程序分析与设计

终于！到最后一章啦！再接再厉吧！在AP考试中，这一章节的内容以理解为主，有点像文科内容，大家加油！

瀑布模型

设计一个成功的程序需要大量的步骤，而瀑布模型（The waterfall Model）就是一种很有逻辑性的程序设计过程。

瀑布模型核心思想是按流程将问题化简，将功能的实现与设计分开，便于分工协作，即采用结构化的分析与设计方法将逻辑实现与物理实现分开。将软件生命周期划分为制定计划和需求分析、软件设计、程序编写、软件测试和运行维护等五个基本活动，并且规定了它们自上而下、相互衔接的固定次序，如同瀑布流水，逐级下落。

1. 程序需求分析

程序需求分析是设计一个程序的第一步，在设计一个程序前，我们要知道我们想让程序干什么。一般是根据顾客的需求进行设计我们的程序，对于程序的需求进行分析，确保顾客想要的能够实现，并且程序员将顾客所没提及到的一些事情进行阐述说明。确保最后做出来的是顾客想要的。

2. 程序设计

对于小型程序我们可以进行直接编写。但是作为一个优秀的程序员，需要有一个对于自己程序的一个具体计划：这个程序有什么，能干什么，需要几个模块，诸如此类。

3. 程序编写

程序编写要根据语言进行区分，在我们设计程序的时候就应该确定了是面向对象还是面向过程。在AP中，我们选择的是Java语言。要根据Java语言的一些特性编写我们的程序。

4.调试和测试

i. 数据测试

我们在调试数据的时候，我们要把数据类型和可能的值都要考虑进去，以防止出现出乎意料的bugs。事实上，产品使用者能干出的事情是丧心病狂的，所以我们在推出产品前一定要对数据类型进行全方面测试。同时，这也涉及到了程序稳健性(robustness)问题。我们不能够允许程序给出错误答案，不能够允许在数据类型错误的时候程序崩溃，不能允许对于错误类型数据程序照样执行。因此，测试数据要尽可能多样，不仅仅是在输入范围内的，还要有范围外的。比如对于一个平方根函数，不仅仅是正数，我们可以给它传入一个负数作为参数测试它输出的是不是我们预测的结果（比如-1的平方根应该是NaN）。

又如，对于一个排列函数，参数为int类型。这个函数是为了将数据插入到现有数组中，并且排列顺序正确。已知数组：2，5，233。测试值就需要包括：比2小的；2到5之间的；5到233之间的；233以上的；2,5,233这三个数；负数。

ii.bug类型

编译错误(compile-time error) 指的是在编译时的错误。比如语言使用错误，调用错误，缺少符号等。

运行错误(run-time error) 是指编译时未报错，但是运行时出现的错误。比如子类函数在调用父类函数时出现的问题，数据中分母为0，无限循环.在Java中，这些错误都会以Exception的方式抛出(throws)。

逻辑错误(intent or logic error) 是并没有明显提示，程序可以正常运行。但结果并不是我们想要的。

5. 程序维护(maintenance)

维护数据，更新方法，增加新特性，等等。

面向对象程序设计

1.面向对象程序设计步骤

面向对象程序设计需要有几个步骤：

1. 确定类
2. 确定行为
3. 确定类之间的关系
4. 继承关系(is-a的关系)
5. 组合关系(has-a的关系，AP中并未涉及)

2.UML图

绘制UML图是一个程序员的好习惯。但因为这并不是AP Java中的考点，这里并不深入的去讲解。有兴趣的同学可以进行展开了解。

3.程序开发

1. 自下而上开发(bottom-up)：写多个零散的代码块，再逐渐组合连接关系。
2. 自上而下开发(top-down)：写出主体块，再分解为多个零散的代码。

4.方法书写

方法书写的具体讲解在前面的章节有提到。对于属性的隐藏(private来修饰属性)也有提到。在书写方法的时候，我们为了节约CPU的占用率以及迅速得出结果我们在书写部分方法时要采用一些算法(algorithm)来帮助我们。一些好算法可以节约CPU运算时间以及节约我们的内存，这些算法就是高效算法。但是对于算法的使用实际上还存在一定范围的争辩。采不采用算法完全取决于程序员本身。

5.确定类

关于类名的确认一定要简洁直接，但是要避免几种类别的命名，大家领会一下意思:

Program (永远不要用program来命名，完全不清楚是用来干什么的)

Data，Record（跟方法或者属性名字可能重合，避免混淆）

Class(和class关键字重名，不要使用)

小练习

1. A program that reads in a five-digit identification number is to be written. The specification does not state whether zero can be entered as a first digit. The programmer should

(A) write the code to accept zero as a first digit since zero is a valid digit.

(B) write the code to reject zero as a first digit since five-digit integers do not start with zero.

(C) eliminate zero as a possibility for any of the digits.

(D) treat the identification number as a four-digit number if the user enters a number starting with zero.

(E) check with the writer of the specification whether zero is acceptable as a first digit.

1. Refer to the following three program descriptions:

I Test whether there exists at least one three-digit integer whose value equals the sum of the squares of its digits.

II Read in a three-digit code number and check if it is valid according to some given formula.

III Passwords consist of three digits and three capital letters in any order. Read in a password, and check if there are any repeated characters.

For which of the preceding program descriptions would a ThreeDigitNumber class be suitable?

(A) I only

(B) II only

(C) III only

(D) I and II only

(E) I, II, and III

1. Top-down programming is illustrated by which of the following?

(A) Writing a program from top to bottom in Java

(B) Writing an essay describing how the program will work, without including any Java code

(C) Using driver programs to test all methods in the order that they’re called in the program

(D) Writing and testing the lowest level methods first and then combining them to form appropriate abstract operations

(E) Writing the program in terms of the operations to be performed and then refining these operations by adding more detail

E, D, E

实验室

在这里练习吧：

<lab lang="java" parameters="filename=Hello.java">
public class Hello {
   public static void main(String[] args) {
     // 在这里添加你的代码
   }
}
</lab>