這是《構建之法》實戰教學的一部分。適合作為同學們的第二個程序作業。

第一個程序作業： 請看 “概論” 一章的練習，或者老師的題目，例如這個。

作業要求：

軟件工程的作業越來越有意思了， 我們在第一個作業中，用各種語言實現了一個命令行的四則運算小程序。 我們看看如果要把我們的小程序升級為能穩定運行，解決用戶問題的軟件，應該怎么做。

建議在做下面的題目的時候，采用結對編程的方式， 在練習中，讓同學們學會模塊化編程，信息隱藏，接口設計，TDD，等。

大家寫了不少四則運算的練習，這些代碼都各有特色，大家寫的 “軟件” 也有一定的用處。? 如果我們要把這個功能放到不同的環境中去 (例如，命令行，Windows 圖形界面程序，網頁程序，手機App)，? 就會碰到困難，? 因為目前代碼的普遍問題是代碼都散落在?main() 函數或者其他子函數中，我們很難把這些功能完整地剝離出來，作為一個獨立的模塊滿足不同的需求。

我們看到，不同的代碼解決不同層面的問題，有些是內部數據的計算 (例如四則運算)；有些是和用戶輸入相關的 (例如 scanf，cin，圖形界面的輸入輸出)，有些是和數據的展現相關的 (例如 printf ，cout，println，DrawText)，有些是和程序所在平臺的架構相關的(例如 main 函數，程序倒計時的實現等)。 這就需要我們對軟件的架構做一些整理和優化。

建議大家把四則運算的計算功能包裝在一個模塊中 (這個模塊可以是一個類 Class,? 一個DLL，等等)， 為了方便起見，我們叫它 “計算核心”?模塊，?這個模塊至少在兩個地方可以使用：

測試程序，這個可以是一個命令行的程序，或者是JUnit 的框架，或者是Visual Studio 單元測試的框架。這樣，我們在算法層級保證了這個模塊的正確性。

實際的軟件，這是交付給最終用戶的軟件，有一定的界面和必要的輔助功能。

那么這個“計算核心”模塊和使用它的其他模塊之間是什么關系呢?? 它們要通過一定的API (Application Programming Interface) 來和其他模塊交流。 這個API 接口應該怎么設計呢?? (這是一個給有一定經驗和實力的同學的題目)， 為了簡單，我們可以從下面的最簡單的接口開始：

??????????? Calc()

??????????? 這個Calc 函數接受字符串的輸入(字符串里就是運算式子，例如 “ 5+3.5“，? “7/8 – 3/8 ”，? “3 + 90 * (-0.3)“ ?等等)，這個模塊的返回值是一個字符串，例如，前面幾個例子的結果就是 ( ”17.5“， “ 1/2”， “-24“).

假設我們用的是類，我們的測試程序剛開始可以是非常簡單的測試例子： (用偽代碼表示)

??????????? String ?result? = Core.Calc(“1 + 1”) ;

?? ? ? ? ? ?Assert ( result == “2”);? //我們斷言 1 + 1 的結果一定是 2.

然后同學們實現自己?Core 的這個功能。

第一階段目標 - 能把計算的功能封裝起來，通過測試程序和API 接口測試其簡單的加法功能。

加法成功之后，然后我們再做減法， 乘法，除法，我們假設目前為止都是兩個操作數的運算，還是很容易實現的。 由于同學們已經在自己以前的程序中實現了各種算法，這時候只要把實現的算法搬過來就好了。 大家可以不斷增加測試的數量，在每實現一個新的功能的時候，要保證以前運行正確的例子繼續是正確的， 通過這樣的 “回歸測試“， ?來保證自己實現的函數一直是正確的?(請看書中關于單元測試，回歸測試的內容)。

第二階段目標 - 通過測試程序和API 接口測試其簡單的加減乘除功能。并能看到代碼覆蓋率。??

然后，更歡樂的情況出現了， 多個運算符的運算，帶負數的運算。

?啊，等一下，如果我們考慮這些情況的話， 我們這個模塊有一些參數要設置，例如，最多幾個運算符，能帶括號么？數據范圍是多少，還要設置計算的精度(保留幾位小數，必須是用分數形式表示么，等等)， 這是由什么API 來決定呢??? 我們可以擴展 Calc() 的定義，讓它接受一個新的參數 “precision”,? 或者我們可以啟用一個新的函數 Setting()。

如果我想表示：

??? 最多4 個運算符

??? 數值范圍是 -1000 到 1000

??? 精度是小數點后兩位

怎么通過API 告訴我們的模塊呢?? 我們當然可以用函數的參數直接傳遞，但是參數的組合很多，怎么定義好參數的規范呢????建議大家考慮用 XML 來傳遞這些參數。

增加了新的Setting() 函數之后，我們要讓模塊支持這樣的參數，同時，還要保證原來的各個測試用例繼續正確地工作。

第三階段目標 - 通過測試程序和API 接口測試對于各種參數的支持。并能看到代碼覆蓋率。???

這個時候，如果輸入是有錯誤的，例如 “1 ++ 2”， 在數值范圍是 -1000 .. 1000 的時候，傳進去 “10000?+ 32768 * 3”,??或者是 “ 248.04 / 0”??怎么辦??怎么告訴函數的調用者 “你錯了”???把返回的字符串定義為 “-1”?來表示？?那么如果真的計算結果是 “-1”?又怎么處理呢?

建議這個時候，我們要定義各種異常 (Exception)， 讓?Core 在碰到各種異常情況的時候，能告訴調用者 - 你錯了！ 當然，這個時候，我們同樣要進行下面的增量修改：

　　定義要增加什么功能 - 例如：支持 “運算式子格式錯誤” 異常

?????? 寫好測試用例，傳進去一個錯誤的式子，期望能捕獲這個 異常。 如果沒有，那測試就報錯。

?????? 在 Core 模塊中實現這個功能

?????? 測試這個功能

?????? 同時測試所有以前的功能，保證以前的功能還能繼續工作 (沒有 regression)

?????? 確認功能完成，繼續下一個功能

第四階段目標 -?界面模塊，測試模塊和核心模塊的松耦合。

既然各組各組同學都寫了高質量的各個模塊，而且模塊之間的關系是明確定義的，一致的，那么，小組A 的測試模塊就可以測試小組B 的核心模塊；小組C 的用戶界面模塊就可以和小組B 的核心模塊結合起來，正常運行。對吧？！ 那我們就讓兩個小組 (A，B) 在一起，測試一下下面的情況：

????? - A 的核心模塊， 加上B 的測試模塊和用戶界面模塊

??????- B 的核心模塊，加上A 的測試模塊和用戶界面模塊

兩組同學分析合并之后出現了什么問題，為何會出現這樣的問題？如何改進？?? 并且改進各種模塊中的 bug

(請看北航同學的作業心得：https://www.cnblogs.com/SivilTaram/p/4859934.html )

第五階段目標 - 通過增量修改的方式，改進程序， 完成對各種錯誤情況的處理。

選擇兩組程序中高質量的模塊，增加必要的功能，把所有代碼簽入源代碼管理服務器， 同時，把這個軟件發布出來。

(請看北航一個同學的嘗試：https://www.cnblogs.com/skyxuan/p/4858486.html)

第六階段目標 - 如何把這些模塊重用到別的相關項目中去。

例如，現在大家要做一個 【24點游戲】：

有四個數字，通過加減乘除括號等四則運算，把四個數字組成一個算式，結果是 24。 這個游戲有兩檔難度，入門級：數字在 1..10 之間； 高級：數字在 1..99 之間

可用命令行或本地GUI 或 網頁界面的方式實現這個游戲

我們要從頭開始寫所有的程序么？這個題目需要的一些功能和我們花了很長時間做的 “四則運算” 模塊有不少類似之處， 那么，如何把現有模塊經過少量的改動，快速地構建成為一個 24 點游戲所需的模塊呢？ 做到這些，并能總結一些規律，軟件工程課程就有點摸到 “工程” 的邊了！

總結

以上是生活随笔為你收集整理的软件工程练习：模块化，单元测试，回归测试，TDD的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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