shè)計(jì)方案元素。設(shè)計(jì)模式的核心元素包括：標(biāo)示模式的名稱，適用環(huán)境的場景，描述設(shè)計(jì)的模板。在面向?qū)ο蠹夹g(shù)中，用類圖描述設(shè)計(jì)模式的結(jié)構(gòu)，用交互圖描述設(shè)計(jì)模式的行為。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院933.7.2設(shè)計(jì)原則與設(shè)計(jì)模式1．策略模式（1）問題分析。算法多種多樣、經(jīng)常改變，其他類不使用的算法。如何在運(yùn)行時(shí)根據(jù)需要透明地更改對(duì)象的算法？將算法與對(duì)象本身解耦，從而避免上述問題？（2）解決思路。使用一個(gè)抽象的策略算法，用子類繼承這個(gè)公共的抽象類，定義一個(gè)個(gè)具體的策略算法，把它們封裝起來，通過實(shí)現(xiàn)抽象類的抽象算法使它們可互相替換。該模式使得算法可獨(dú)立于使用它的應(yīng)用客戶而變化和擴(kuò)展。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院943.7.2設(shè)計(jì)原則與設(shè)計(jì)模式1．策略模式（3）設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院953.7.2設(shè)計(jì)原則與設(shè)計(jì)模式1．策略模式（4）模式特點(diǎn)。策略類及其子類提供了一系列可重用的封裝算法，通過面向?qū)ο蟮亩鄳B(tài)、動(dòng)態(tài)綁定技術(shù)，對(duì)象在運(yùn)行時(shí)根據(jù)需要在各個(gè)算法之間進(jìn)行切換。策略模式容易造成很多的策略類。（5）案例研究。策略類BinaryOperation包含兩抽象方法calculate和checkingCalculation，兩個(gè)實(shí)現(xiàn)具體策略的子類AdditionOperation和SubstractOperation分別實(shí)現(xiàn)了這兩個(gè)方法。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院963.7.2設(shè)計(jì)原則與設(shè)計(jì)模式2．迭代器模式（1）問題分析。在軟件構(gòu)建過程中要處理集合數(shù)據(jù)，集合對(duì)象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化各異。對(duì)于這些集合對(duì)象，希望在不暴露其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的同時(shí)，讓外部客戶代碼透明地順序訪問其中的每個(gè)成員對(duì)象；同時(shí)也為同一種算法在多種集合對(duì)象上進(jìn)行操作提供可能。（2）解決思路。提供一種方法有效地按順序訪問一個(gè)聚合對(duì)象中的各個(gè)成員對(duì)象，而又不暴露該聚合對(duì)象的內(nèi)部表示。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院973.7.2設(shè)計(jì)原則與設(shè)計(jì)模式2．迭代器模式（3）設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院983.7.2設(shè)計(jì)原則與設(shè)計(jì)模式2．迭代器模式（4）模式特點(diǎn)。迭代抽象——訪問一個(gè)聚合對(duì)象的內(nèi)容而無須暴露它的內(nèi)部表示。迭代多態(tài)——為遍歷不同的集合結(jié)構(gòu)提供一個(gè)統(tǒng)一的接口，從而支持同樣的算法在不同的集合結(jié)構(gòu)上進(jìn)行操作。健壯性考慮——遍歷的同時(shí)有可能更改迭代器所在的集合結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致問題。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院993.7.2設(shè)計(jì)原則與設(shè)計(jì)模式2．迭代器模式（5）案例研究。①Java的CollectionsFramework是迭代器模式的典型實(shí)現(xiàn)。它的接口Collection和Iterator分別對(duì)應(yīng)模式中的Aggregate和Iterator。②案例設(shè)計(jì)二中的策略3的封閉結(jié)構(gòu)可以視為迭代器模式的（變形的）應(yīng)用。Exercise封裝了ArrayList，BinaryOperation是ArrayList泛型的具體類型。客戶ExerciseSheet直接使用了Exercises提供的Iterator的接口next()和hasNext()。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1003.7.3面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)原則面向?qū)ο蟮?個(gè)基本原則（1）單一職責(zé)原則（SingleResponsibilityPrinciple，SRP）。一個(gè)類只有一種功能。面向?qū)ο蟪绦驅(qū)Φ婉詈?、高?nèi)聚原則的實(shí)踐。（2）開放封閉原則（OpenClosedPrinciple，OCP）。軟件實(shí)體（模塊、函數(shù)、類）應(yīng)該可以擴(kuò)展，但不可修改。對(duì)擴(kuò)展開放，對(duì)修改封閉。它是面向?qū)ο笏性瓌t的核心。（3）依賴倒轉(zhuǎn)原則（Dependency-InversionPrinciple,DIP）。抽象不應(yīng)該依賴細(xì)節(jié)，細(xì)節(jié)應(yīng)該依賴于抽象。該原則與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化分析與設(shè)計(jì)方法對(duì)立。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1013.7.3面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)原則面向?qū)ο蟮?個(gè)基本原則（4）里氏代換原則（LiskovSubstitutionPrinciple，LSP）。子類型能夠替換基類型。這是保證繼承復(fù)用的基礎(chǔ)。違反了里氏代換原則必然導(dǎo)致違反開放封閉原則。（5）接口隔離原則（InterfaceSegregationPrinciple，ISP）。不應(yīng)該強(qiáng)迫客戶依賴于它們不用的方法。接口屬于客戶，不屬于它所在的類層次結(jié)構(gòu)。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1023.7.3面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)原則1．開放封閉原則開放封閉原則是松散耦合的具體體現(xiàn)：允許程序通過類的繼承、合成而擴(kuò)展，但是不允許或盡量減少改變已經(jīng)編譯好的類。解決程序修改問題的核心是模塊化。通過修改模塊（類）而實(shí)現(xiàn)程序的開放封閉原則。例如，目前的要求是100以內(nèi)的加減法運(yùn)算，如果想把數(shù)據(jù)擴(kuò)大到500，或者要求加法是200以內(nèi)、減法是100以內(nèi)。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1033.7.3面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)原則遵循開閉原則，運(yùn)用策略模式改進(jìn)BinaryOperation結(jié)構(gòu)，把算式產(chǎn)生與算式約束或規(guī)則分離，并且把運(yùn)算數(shù)的約束和運(yùn)算結(jié)果的約束也分離。讓BinaryOperation使用抽象約束類Constraints的操作checkRange和checkCalculation分別檢查運(yùn)算數(shù)和運(yùn)算結(jié)果是否滿足約束條件。不同運(yùn)算類型要求不同的約束，所以，增加兩個(gè)子類AdditionConstraint和SubstractConstraint，具體實(shí)現(xiàn)檢查兩個(gè)運(yùn)算數(shù)的約束checkRange、它們之和或差的約束checkCalculation。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1043.7.3面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)原則2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1053.7.3面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)原則實(shí)現(xiàn)開閉原則的核心是共性和個(gè)性分析，關(guān)鍵是抽象。需要分析要求，從不同狀態(tài)和行為中梳理出共性和個(gè)性，然后對(duì)應(yīng)用軟件進(jìn)行抽象化設(shè)計(jì)：首先為整個(gè)軟件設(shè)計(jì)一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的抽象結(jié)構(gòu)，提供充分的接口，保障可擴(kuò)展性；然后把不同的行為放在具體的實(shí)現(xiàn)層。最后，里氏代換原則是開閉原則的具體實(shí)現(xiàn)手段之一。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1063.7.3面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)原則2．合成復(fù)用原則合成復(fù)用原則（Composite/AggregateReusePrinciple，CARP）是指盡量使用組合/聚合關(guān)系，而不使用繼承。在一個(gè)新的對(duì)象里面通過組合/聚合關(guān)系使用一些已有的對(duì)象，使之成為新對(duì)象的一部分，新對(duì)象通過委派調(diào)用已有對(duì)象的方法達(dá)到復(fù)用其已有功能的目的，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)用，同時(shí)滿足松散耦合的基本原則。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1073.7.3面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)原則根據(jù)合成復(fù)用原則，只有當(dāng)以下的條件全部被滿足時(shí)，才應(yīng)當(dāng)使用繼承關(guān)系。（1）子類是基類的一個(gè)特殊種類，而不是超類的一個(gè)角色，即要區(qū)分“是……一部分”和“是……的一種”。（2）永遠(yuǎn)不會(huì)出現(xiàn)需要將子類換成另外一個(gè)類的子類的情況。（3）子類具有擴(kuò)展基類的責(zé)任，而沒有置換或注銷超類的責(zé)任。（4）只有在分類學(xué)角度有意義時(shí)，才可以使用繼承。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院108第4章

數(shù)據(jù)處理的軟件構(gòu)造第4章數(shù)據(jù)處理的軟件構(gòu)造本章討論案例中數(shù)據(jù)處理的問題：按需選擇、使用數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)持久性。重點(diǎn)是如何把算式和習(xí)題從程序變量的值轉(zhuǎn)化為可共享的、持久性的文件數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)文件的產(chǎn)生、存儲(chǔ)和讀取操作，學(xué)習(xí)一個(gè)特殊的文本文件格式CSV。編程方面，學(xué)習(xí)表驅(qū)動(dòng)編程模式和防御性編程。測試方面，學(xué)習(xí)白盒測試的基本技術(shù)，繼續(xù)學(xué)習(xí)JUnit的其他測試方法。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院110第4章數(shù)據(jù)處理的軟件構(gòu)造故事5軟件是一個(gè)包含程序、數(shù)據(jù)和用戶的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。一個(gè)軟件可以提供若干功能或模塊，不同用戶可以使用其中的模塊——若干函數(shù)、類或方法。一個(gè)用戶可以利用其他用戶使用軟件產(chǎn)生的結(jié)果（如算式、習(xí)題），繼續(xù)使用軟件完成其他任務(wù)（如批改練習(xí)）。不同用戶應(yīng)該可以在不同的時(shí)間產(chǎn)生和使用結(jié)果（數(shù)據(jù)）。其中的一個(gè)條件是能夠持久地存儲(chǔ)結(jié)果，其生命期要超過程序運(yùn)行的時(shí)間，即存儲(chǔ)一次程序運(yùn)行的結(jié)果，在程序退出、再次啟動(dòng)后，程序的其他模塊能獲取并使用存儲(chǔ)的結(jié)果。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院111第4章數(shù)據(jù)處理的軟件構(gòu)造實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)持久性最基本的途徑是文件和數(shù)據(jù)庫。本章討論使用文件實(shí)現(xiàn)圖4.1。首先，討論案例有哪些量大的數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)。其次，簡單解釋文件及Java輸入/輸出流。接著，引入實(shí)現(xiàn)持久性的編程問題及技術(shù)方法。最后，給出案例的分析與實(shí)現(xiàn)。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院112第4章數(shù)據(jù)處理的軟件構(gòu)造4.1數(shù)據(jù)及其持久性4.2文件與輸入/輸出流4.3編寫健壯的程序4.4字符串處理與正則表達(dá)式4.5程序中數(shù)據(jù)集的使用4.6基于程序結(jié)構(gòu)的測試4.7運(yùn)用Junit4.8案例分析與實(shí)踐4.9討論與提高4.10思考與練習(xí)題2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1134.1數(shù)據(jù)及其持久性保存在程序之外（如文件、網(wǎng)絡(luò)）的數(shù)據(jù)稱為持久數(shù)據(jù)。文件處理是編程語言支持應(yīng)用程序存儲(chǔ)和處理大量持久數(shù)據(jù)的一個(gè)最重要能力。Java等編程語言通常都提供了文件處理和輸入/輸出流的功能。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1144.1數(shù)據(jù)及其持久性字符由比特組成。一組字符或字節(jié)組成字段。一個(gè)字段是傳遞含義的一組字符或字節(jié)。若干字段構(gòu)成記錄。記錄是一組有關(guān)系的字段。一個(gè)文件可以是一組相關(guān)的記錄。組織文件中的記錄有多種不同的方式。最常見的方式是順序文件。一組相關(guān)的文件可以組成數(shù)據(jù)庫。專門用于創(chuàng)建、處理和管理數(shù)據(jù)庫的一組程序稱為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1154.1數(shù)據(jù)及其持久性一個(gè)應(yīng)用程序如何選擇數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理和處理方式，要考慮下面的因素。數(shù)據(jù)的持久性和使用頻次生產(chǎn)和訪問數(shù)據(jù)的難易程度共享與傳輸數(shù)據(jù)的量及管理數(shù)據(jù)的操作方式2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1164.2文件與輸入/輸出流4.2.1文件4.2.2輸入/輸出流4.2.3數(shù)據(jù)序列化4.2.4CSV格式的文本文件2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1174.2.1文件案例的持久性問題，本質(zhì)上是程序之間的一種交互，即一個(gè)程序或模塊產(chǎn)生數(shù)據(jù)，另一個(gè)程序或模塊讀取并使用這些數(shù)據(jù)。程序之間可以通過文件實(shí)現(xiàn)輸入/輸出。在操作系統(tǒng)中，文件是組織和管理數(shù)據(jù)的基本單位，也是對(duì)物理輸入/輸出設(shè)備的抽象，使用者不必關(guān)心文件及其內(nèi)容的存取方式、存儲(chǔ)位置、結(jié)束標(biāo)志等。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1184.2.1文件1．字符文件與字節(jié)文件在字符文件中，字節(jié)表示字符，使得人們可以查看、編輯文件。在字節(jié)文件中，字節(jié)不一定表示字符；字節(jié)組還可以表示其他類型的數(shù)據(jù)，如整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)或漢字字符。文件都是以二進(jìn)制格式存儲(chǔ)的。字節(jié)文本的存儲(chǔ)無須任何編碼，而使用文本文件時(shí)要考慮字符編碼。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1194.2.1文件2．記錄文件和流式文件文件分為物理文件和邏輯文件。邏輯文件從結(jié)構(gòu)上分兩種：無結(jié)構(gòu)的流式文件，信息不劃分單位，由一串字符流構(gòu)成文件；有結(jié)構(gòu)的記錄文件，信息按邏輯上獨(dú)立的含義劃分信息單位，稱為一個(gè)邏輯記錄（簡稱記錄）。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1204.2.2輸入/輸出流程序借助一個(gè)連接內(nèi)存中的程序和外存設(shè)備的通道來操作存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。流表示任意輸入的源或輸出的目的地。流即傳輸數(shù)據(jù)的管道，讓外部輸入設(shè)備或存儲(chǔ)器上的數(shù)據(jù)流入內(nèi)存，讓程序中的數(shù)據(jù)流出。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1214.2.2輸入/輸出流在程序中，可以把文件理解成物理概念，流是邏輯概念。程序的輸入/輸出操作是針對(duì)抽象的流來定義的，前提是把該文件與一個(gè)（對(duì)象）流聯(lián)系起來。高級(jí)語言如C、C++、C#、Java等保留了操作系統(tǒng)中的文件，同時(shí)引入了流，執(zhí)行對(duì)文件的讀/寫操作。Java等語言沒有定義文件結(jié)構(gòu)，即記錄，所以，程序員必須設(shè)計(jì)文件結(jié)構(gòu)來滿足應(yīng)用的需求。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1224.2.3數(shù)據(jù)序列化1．編寫數(shù)據(jù)序列化代碼“線性化”函數(shù)將結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字符串類型的數(shù)據(jù)。當(dāng)程序需要結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)時(shí)，再通過“結(jié)構(gòu)化”函數(shù)，把線性化的數(shù)據(jù)按照原先的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)恢復(fù)成結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。如何讀/寫對(duì)象：要把對(duì)象轉(zhuǎn)換成字符串，在Java中類似toString。首先要把具有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)元素分解，轉(zhuǎn)換成字符串，然后用特殊分隔符隔離。每個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象還要再以分隔符隔離。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1234.2.3數(shù)據(jù)序列化【例4.1】學(xué)生有姓名、性別、學(xué)號(hào)、身高、體重、生日、學(xué)院、手機(jī)等信息。首先，轉(zhuǎn)換成字符串。姓名可以拼音或中文（如果是外國人的姓名，姓氏和名字之間加一個(gè)空格作為分隔符），生日中的年月日作為一個(gè)數(shù)據(jù)元素，也可以分成三個(gè)數(shù)據(jù)元素年、月、日，中間也需隔離，比如用下畫線1995_02_25，或者斜線1995/02/25，其他的可以當(dāng)作一個(gè)整體，這8個(gè)數(shù)據(jù)元素之間用“？”分隔；每個(gè)學(xué)生數(shù)據(jù)占一行，或者用逗號(hào)、分號(hào)等不同于數(shù)據(jù)內(nèi)部的分隔符。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1244.2.3數(shù)據(jù)序列化從文件中讀入學(xué)生數(shù)據(jù)時(shí)，根據(jù)換行符或其他分隔符讀入一個(gè)學(xué)生的數(shù)據(jù)，然后再析取每個(gè)學(xué)生的數(shù)據(jù)元素，轉(zhuǎn)換成基本的數(shù)據(jù)類型。對(duì)于C語言，可能要轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)體struct。對(duì)于面向?qū)ο笳Z言，需要用這些數(shù)據(jù)構(gòu)造成一個(gè)對(duì)象，因而需要類提供所有成員變量的構(gòu)造方法。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1254.2.3數(shù)據(jù)序列化2．對(duì)象序列化Java、C#等面向?qū)ο笳Z言都有實(shí)現(xiàn)對(duì)象序列化的類或接口（類似Serializable），把對(duì)象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成（二進(jìn)制）字節(jié)序列的形式，與外部源共享或傳輸數(shù)據(jù)。程序員不必準(zhǔn)確知道系統(tǒng)是如何表示對(duì)象的字節(jié)序列的。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1264.2.3數(shù)據(jù)序列化序列化（Serialization）是將對(duì)象的狀態(tài)信息（成員變量）轉(zhuǎn)換為可以存儲(chǔ)或傳輸?shù)男问降倪^程。它的逆過程則被稱為反序列化（Deserialization）。在序列化期間，對(duì)象將其當(dāng)前狀態(tài)寫入到臨時(shí)或持久存儲(chǔ)區(qū)?？梢酝ㄟ^從存儲(chǔ)區(qū)中讀取或反序列化對(duì)象的狀態(tài)，重新創(chuàng)建該對(duì)象。序列化的對(duì)象是對(duì)象的字節(jié)序列，包含對(duì)象數(shù)據(jù)及其類型信息。這樣，信息可以用來再創(chuàng)建內(nèi)存中的對(duì)象。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1274.2.4CSV格式的文本文件逗號(hào)分隔值（Comma-SeparatedValues，CSV）以純文本形式存儲(chǔ)數(shù)字和文本數(shù)據(jù)。CSV文件由任意數(shù)目的記錄組成，記錄之間以某種換行符分隔；每條記錄由字段組成，字段間的分隔符是其他字符或字符串，最常見的是逗號(hào)或制表符。通常，所有記錄都有完全相同的字段序列。CSV是一種通用的、相對(duì)簡單的文本文件格式，在電子表單和數(shù)據(jù)庫中有著廣泛的應(yīng)用。一些程序設(shè)計(jì)語言如R、Go和Python都內(nèi)置了讀/寫CSV格式文件的函數(shù)或類。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1284.2.4CSV格式的文本文件CSV沒有單一的、明確定義的格式。在實(shí)踐中，CSV泛指具有以下特征的任何文本文件：純文本，使用某個(gè)字符集，如ASCII、Unicode、EBCDIC或GB2312；由記錄組成（典型的是每行一條記錄）；每條記錄被分隔符分隔為字段（典型分隔符有逗號(hào)、分號(hào)或制表符；有時(shí)分隔符可以包括可選的空格）；每條記錄都有同樣的字段序列。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1294.3編寫健壯的程序健壯性（robutness）是指程序?qū)τ谝笾獾妮斎脒M(jìn)行判斷并處理、使程序保持運(yùn)行狀態(tài)，即使這有時(shí)可能導(dǎo)致不準(zhǔn)確的結(jié)果。程序的正確性指的是程序絕不產(chǎn)生不準(zhǔn)確的結(jié)果。有時(shí)更希望程序健壯，4.3.1防御性編程4.3.2使用斷言2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1304.3.1防御性編程防御編程的基本思想是：程序員要預(yù)計(jì)其他程序員的過錯(cuò)、無效的輸入、甚至有害的數(shù)據(jù)及使用者的過失，即使這種事情罕見，也要采取適當(dāng)措施保護(hù)自己的程序。保護(hù)程序無效輸入破壞的基本原則：檢查每個(gè)輸入?yún)?shù)的數(shù)據(jù)；特別要檢查從程序外部進(jìn)入程序的數(shù)據(jù)。一旦發(fā)現(xiàn)了無效數(shù)據(jù)，就要決定處理的方式?；镜姆绞接刑幚礤e(cuò)誤和使用異常。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1314.3.1防御性編程1．處理錯(cuò)誤錯(cuò)誤處理的方式影響軟件滿足正確性、健壯性及其他非功能性需求的能力。數(shù)據(jù)錯(cuò)誤出現(xiàn)時(shí)的一些建議（1）繼續(xù)運(yùn)行程序、返回中性無害的數(shù)據(jù)。（2）用最接近的有效數(shù)據(jù)替換無效數(shù)據(jù)。（3）在日志中記錄警告信息并繼續(xù)運(yùn)行程序。（4）調(diào)用錯(cuò)誤處理程序或?qū)ο?。?）屏幕顯示錯(cuò)誤信息。（6）盡可能在局部處理錯(cuò)誤。（7）返回一個(gè)錯(cuò)誤編碼，讓特定程序處理這個(gè)錯(cuò)誤。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1324.3.1防御性編程2．使用異常異常是處理錯(cuò)誤的一種特殊方式，出現(xiàn)了錯(cuò)誤或異常行為的程序能把錯(cuò)誤傳遞給程序的調(diào)用者，讓它處理。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1334.3.1防御性編程異常處理一般有兩種模型：終止模式和恢復(fù)模式。終止模式假設(shè)錯(cuò)誤非常關(guān)鍵，導(dǎo)致程序無法返回到異常發(fā)生的地方繼續(xù)執(zhí)行。一旦拋出異常，就表明錯(cuò)誤已無法挽回，也不能回來繼續(xù)執(zhí)行?；謴?fù)模式認(rèn)為異常處理程序的工作是修正錯(cuò)誤，重新嘗試調(diào)用出問題的方法,并認(rèn)為二次處理能成功?；謴?fù)模式希望處理異常后程序能繼續(xù)執(zhí)行。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1344.3.1防御性編程3．應(yīng)用舉例定義方法私有的，確保只有開發(fā)者知道，僅僅在參數(shù)合法的情況下才使用該操作。使用語言系統(tǒng)提供的異常類和異常處理機(jī)制，檢查參數(shù)的合法性。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1354.3.2使用斷言斷言是讓程序在運(yùn)行過程中自我檢查的代碼。如果斷言為真，就意味著程序如期望的正常；否則，就表示在代碼中發(fā)現(xiàn)了意外。如，在100以內(nèi)的算式產(chǎn)生函數(shù)中可以插入一個(gè)斷言（以Python語言為例）：2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1364.3.2使用斷言編寫代碼時(shí)，我們總是會(huì)做出一些假設(shè)。斷言用于在代碼中捕捉這些假設(shè)，可以將斷言視為異常處理的一種高級(jí)形式?？梢允褂脭嘌栽诖a中記錄一些假設(shè)，例如：輸入?yún)?shù)的值在預(yù)期范圍內(nèi)；程序運(yùn)行時(shí)文件流已打開或者在開始的地方；指針非空；輸入?yún)?shù)的數(shù)組、表或其他容器已經(jīng)包含了數(shù)據(jù)；2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1374.3.2使用斷言斷言的現(xiàn)行形式是一些布爾表達(dá)式，程序員相信在程序中的某個(gè)特定點(diǎn)該表達(dá)式值為真。斷言分為如下三類。前置斷言：代碼執(zhí)行之前必須具備的特性。后置斷言：代碼執(zhí)行之后必須具備的特性。不變斷言：代碼執(zhí)行前后不能變化的特性。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1384.3.2使用斷言斷言的基本用途是調(diào)試和測試程序，編譯器啟動(dòng)斷言檢查后才能使用斷言。程序布署完之后就關(guān)閉斷言。下面是使用斷言的一些建議。對(duì)預(yù)計(jì)出現(xiàn)的條件使用錯(cuò)誤處理，對(duì)不應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)的條件使用斷言。錯(cuò)誤處理用于檢查不合理的輸入數(shù)據(jù)；斷言則用于檢查代碼中的錯(cuò)誤。避免在斷言中放置可執(zhí)行的代碼。因?yàn)殛P(guān)閉斷言后，編譯器可能會(huì)刪除這些代碼。用斷言來記錄和驗(yàn)證前置條件和后置條件。健壯性要求高的程序使用斷言和錯(cuò)誤處理。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1394.4字符串處理與正則表達(dá)式在操作文本文件時(shí)，數(shù)據(jù)都是字符串?；绢愋停ㄈ?2.5）或結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)（如32+5），存儲(chǔ)在文本文件中都是字符串“32.5”和“32+5”。編程語言都有基本類型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字符串的內(nèi)置機(jī)制。自定義的數(shù)據(jù)類型或?qū)ο?，則需要用戶自己編寫轉(zhuǎn)換程序。如，C#、Java等需要為自定義的類編寫對(duì)象的字符串顯示方法toString()，覆蓋從根類繼承的默認(rèn)顯示。字符串作為基本的內(nèi)置類型，編程語言也提供了大量的字符串操作，如查找一個(gè)字符、查找一個(gè)字串、置換一個(gè)字串、合并兩個(gè)字串、字符串復(fù)制等?？梢允褂镁幊陶Z言提供的基本的字符串操作完成數(shù)據(jù)的構(gòu)造。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1404.4字符串處理與正則表達(dá)式以CSV格式的練習(xí)題文件為例。（1）先把一行字符串讀到數(shù)組，equationLine；（2）把equationLine中以逗號(hào)和換行分隔的算式符號(hào)串識(shí)別出來，存入String[]stringEquations；（3）識(shí)別出“51+11”三個(gè)組成，把數(shù)字轉(zhuǎn)成整型，存入left和right，運(yùn)算符存入字符operator；（4）算式構(gòu)造函數(shù)EquationconstructEquation(intleft,intright,charoperator)。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1414.4字符串處理與正則表達(dá)式程序?qū)λ闶降奈谋靖袷揭髧?yán)格：字符串不能含任何多余的字符，包括空格。如“51+11,□□19+45,92□+8,80+19,73+10□”有任何多余的空格□，程序?qū)⑦\(yùn)行錯(cuò)誤。否則，程序員要仔細(xì)編寫煩瑣的程序，進(jìn)行預(yù)處理，使字符串滿足要求?，F(xiàn)代編程語言提供了更豐富的字符串處理庫，其中重要而又易用的是正則表達(dá)式。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1424.4字符串處理與正則表達(dá)式用正則表達(dá)式及String相關(guān)函數(shù)，處理數(shù)據(jù)如“51+11,[19+□□A45,□92+8,?80+19,73+10;□”。符號(hào)串"[\\s\\D\\p{Punct}&&[^\\,+?]]+"就是正則表達(dá)式，把輸入字符串中除數(shù)字、‘+’、‘?’和‘,’之外的字符全部刪除。字符串函數(shù)split()，按正則表達(dá)式"\\,"的模式以逗號(hào)為分隔符，把輸入的符號(hào)串分成一組符號(hào)串。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1434.4字符串處理與正則表達(dá)式正則表達(dá)式正則表達(dá)式（RegularExpressions）是一串字符，它所定義的模式可用來查找、顯示或修改輸入序列中出現(xiàn)的某個(gè)模式的一部分或全部。Java在String類中提供了booleanmatches(Stringregxep)、voidreplaceAll(Stringregxep,Stringreplacement)和String[]split(Stringregxep)三種基本方法，它們的作用分別是匹配、替換全部匹配內(nèi)容、分割。參數(shù)都包含了正則表達(dá)式regxep。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1444.4字符串處理與正則表達(dá)式【例4.2】標(biāo)識(shí)符的正則表達(dá)式：[A-Za-z][A-Za-z0-9]*，方括號(hào)[]表示選取其中任何一個(gè)符號(hào)，星號(hào)表示符號(hào)出現(xiàn)0次或多次。如果標(biāo)識(shí)符允許含下畫線，但不能以下畫線結(jié)束。2016秋數(shù)據(jù)科學(xué)與軟件工程學(xué)院1454.4字符串處理與正則表達(dá)式【例4.3】打開文本文件，統(tǒng)計(jì)包含了字符串str的單詞數(shù)，不區(qū)分str的大小寫。