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OO第三单元总结——JML

程序员文章站 2022-07-11 07:52:29
目录 写在前面 JML理论基础 JML工具链 JMLUnitNG的使用 架构设计 Bug分析 心得体会 写在前面 OO的第三单元学习结束了,本单元我们学习了如何使用JML语言来对我们的程序进行规格化设计。并对openjml以及JMLUnitNG、JUnit等工具的使用有了初步的了解。 JML理论基础 ......

目录

  • 写在前面
  • jml理论基础
  • jml工具链
  • jmlunitng的使用
  • 架构设计
  • bug分析
  • 心得体会

写在前面

oo的第三单元学习结束了,本单元我们学习了如何使用jml语言来对我们的程序进行规格化设计。并对openjml以及jmlunitng、junit等工具的使用有了初步的了解。

jml理论基础

注释结构

jml以javadoc注释的方式来表示规格,每行都以@起头。

jml表达式

jml表达式有一下几种:

  • 原子表达式:如\result\old等。
  • 量化表达式:如\forall\exists等。
  • 集合表达式:这个不怎么常用,比如new jmlobjectset {integer i | s.contains(i) && 0 < i.intvalue()}
  • 操作符:常用的包括等价关系<==>,推理关系==>,变量引用\nothing等。

jml方法规格

  • 前置条件:通过\requires p表示,是对方法调用者的要求,意思是调用者确保p为真。
  • 后置条件:通过\ensures p表示,是对方法实现者的要求,意思是方法实现者确保方法执行返回结果一定满足谓词p的要求,即确保p为真。
  • 副作用范围限定:通过\assignable x表示,其中x为此方法可以更改的对象,极端情况为\nothing\everything
  • signals子句:一般用来限制抛出异常的条件。

jml类型规格

  • 不变式invariant:是要求方法在所有可见状态下都必须满足的特性。
  • 状态变化约束constraint:是要求对象的状态在变化时也要满足的约束。

jml工具链

  • 使用openjml对实现的代码进行检查:包括jml语法静态检查,代码静态检查,运行时检查。
  • 使用jmlunitng根据jml语言自动生成testng测试。

jmlunitng的使用

针对如图的compare方法,利用jmlunitng生成测试样例:

OO第三单元总结——JML

生成的样例点:

OO第三单元总结——JML

可以看到,自动生成的样例点对方法的各种边界情况进行了测试,包括正数和正数,正数和负数,负数和负数,还有0的情况,如果我们写的方法出现了加减法溢出的问题,这些测试样例也都会检测出来并报failed。

架构设计

第九次作业

本次作业主要内容是实现path和pathcontainer,其中主要的查询方法是不同节点数的个数,我使用了均摊策略,即把查询的时间复杂度平均到addpath和removepath中,每次添加或删除路径时更近存放节点的hashmap,这样可以实现o(1)复杂度的查询方法。

第十次作业

本次作业是实现path和gragh,而gragh是继承了pathcontainer的,所以我在写的时候也使用了继承。本次作业的主要查询方法是最短路径,所以我重写了pathcontainer里面的addpath和removepath方法,在添加删除路径的时候重新建图,并更新最短路径。对于pathcontainer里面的其他方法,直接继承使用。

本次作业我使用的方法:

  • floyd多源最短路算法
  • hashmap嵌套实现邻接矩阵的存储

第十一次作业

本次作业是实现path和raiwaysystem,其中railwaysystem继承了gragh。本次作业涉及到加权图以及换乘的代价,所以算法难度较大。在拓展的时候,我还是重写了addpath和removepath方法,并添加了几个方法来计算新的最短路问题。

本次作业我使用的方法:

  • 分层的floyd算法:即图结构变更之后,先对每条路径内部的点使用floyd算法更新最短路,然后加上换乘代价,再对所有路径中的所有节点使用folyd算法,即可实现带换乘代价的最短路算法。
  • 静态数组存储结构:即用二维静态数组替代hashmap嵌套来实现邻接矩阵的存储,这样做的优点是计算速度,存取速度快,减少时间复杂度。缺点是不好维护和拓展。如果不是追求极致性能,还是慎用此类方法。
  • 计算连通块的数量:使用并查集。

bug分析

第九次作业

本次作业中,我的bug是减法溢出,具体是因为:我在实现compareto方法的时候,采用的是两个整数相减来判断大小。而如果出现减法溢出的情况,那么判断结果跟正确答案是正好相反的。为此我也炸了强测+互测的20多个点。

本次作业中,同组同学的bug有:查询方法复杂度过高从而导致tle,还有跟我一样的减法溢出问题。

第十次作业

本次作业中我的程序未被发现bug,我也未发现其他同学的bug

第十一次作业

本次作业中我的程序也未被发现bug,我也未发现其他同学的bug

心得体会

规格撰写方面

本单元让我体会到真正参与编写一个工程的感觉,即在一整个工程中分出一小部分让我们完成,并且要符合工程的要求。在这种情况下,jml语言体现出非常大的作用,它非常方便,不关注方法的实现过程,只专注于前因后果,因为只有前因后果才是把整个工程的思路贯穿起来的渠道。

此外,我也尝试过自己根据已有方法编写jml,也是有很大难度的,一定程度上,比我们写代码要难得多,这也体现出来规格化的重要性。

junit初体验

针对本单元各种小型模块的测试,我第一次使用了junit这个工具。可以说这个工具非常强大。如果说评测机是狂轰滥炸的飞弹,那么junit就是一把可以精确打击的匕首,也许你可以侥幸逃过狂轰滥炸,但是你绝对逃不过那精确一击。

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一般junit测试所用样例都是自己精心构造的数据。随着代码不断完善进行补充。最方便的一点是:在每次版本更新后,都可以用junit一键回归测试,看是否改错了某些地方,可以说是非常强大的工具。

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此外,junit还可以在运行的时候检测代码覆盖率,我们可以看到哪些地方被测试过,哪些地方还没有做测试,方便之后针对那些没有被覆盖的地方,继续补充测试样例。

openjml的使用

使用openjml工具可以对代码进行静态检查,有时候可以发现一些非逻辑错误导致的问题。比如我在第九次作业中出现的减法溢出的问题,其实是可以用openjml发现的,但当时对这种工具的使用还不是很了解,所以导致出现了bug。这也更加证明了在一个工程中,做好充分测试的必要性,不要让一个庞大的工程因为一个细小的错误而全盘崩塌。