【软件构造】HIT软构实验1

目录

1 实验目标概述... 1

2 实验环境配置... 1

3 实验过程... 2

3.1 Magic Squares. 2

3.1.1 isLegalMagicSquare(). 2

3.1.2 generateMagicSquare(). 3

3.2 Turtle Graphics. 5

3.2.1 Problem 1: Clone and import 5

3.2.2 Problem 3: Turtle graphics and drawSquare. 5

3.2.3 Problem 5: Drawing polygons. 5

3.2.4 Problem 6: Calculating Bearings. 5

3.2.5 Problem 7: Convex Hulls. 6

3.2.6 Problem 8: Personal art 6

3.2.7 Submitting. 6

3.3 Social Network. 7

3.3.1 设计/实现FriendshipGraph类... 7

3.3.2 设计/实现Person类... 7

3.3.3 设计/实现客户端代码main(). 7

3.3.4 设计/实现测试用例... 8

4 实验进度记录... 8

5 实验过程中遇到的困难与解决途径... 8

6 实验过程中收获的经验、教训、感想... 9

6.1 实验过程中收获的经验和教训（必答）... 9

6.2 针对以下方面的感受（必答）... 9

 

1. 实验目标概述

1. 学会基本的Java面向对象编程；
2. 学会使用IDEA进行Java编程；
3. 学会使用基于Junit的单元测试；
4. 学会使用基于Git的代码配置管理。

1. 实验环境配置

本次实验我首先安装了JDK，并下载安装了IntelliJ IDEA作为IDE。安装JDK后，需要添加JAVA_HOME以及CLASSPATH环境变量，并将JDK可执行文件目录添加到Path环境变量中。安装完成后，在PowerShell中输入javac，看到有javac.exe的输出，表明安装正确。

然后打开IDEA创建项目，安装JUnit Generator插件，然后按照项目要求创建P1、P2、P3目录，并在P1目录下新建MagicSquare类。此时，遇到问题：在MagicSquare.java中创建好main函数后，点击运行会出错，错误信息为“错误: 找不到或无法加载主类 MagicSquare”，如图1所示。

图1 MagicSquare.java运行出错

这一问题的解决方法是：进入File菜单的Project Structure对话框，添加P1、P2、P3文件夹为Content Root，如图2所示，此后运行正常。

图2 添加P1、P2、P3目录为Content Root

我的GitHub Lab1仓库的URL地址是：

https://github.com/ComputerScienceHIT/HIT-Lab1-120L02****（为保护隐私，已删去后四位）

1. 实验过程
   1. Magic Squares

该任务主要要求我们设计一个功能完备的函数，用来打开给定的txt文件并判断其中的矩阵是否符合Magic Square的定义。设计这个函数时，需要考虑到整个执行过程中可能遇到的各种情况，并按要求进行处理。

1. 1. 1. isLegalMagicSquare()

这一函数主要功能可分为三大部分：读取并存储txt文件中的内容，判断读入的内容格式是否满足要求，以及在符合要求的情况下，再判断读入的矩阵是否符合Magic Square的定义。

对于读入txt文件这一部分，首先要处理打开文件时可能出现的IOException，因此使用一个try-with-resources块完成打开文件的操作，并使用一个BufferedReader对象进行文件的整行读取，使用一个字符串列表保存每一行的内容。此部分的代码如图1所示。

图1 读取txt文件部分代码

读入txt文件后，需要判断txt文件中的内容是否满足要求。首先排除空文件的情况，即当存储各行内容的字符串列表长度为0时，打印错误信息并返回false。在排除空文件后，将读入内容的行数作为矩阵的行数和列数（记作N），并逐行解析读入的数据。在解析每一行时，首先使用String.split()方法，用分隔符”t”分割当前行，如果分割后得到的数组长度与N不相等，说明当前行的内容不符合格式要求，此时打印错误信息并返回false。然后，在一个try-catch块中尝试使用Integer.valueOf()方法解析分割后得到的字符串数组中的每一个元素为Integer类型并进行存储，一旦捕获到NumberFormatException异常，说明当前元素无法被正确解析，此时打印错误信息并返回false。然后，再检查解析后得到的整数是否为正整数，如果解析后得到的整数不是正整数，那么打印错误信息并返回false。这些步骤完成后，就得到了一个行、列数相等的非空矩阵。

此时进入判断读入的矩阵是否符合Magic Square的定义这一部分。在这一部分中，只需要首先算出第一行数字之和作为参考值，然后在循环中判断各行、各列数字之和并与参考值进行比较，若不一致则打印错误信息并返回false；最后在一个循环中检查两个对角线元素之和是否都等于参考值，若不一致则打印错误信息并返回false。在程序最后，返回true即可。

1. 1. 1. generateMagicSquare()

此函数的流程图如图2所示。

图2 generateMagicSquare函数流程图

该函数根据输入的奇数n生成一个n*n的Magic Square的步骤是：首先将当前行设为最上面一行，将当前列设为正中间一列，然后在循环中依次填入1至n*n这n*n个数。循环中，首先在当前行和当前列所确定的位置处填上当前数，然后更改当前行和当前列，规则是：首先判断当前是否正好已经填了n的倍数个数，如果是的话，那么将当前行设为当前行下面一行。否则，判断当前行是否是最上面一行，如果是的话，那么设当前行为最下面一行，否则设当前行为当前行上面一行；然后判断当前列是否是最右侧一列，如果是的话，那么设当前列为最左侧一列，否则设当前列为当前列右侧一列。然后继续循环填数，最后得到的就是一个符合定义的Magic Square。

如果输入数字n为偶数，那么程序会抛出一个ArrayIndexOutOfBoundsException异常，这个异常说明发生了数组越界访问，这是因为n为偶数时，if (i % n == 0) row++;这段代码总会有一次使得row超过数组的最大下标，从而引起异常。

当输入数字n为负数时，程序会抛出一个NegativeArraySizeException异常，这说明声明数组时提供的数组长度为负数，这个异常是int magic[][] = new int[n][n];这行代码抛出的。

1. 1. Turtle Graphics

此任务主要让我们练习使用git clone命令克隆仓库，然后根据任务要求完成各函数，并运行提供的JUnit单元测试。

1. 1. 1. Problem 1: Clone and import

使用git clone GitHub - rainywang/Spring2022_HITCS_SC_Lab1命令，可将仓库中的代码克隆到本地。使用git init新建本地仓库，使用git add .命令添加工作区的文件到暂存区，使用git commit -m ‘…’命令把暂存区中的代码提交到版本库，使用git push命令将本地仓库中的文件推送到远程仓库。

1. 1. 1. Problem 3: Turtle graphics and drawSquare

    本任务较为简单，在drawSquare函数中让turtle对象前进四次、转三个90度的弯即可画出一个正方形。

1. 1. 1. Problem 5: Drawing polygons

本任务首先根据多边形内角公式完成calculateRegularPolygonAngle函数，并调用此函数完成drawRegularPolygon函数即可。需要注意的一点是，绘制多边形时，每次转弯的角度不是drawRegularPolygon函数的返回值，而是180度减去drawRegularPolygon函数返回的角度。

1. 1. 1. Problem 6: Calculating Bearings

本任务首先完成calculateBearingToPoint函数，在该函数中首先利用Math.atan2函数计算出从当前点到目标点的方位角，然后根据当前的方位角计算出需要向右转的角度。需要注意的是，如果有当前方位角≤目标方位角<360，则需要旋转的角度就是(目标方位角-当前方位角)；否则，需要旋转的角度就是(360+目标方位角-当前方位角)。然后，完成calculateBearings函数，在其中只需要调用calculateBearingToPoint函数，计算出每个点之间需要旋转的角度即可。

1. 1. 1. Problem 7: Convex Hulls

本任务需要完成convexHull函数，它返回给定点集的凸包。首先可以考虑边界情况，即当给定点集只有0,1或2个点时，只需要返回该点集本身即可。当集合中的点大于等于3个时，可以使用Gift-Wrapping算法求其凸包，即首先找出左上方的点，然后维护一个从当前点前往，所需旋转角最小的点和到所需最小旋转角的点的最长距离。每次都寻找下一个从当前点前往，所需旋转角最小且距离最远的点，这个点就是凸包上的下一个点。当找到的凸包上的下一个点是出发时的点，也就是集合中左上方的点时，寻找完毕。

1. 1. 1. Problem 8: Personal art

本任务中，我使用了turtle对象的forward, turn和color方法，绘制出了包含两种颜色的EC这两个字母，效果图如图3所示。

图3 Personal Art

1. 1. 1. Submitting

使用git add .命令添加工作区的文件到暂存区，使用git commit -m ‘…’命令把暂存区中的代码提交到版本库，使用git push命令将本地仓库中的文件推送到远程仓库。

1. 1. Social Network

该任务让我们设计FriendshipGraph类和Person类并实现FriendshipGraph类的三个成员方法，体验面向对象程序设计的过程，并学习自己使用JUnit设计和进行代码的单元测试。

1. 1. 1. 设计/实现FriendshipGraph类

FriendshipGraph类支持三个功能：添加顶点、添加边，以及计算两点间的最短路径长度。添加顶点时，需要判断是否有同名的Person对象已经被添加过，所以可以添加一个HashSet类型的成员来存储所有已经添加过的Person对象的名字。如果已经有同名的Person对象被添加过，则抛出一个IllegalArgumentException异常。添加边时，需要判断两个顶点是否已经被添加到图中，所以可以再添加一个HashSet类型的成员来存储所有已经添加过的Person对象。若任意一个Person对象未被添加过，或者起点和终点相同，则同样抛出一个IllegalArgumentException异常。求两点间的最短路径长度时，若起点和终点中任意一个Person对象未被添加过，也需要抛出一个IllegalArgumentException异常。

由于FriendshipGraph类不需要支持其他操作，所以添加顶点操作只需要将Person对象及其名字分别添加到两个HashSet中，不需要进行其他动作。添加边时只需要将终点的Person对象添加到起点Person对象的邻接表中。求两点间最短路径长度的操作，可以使用广度优先搜索来实现，将起点到自身的距离设为0，每次遍历顶点的邻接表时，邻接表中的每个顶点到起点的距离都设为父顶点到起点的距离+1.从起点开始搜索，当前遍历到的顶点恰好为终点顶点时，返回它到起点的距离即可。如果没有访问到终点，说明起点和终点并不连同，则只需要在函数最后返回-1.

1. 1. 1. 设计/实现Person类

Person类需要包含接收一个String对象作为参数的构造函数，该String对象指定Person的名字，并且不能为空。同时，还要添加一个ArrayList类型的成员变量作为该顶点的邻接表，以及boolean类型的isVisited成员变量、int类型的distance变量用于进行广度优先搜索。

1. 1. 1. 设计/实现客户端代码main()

在客户端代码中，声明一个FriendshipGraph对象以及若干Person对象，添加Person对象到图中，然后添加若干边，使得其中一个Person对象与其他Person对象都不连通。打印各Person对象之间的距离，查看运行结果。

1. 1. 1. 设计/实现测试用例

测试addVertex方法时，首先添加三个Person对象。然后将其中一个Person对象再次添加，使用assertThrows来断言代码会抛出一个IllegalArgumentException异常。然后，添加另一个同名但为新构造的Person对象，同样断言代码会抛出一个IllegalArgumentException异常。

测试addEdge方法时，分别测试起点未被添加过、终点未被添加过、起点和终点相同这三种情况，均断言代码会抛出一个IllegalArgumentException异常。然后，选定一个Person对象，新建一个ArrayList类型的变量，在添加边的同时，手动构建选定Person对象的邻接表，并逐步断言比较选定Person对象中存储的邻接表内容是否与手动构建的邻接表一致。

测试getDistance方法时，仍然分别测试起点未被添加过和终点未被添加过的情况，均断言代码会抛出一个IllegalArgumentException异常。然后添加若干顶点，分别测试两点间连同和不连通时函数的输出。