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2021年春季学期
计算学部《软件构造》课程
Lab 2实验报告
目录
1 实验目标概述 1
2 实验环境配置 1
3 实验过程 1
3.1 Poetic Walks 1
3.1.1 Get the code and prepare Git repository 1
3.1.2 Problem 1: Test Graph 1
3.1.3 Problem 2: Implement Graph 1
3.1.3.1 Implement ConcreteEdgesGraph 2
3.1.3.2 Implement ConcreteVerticesGraph 2
3.1.4 Problem 3: Implement generic Graph 2
3.1.4.1 Make the implementations generic 2
3.1.4.2 Implement Graph.empty() 2
3.1.5 Problem 4: Poetic walks 2
3.1.5.1 Test GraphPoet 2
3.1.5.2 Implement GraphPoet 2
3.1.5.3 Graph poetry slam 2
3.1.6 使用Eclemma检查测试的代码覆盖度 2
3.1.7 Before you’re done 2
3.2 Re-implement the Social Network in Lab1 2
3.2.1 FriendshipGraph类 2
3.2.2 Person类 3
3.2.3 客户端main() 3
3.2.4 测试用例 3
3.2.5 提交至Git仓库 3
4 实验进度记录 3
5 实验过程中遇到的困难与解决途径 3
6 实验过程中收获的经验、教训、感想 4
6.1 实验过程中收获的经验和教训 4
6.2 针对以下方面的感受 4
1 实验目标概述
本次实验训练抽象数据类型（ADT）的设计、规约、测试，并使用面向对象 编程（OOP）技术实现 ADT。具体来说：
针对给定的应用问题，从问题描述中识别所需的 ADT；
设计 ADT 规约（pre-condition、post-condition）并评估规约的质量；
根据 ADT 的规约设计测试用例；
ADT 的泛型化；
根据规约设计 ADT 的多种不同的实现；针对每种实现，设计其表示 （representation）、表示不变性（rep invariant）、抽象过程（abstraction function）
使用 OOP 实现 ADT，并判定表示不变性是否违反、各实现是否存在表 示泄露（rep exposure）；
测试 ADT 的实现并评估测试的覆盖度；
使用 ADT 及其实现，为应用问题开发程序；
在测试代码中，能够写出 testing strategy 并据此设计测试用例。。
2 实验环境配置
我们可以在eclipse中安装MarketPlace，方便我们安装插件。
在其中搜索EclEmma，安装即可
地址如下：
https://github.com/ComputerScienceHIT/HIT-Lab2-1190202128
3 实验过程
请仔细对照实验手册，针对三个问题中的每一项任务，在下面各节中记录你的实验过程、阐述你的设计思路和问题求解思路，可辅之以示意图或关键源代码加以说明（但千万不要把你的源代码全部粘贴过来！）。
3.1 Poetic Walks
使用等价类划分的原则先写出对两种图的测试代码，在完成了对图的测试代码之后，我们就可以完成两种图的具体实现，然后将其改为L泛型。需要注意的是关于AF，RI的设计以及如何保证表示不变性的不泄露，以及defensive copies策略的应用。
3.1.1 Get the code and prepare Git repository
实验环境配置同第一次实验，只需要将代码仓库改名，再将仓库clone至本地，并且将分支名改为master即可（如下图）
3.1.2 Problem 1: Test Graph
可以利用等价类划分的思想为Graph写出测试用例，值得注意的是，我们的测试应该覆盖写到的每一个方法，并且尽量覆盖其中的每一个分支，具体测试策略如下：
3.1.3 Problem 2: Implement Graph
以下各部分，请按照MIT页面上相应部分的要求，逐项列出你的设计和实现思路/过程/结果。
3.1.3.1 Implement ConcreteEdgesGraph
A． 实现Edge类
对于Edge类的数据成员，显然我们需要定义两个String分别保存起始点source和终点target，我们还需要一个int类型的数据来保存边的权值，这些数据我们不希望被外部直接访问修改，因此设置为private。
此外，我们需要提供类的构造方法如下：
关于AF，RI的声明：
防止不变性泄漏的策略：
以及对表示不变性的检查：
关于AF，RI
在此基础上，我们可以给出edge类中的其它方法的描述：
函数原型 功能描述 是否调用checkRep
Public boolean isEqual(String source, String target) 判断Edge中的起始点和终点是否与输入参数对应相等 否
public boolean isContain(String vertex) 判断Edge中的起始点或者是终点是否为vertex 否
public boolean isStartWith(String vertex) 判断Edge中的起始点是否为vertex 否
public boolean isEndWith(String vertex) 判断Edge中的终点是否为vertex 否
public void set(int weight) 设置Edge中的权重为输入值 是
public int getWeight（） 返回Edge的权值 否
public String getSource() 返回edge的起始点 否
public String getTarget() 返回edge的终点 否
public String toString() 返回”source -> target weight : %d\n”形式的字符串 否
在完成了其具体方法实现之后，我们可以依据等价类划分的原则对于Edge类进行测试：
B． 实现ConcreteEdgesGraph
我们需要的数据结构包括一个记录所有点的点集和一个边的列表，同样，处于防止表示不变性泄漏的原因，我们将其都设置为private。
给出AF，RI等信息：
给出类的构造器：
然后针对之前的防止泄漏策略写出checkRep方法：
此外，不同于上一个实现的类Edge，在ConcreteEdgesGraph中所有实现的方法均为重写Graph中的方法，因此我们不在此处一一列出所有的实现，仅在此处对于哪些方法调用的checkRep方法做一个说明。事实上，经过分析发现，除了sources，targets和toString方法外，都需要调用checkRep方法，因为他们都改变了内部的数据。
另外，在针对vertices方法设计的时候，我们需要使用到defensive copy策略：
对于其中的toString方法，我们可以依据等价类划分的原则，分别测试一个空图，无边图和一个有边正常图：
代码覆盖率如下：
对于该图的整体测试结果如下：
3.1.3.2 Implement ConcreteVerticesGraph
A． 实现Vertex类
首先，我们需要明确此类的数据结构：
然后给出这个类的AF和RI：
给出防止表示不变性泄漏测策略：
然后给出构造方法和检查表示不变性的方法checkRep：
在此基础上，我们可以给出对于其它方法的实现的简单描述：
函数原型 功能描述 是否调用checkRep
public String getName() 返回点的名称 否
public Map<String, Integer> getTargets() 返回该点可以到达的终点和权值的map 否
public Map<String, Integer> getSources 返回可以到达该点的起点和权值的map 否
public int setTarget(String target, int weight) 如果weight不为0，则设置或更新该点的targets中的target关键值为的值为weight，如果target不存在则添加进targets。
如果weight为0，则删除targets中的target关键值，如果target不存在则不做修改。
返回target关键值之前的值，如果之前不存在target则返回0。 是
public int setSource(String source, int weight) 如果weight不为0，则设置或更新该点的sources中的source关键值为的值为weight，如果source不存在则添加进sources。
如果weight为0，则删除sources中的source关键值，如果source不存在则不做修改。
返回source关键值之前的值，如果之前不存在source则返回0。 是
public boolean isEqual(String name) 判断输入的name是否与当前vertex的name一致 否
public String toString() 将该点信息转换为字符串 否
值得注意的是，我们需要在getTargets和getSources方法中用到defensive copies策略：
关于其测试策略，我们只需要覆盖其中的每一个方法和尽可能多的分支即可：
B． 实现ConcreteVerticesGraph
我们首先给出该类的AF和RI信息：
由此给出防止表示不变性泄漏的策略：
再给出类的构造器和checkRep方法：
而除此之外的方法我们均是在重写Graph类中提供的方法，在此不一一列出，只在此处列出调用了checkRep方法的方法，经过研究我们发现，只有在add，set和remove方法中，ConcreteVerticesGraph的变量值才会被改变，因此我们在上述方法返回前调用checkRep。
关于defensive copies策略，我们发现在调用vertices，sources和targets方法时都需要使用防御性拷贝。
关于其中的toString方法的测试代码如下：
对该图的整体测试如下：
代码覆盖度情况如下：
3.1.4 Problem 3: Implement generic Graph
3.1.4.1 Make the implementations generic
只需要将String替换为L即可，注意不应改变toString方法中的String。然后按照题目要求修改接口和具体实现的定义：
再将出现的Edge和Vertex替换为Edge和Vertex即可。
经过泛型转化之后继续运行Junit测试：
代码覆盖率：
3.1.4.2 Implement Graph.empty()
我们可以选ConcreteEdgesGraph来实现，只需要修改代码如下即可：
再来查看此时的测试情况：
代码覆盖率：
3.1.5 Problem 4: Poetic walks
3.1.5.1 Test GraphPoet
我们只需要根据等价类划分的原则，合理划分等价类即可，测试策略如下：
具体测试代码如下：
3.1.5.2 Implement GraphPoet
首先我们给出该类的AF和RI等信息：
给出避免数据泄露的方法：
以及不变性检测的方法：
该类总共需要我们实现两个方法，在第一个方法GraphPoet中我们需要读取文件中的语料库并生成相应的图结构，我们可以采用BufferedReader逐行读取文件的内容，并且将读取到的内容按照空格符分离，并且添加进List中，然后再将List中的元素添加进图中。
而对于第二个方法poem，我们则需要按照空格分割我们输入的诗句，然后进行桥的添加。我们还需要在有多座桥的时候选择权值最大的路径。而对于桥节点的寻找，我们只需要对当前节点的targets集合和下一个节点的sources集合取交集即可。
在完成程序后，我们运行检测模块如下：
3.1.5.3 Graph poetry slam
我为原测试添加了toString的步骤，使其生成的树结构更直观，然后添加了一个语料库如下：
该语料库较大，就略去了toString环节，直接输出相应的诗句，整体测试结果如下：
3.1.6 使用Eclemma检查测试的代码覆盖度
Poet部分的代码覆盖率如下：
（其余部分的代码覆盖率附在相应的代码实现部分之后）
3.1.7 Before you’re done
请按照http://web.mit.edu/6.031/www/sp17/psets/ps2/#before_youre_done的说明，检查你的程序。
提交当前的进度，只需如下操作即可：
项目的目录结构树状示意图：
3.2 Re-implement the Social Network in Lab1
通过实现的graph接口和相应的类来重新实现FriendshipGraph即可，需要注意的是之前通过Floyd算法实现的getDistance无法复用，需要重新构建通过BFS算法实现的getDIstance方法。
3.2.1 FriendshipGraph类
首先我们给出该类的成员变量：
其次我们可以给出该类的AF和RI，以及防止数据泄漏的策略：
然后据此给出对应的构造器和checkRep方法：
然后我们可以据此给出别的方法的概述：
函数原型 功能描述 是否调用checkRep
public boolean addVertex(Person person) 将一个人person加入社交网络中，如果以存在此人则不加入其中且返回false，否则返回true且将其加入社交网络 是
public void addEdge(Person A, Person B) 设置社交网络中一条从A到B的有向边，如果A或B不存在则将其加入社交网络之后再设置有向边 是
public int getDistance(Person A, Person B) 返回A，B的社交距离，如果AB相同则返回0，如果AB之间没有路径则返回-1 否
3.2.2 Person类
首先我们给出该类的成员变量：
然后给出相应的AF和RI信息：
给出防止数据泄漏的策略：
给出相应的构造器和检测表示不变性的方法：
然后我们可以构造别的方法：
函数原型： 功能描述 是否调用checkRep
public String getName() 返回该此人的姓名 否
3.2.3 客户端main()
在main方法中直接使用Lab1的代码：
得到输出如下：
3.2.4 测试用例
按照等价类划分的原则对其进行测试，测试代码如下：
得到的结果如下：
代码覆盖度如下：
注：FriendshipGraph中代码未覆盖区域主要是由于未覆盖其中的main方法的代码
3.2.5 提交至Git仓库
如下操作即可：
在这里给出你的项目的目录结构树状示意图。
4 实验进度记录
请使用表格方式记录你的进度情况，以超过半小时的连续编程时间为一行。
每次结束编程时，请向该表格中增加一行。不要事后胡乱填写。
不要嫌烦，该表格可帮助你汇总你在每个任务上付出的时间和精力，发现自己不擅长的任务，后续有意识的弥补。
日期 时间段 计划任务 实际完成情况
6.1 18:00-22:00 P1的problem1-3 完成
6.3 17:00-22:00 P1的problem4 完成
6.5 19:30-22:00 P2 完成
6.7 19:30-21:40 完善报告 完成
5 实验过程中遇到的困难与解决途径
遇到的难点 解决途径
Poem部分测试无法跑过
经过分析发现是因为在实现Graph的时候没有通过equals方法进行字符串比较而是采用了==，导致出错，而且这种错误也没有在test中显现，所以较难发现，将所有的字符串比较都换用equals方法后问题消失
6 实验过程中收获的经验、教训、感想
6.1 实验过程中收获的经验和教训
了解了关于ADT的应用，函数规约，AF，RI等知识的使用，以及如何进行模块化编程，如何写出好的测试等等。
6.2 针对以下方面的感受
(1) 面向ADT的编程和直接面向应用场景编程，你体会到二者有何差异？
面向ADT编程需要考虑更多，思维难度较大。
(2) 使用泛型和不使用泛型的编程，对你来说有何差异？
使用泛型编程需要有更加好的抽象的能力，但是也方便了今后进行复用
(3) 在给出ADT的规约后就开始编写测试用例，优势是什么？你是否能够适应这种测试方式？
优势时能够更加不受干扰地写出测试用例，因为测试用例完全依赖于规约写出，在后期更容易测试出代码的bug
(4) P1设计的ADT在多个应用场景下使用，这种复用带来什么好处？
好处在于可以减少程序员的工作，避免重复造轮子
(5) 为ADT撰写specification, invariants, RI, AF，时刻注意ADT是否有rep exposure，这些工作的意义是什么？你是否愿意在以后编程中坚持这么做？
意义在于使得代码更易于被理解，更方便调用和进行测试，我愿意坚持。
(6) 关于本实验的工作量、难度、deadline。
难度较大，好在时间较多，总体来说能够在ddl之前完成
(7) 《软件构造》课程进展到目前，你对该课程有何体会和建议？
希望对于PPT的注释有更多，加入更多的中文解释，希望对于国外的实验说明加入中文注释和翻译
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