文章導讀

【項目遵循需求分析、程序設計、編碼、測試、運行標準開發過程， 從分析項目問題入手，提出解決方案，應用對象建模工具UML設計系統，依據設計文檔進行編碼。】

問題描述：實現一個簡單的四則運算器。滿足用戶在Windows命令行窗口可以進行簡單四則運算的要求。

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1、四則運算具體功能要求：

（1）實現帶單個運算符表達式的計算；

（2）用戶可以重復輸入表達式進行計算；

（3）輸入quit退出程序；

（4）顯示程序幫助內容。

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2、角色劃分與用例描述

角色是與程序相關的人和物，是指程序以外的，在使用程序或與程序交互中所扮演的角色。例如：使用程序的人、程序運行所依賴的環境等，本節主要討論程序與人相關的角色。

本程序涉及的角色只有一個，就是程序的使用者，使用者輸入算式，程序給出算式結果；使用者輸入quit命令，程序退出；當使用者不熟悉該程序如何使用時，使用者可以查看程序給出的幫助說明。

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本程序采用用例圖對角色功能進行描述，通過用例圖對功能需求進行分析和整理，繪制用例圖的過程就是程序建模過程，建立的模型就是用例模型。

通過角色分析可知，程序使用者有三個用例模型，分別是輸入算式、退出程序、查看幫助。

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3、用例圖

在一個用例圖中通常有三種元素：參與者（Actor）、用例（Use Case）與程序邊界（Boundary）。用例描述的是程序為用戶提供的功能，也就是程序能為用戶做什么，圖例符號為一個橢圓；參與者是表1中劃分的角色，也就是程序的使用者，圖例符號為一個小人兒；最后是程序邊界，程序邊界描述了程序本身實現的功能與外部交互的邊界，例如：參與者在程序邊界之外，用例在程序邊界之內，圖例符號為一個方框。

（1）算式計算用例圖（U001）

算式計算用例包含5個子用例，其中<輸入算式>用例、<算式求解>用例、<查看答案>用例和使用者有交互行為，<計算算式>用例和<掃描算式>用例為內部用例，由<算式求解>用例調用并使用，<掃描算式>用例掃描算式，如果發現算式錯誤，由算式求解返回錯誤給使用者。

（2）退出程序用例圖（U002）

該用例包含兩個子用例，用例<輸入判斷>用于判斷用戶輸入的字符串，如果字符串等于“quit”，調用<退出程序>用例退出程序。

（3）查看幫助用例圖（U003）

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該用例包含兩個子用例，用例<輸入判斷>用于判斷用戶輸入的字符串，如果字符串等于“help”，調用<輸出幫助內容>用例顯示幫助內容。

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4、根據需求設計程序

前面需求分析階段給出了角色、用例和業務流程。設計階段需要將需求階段給出的角色、用例和業務流程模型映射到能夠被編程語言識別和描述的對象、對象功能和對象行為模型，設計階段用到的UML模型有類圖、活動圖、時序圖、狀態圖、部署圖、偽代碼。

設計階段需要針對需求階段給出的角色與用例，規劃出對象類。在UML設計模型中，一般將對象類分為邊界類、控制類和實體類。邊界類主要用于描述外部參與者與程序之間的交互。例如：角色“程序使用者”同四則運算器的交互行為，其交互行為有“程序使用者”輸入算式、查看幫助、退出程序等；控制類用于描述程序的控制流程。例如：四則運算器開始運行后，需要持續等待用戶輸入命令或算式，根據用戶輸入的內容選擇不同的流程；實體類一般用于事物、人員或者一些現實生活中的對象，該類對象有存儲數據的要求。例如：如果四則運算器要求區分角色“程序使用者”并存儲角色信息時，就需要為角色“程序使用者”建立實體類，以便程序存儲每個“程序使用者”的信息。

四則運算器的角色“程序使用者”并沒有存儲其信息的要求，因此無需為該角色建立實體類。與該角色相關的有三個用例，分別是<輸入算式>用例、<算式求解>用例和<查看答案>用例，該三個用例都有流程控制和外部交互需求，故分別需要為這三個用例建立控制類和邊界類。從設計實用性、編程效率方面考慮，可以將控制類和邊界類合并為一個控制類；但從可維護性和擴展性上考慮，分開設計有利于代碼結構清晰、并易于擴展四則運算器的功能。具體選擇什么樣的設計模式，需要根據程序（系統）所處的環境、技術、資源來決定，例如：一個程序（系統）在交付日期已經確定，項目進度緊張，而技術和人力資源又出現問題的情況下，應以設計實用性、編程效率方面考慮，反之則應從可維護性和擴展性上考慮。本節主要用于說明如何根據需求分析歸納類對象，從簡單易懂考慮，采用合并設計原則。

類名命名為“Arithmetic”，類名確定后，需要根據用例及業務流程圖歸納類的屬性和方法。

從前面的用例圖和業務流程圖分析可知，程序主要涉及到算式、幫助內容、錯誤信息三部分信息，這三部分信息都有被程序修改內容和獲取內容的需要，因此可以歸納為“Arithmetic”類的屬性。類的屬性不同于類的成員變量，類的屬性可以通過get方法獲取屬性內容，通過set方法設置屬性內容。

一般來說，用例圖中的子用例都可以歸納為類的方法。例如：用例<算式計算>的子用例<<輸入算式>>、<<計算算式>>、<<掃描算式>>等都可以歸納為類的方法。

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圖4 Arithmetic類圖

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類圖說明

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類圖設計完成后，根據設計的需要，可能還需要設計活動圖、時序圖、狀態圖、部署圖等。其多用于復雜的程序（系統）進一步理順業務活動、流程、事件、部署等設計需要。本程序結構簡單，無需再設計活動圖，類圖設計完成后，基本就可以進入編碼了。

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程序流程控制功能

程序啟動運行后，首先顯示幫助內容，向用戶提示程序的使用方法。然后循環等待用戶輸入，用戶輸入完成后，程序根據用戶輸入的選擇不同的分支執行程序。若輸入的內容為“quit”，則執行退出程序分支；若輸入的內容為“help”，則執行顯示幫助程序分支；若不是前兩項內容，則執行算式計程序分支。分支執行完畢，繼續等待用戶輸入。程序控制流程如下圖所示：

圖5 程序控制流程圖

算式計算功能

計算算式并返回計算結果，計算前先對算式做語法判斷，若算式語法錯誤，返回錯誤信息，終止計算功能。若算式語法正確，計算算式并返回計算結果。算式計算流程如下圖所示：

圖6 算式計算流程圖

5、根據設計編寫代碼

程序流程控制

節程序流程控制功能一段給出了流程描述。按照流程描述，需要實現如下功能。

（1）建立run方法，在main方法中調用

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在main方法中，聲明類型為Arithmetic類成員變量tempArithmetic，并調用new方法初始化，然后調用Arithmetic類的run方法。

（2）顯示幫助內容

需求部分要求幫助內容及顯示格式如下：

***歡迎使用四則運算器***

算式計算：輸入算式后，按下回車鍵，程序給出答案。算式僅限于算式僅支持包含單個運算符和兩個運算數的算式。例如：15+20、8*9、20/5等。

退出程序：請輸入“quit”命令，按下回車鍵。

查看幫助：請輸入“help”命令，按下回車鍵。

Arithmetic類屬性“help”存儲幫助內容，showHelp()方法顯示幫助內容。在Arithmetic類方法run中添加如下代碼：

（3）循環等待用戶輸入

在程序頂部導入java.util包，在run方法中添加while循環代碼，在循環體添加獲取用戶輸入代碼。

在run方法中，添加do-while循環語句，循環接收用戶的輸入，該循環為無限循環，后續代碼需要添加退出循環語句。

（4）判斷用戶輸入內容，選擇不同程序分支

根據用戶輸入的內容，程序流程有三個分支。若輸入的內容為“quit”，調用Arithmetic類的quit方法退出程序；若輸入的內容為“help”，調用Arithmetic類的showHelp方法；若不是前兩項內容，

調用Arithmetic類的calculateFormula方法。在run方法do-while循環語句中增加if-else語句。

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算式計算

計算算式并返回計算結果，計算前先對算式做語法判斷，若算式語法錯誤，返回錯誤信息，終止計算功能。若算式語法正確，計算算式并返回計算結果。

（1）語法掃描

掃描用戶輸入的算式，檢查算式語法是否符合程序要求。語法正確與否判斷規則如下：

● 算式的開始和結束字符必須是數字；

● 算式只能包含數字和‘+’、‘-’、‘*’、‘/’運算符；

● 運算符不能連續；

● 運算符有且只能包含一個；

在Arithmetic類的scanFormula方法添加如下代碼：

/*** Function scanFormula * Description: 掃描formula算式，返回掃描結果 * input: 無輸入參數 * return: formula算式無語法錯誤，返回sucess，否則返回語法錯誤 */ public String scanFormula() { String result = "sucess"; String strFormula = getFormula(); char ch; //聲明count變量，存儲運算符的出現的次數 int count=0; //遍歷strFormula for( int i = 0; i < strFormula.length(); i++ ) { //獲取strFormula的第i個字符 ch = strFormula.charAt(i); /** * 判斷ch是否是合法字符 * 合法字符為數字和‘+’、‘-’、‘*’、‘/’運算符 */ if(ch >='0' && ch <='9') { continue; } elseif( ch=='+' || ch=='-' || ch=='*' || ch=='/' ) { count++; //算式的第一個字符和最后一個字符不能是運算符 if( i == 0 || i == strFormula.length()-1 ) { result = "算式的第一個字符和最后一個字符不能是運算符"; break; } //算式只能包含一個運算符 if( count >= 2 ) { result = "輸入的算式只能包含一個運算符"; break; } } else { result = "輸入的算式包含非法字符，算式的第(" + i + ")個字符為非法字符"; break; } } return result; }

語法掃描采用遍歷算式所有字符的算法，對算式的每個字符進行判斷。for循環遍歷算式的所有字符，for循環體的if-else語句判斷算式的單個字符是否符合語法要求，如果不符合要求，設置語法錯誤信息并跳出循環。

（2）計算算式

具體算法為：遍歷并解析算式，得到運算數和運算符，然后利用switch語句控制不同的計算分支，得到計算結果。

在Arithmetic類的calculateFormula方法添加如下代碼：

/*** Function calculateFormula * Description: 計算formula存儲的算式，返回計算后的結果 * input: 無輸入參數 * return: 返回計算后的結果 */ public String calculateFormula() { String result = ""; //聲明num1和num2變量，用于存儲運算數 String num1 = ""; String num2 = ""; //聲明op，用于存儲運算符 String op = ""; char ch; //判斷 boolean bFirst = true; String strFormula = getFormula(); //遍歷strFormula for( int i = 0; i < strFormula.length(); i++ ) { //獲取strFormula的第i個字符 ch = strFormula.charAt(i); if(ch >='0' && ch <='9') { if( bFirst ) num1 += ch; else num2 += ch; } elseif( ch=='+' || ch=='-' || ch=='*' || ch=='/' ) { bFirst = false; op += ch; } } //計算算式 //獲取運算符 ch = op.charAt(0); //將字符串強制轉換為double類型 double dNum1 = Double.parseDouble(num1); double dNum2 = Double.parseDouble(num2); double dResult = 0.0; switch(ch) { case'+': dResult = dNum1 + dNum2; break; case'-': dResult = dNum1 - dNum2; break; case'*': dResult = dNum1 * dNum2; break; case'/': { if( (int)dNum2 == 0 ) { dResult = 0.0; break; } dResult = dNum1 / dNum2; } break; } returnString.valueOf(dResult); }

完善Arithmetic類的run方法

在Arithmetic類run方法循環體中增加算式語法掃描、計算算式、輸出計算結果的代碼。

publicvoidrun(){ /** * 初始化help,并顯示help */ String strHelp = "***歡迎使用四則運算器***\n" + "算式計算：輸入算式后，按下回車鍵，程序給出答案。算式僅限于算式僅支持包含單個運算符和兩個整數運算數的算式。例如：15+20、8*9、20/5等。\n" + "退出程序：請輸入“quit”命令，按下回車鍵。" + "查看幫助：請輸入“help”命令，按下回車鍵。"; setHelp(strHelp); showHelp(); /** * 循環等待用戶輸入 */ //聲明Scanner變量，并用new運算符實例化Scanner Scanner sc = new Scanner(System.in); do { String strInput = sc.next(); //判斷用戶輸入內容，執行不同分支程序 if( strInput.equals("quit") ) quit(); elseif( strInput.equals("help") ) showHelp(); else { setFormula(strInput); //語法掃描 String ret = scanFormula(); //語法正確 if( ret.equals("sucess") ) { ret = calculateFormula(); printResult(ret); } else { //輸出語法錯誤信息 printResult(ret); } } }while(true); }

至此，程序編寫完成。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java项目开发全流程实践的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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