这是《构建之法》实战教学的一部分。适合作为同学们的第二个程序作业。
第一个程序作业： 请看 “概论” 一章的练习，或者老师的题目，例如这个。
作业要求：
软件工程的作业越来越有意思了， 我们在第一个作业中，用各种语言实现了一个命令行的四则运算小程序。 我们看看如果要把我们的小程序升级为能稳定运行，解决用户问题的软件，应该怎么做。
建议在做下面的题目的时候，采用结对编程的方式， 在练习中，让同学们学会模块化编程，信息隐藏，接口设计，TDD，等。
大家写了不少四则运算的练习，这些代码都各有特色，大家写的 “软件” 也有一定的用处。 如果我们要把这个功能放到不同的环境中去 （例如，命令行，Windows 图形界面程序，网页程序，手机App）， 就会碰到困难， 因为目前代码的普遍问题是代码都散落在 main（） 函数或者其他子函数中，我们很难把这些功能完整地剥离出来，作为一个独立的模块满足不同的需求。
我们看到，不同的代码解决不同层面的问题，有些是内部数据的计算 (例如四则运算)；有些是和用户输入相关的 (例如 scanf，cin，图形界面的输入输出)，有些是和数据的展现相关的 (例如 printf ，cout，println，DrawText)，有些是和程序所在平台的架构相关的（例如 main 函数，程序倒计时的实现等）。 这就需要我们对软件的架构做一些整理和优化。
建议大家把四则运算的计算功能包装在一个模块中 (这个模块可以是一个类 Class, 一个DLL，等等)， 为了方便起见，我们叫它 “计算核心” 模块， 这个模块至少在两个地方可以使用：
-
测试程序，这个可以是一个命令行的程序，或者是JUnit 的框架，或者是Visual Studio 单元测试的框架。这样，我们在算法层级保证了这个模块的正确性。
-
实际的软件，这是交付给最终用户的软件，有一定的界面和必要的辅助功能。
那么这个“计算核心”模块和使用它的其他模块之间是什么关系呢? 它们要通过一定的API (Application Programming Interface) 来和其他模块交流。 这个API 接口应该怎么设计呢? (这是一个给有一定经验和实力的同学的题目)， 为了简单，我们可以从下面的最简单的接口开始：
Calc（）
这个Calc 函数接受字符串的输入（字符串里就是运算式子，例如 “ 5+3.5“， “7/8 – 3/8 ”， “3 + 90 * (-0.3)“ 等等），这个模块的返回值是一个字符串，例如，前面几个例子的结果就是 ( ”17.5“， “ 1/2”， “-24“).
假设我们用的是类，我们的测试程序刚开始可以是非常简单的测试例子： (用伪代码表示)
String result = Core.Calc(“1 + 1”) ;
Assert ( result == “2”); //我们断言 1 + 1 的结果一定是 2.
然后同学们实现自己 Core 的这个功能。
第一阶段目标 - 能把计算的功能封装起来，通过测试程序和API 接口测试其简单的加法功能。
加法成功之后，然后我们再做减法， 乘法，除法，我们假设目前为止都是两个操作数的运算，还是很容易实现的。 由于同学们已经在自己以前的程序中实现了各种算法，这时候只要把实现的算法搬过来就好了。 大家可以不断增加测试的数量，在每实现一个新的功能的时候，要保证以前运行正确的例子继续是正确的， 通过这样的 “回归测试“， 来保证自己实现的函数一直是正确的 (请看书中关于单元测试，回归测试的内容)。
第二阶段目标 - 通过测试程序和API 接口测试其简单的加减乘除功能。并能看到代码覆盖率。
然后，更欢乐的情况出现了， 多个运算符的运算，带负数的运算。
啊，等一下，如果我们考虑这些情况的话， 我们这个模块有一些参数要设置，例如，最多几个运算符，能带括号么？数据范围是多少，还要设置计算的精度(保留几位小数，必须是用分数形式表示么，等等)， 这是由什么API 来决定呢? 我们可以扩展 Calc() 的定义，让它接受一个新的参数 “precision”, 或者我们可以启用一个新的函数 Setting（）。
如果我想表示：
最多4 个运算符
数值范围是 -1000 到 1000
精度是小数点后两位
怎么通过API 告诉我们的模块呢? 我们当然可以用函数的参数直接传递，但是参数的组合很多，怎么定义好参数的规范呢? 建议大家考虑用 XML 来传递这些参数。
增加了新的Setting（） 函数之后，我们要让模块支持这样的参数，同时，还要保证原来的各个测试用例继续正确地工作。
第三阶段目标 - 通过测试程序和API 接口测试对于各种参数的支持。并能看到代码覆盖率。
这个时候，如果输入是有错误的，例如 “1 ++ 2”， 在数值范围是 -1000 .. 1000 的时候，传进去 “10000 + 32768 * 3”, 或者是 “ 248.04 / 0” 怎么办? 怎么告诉函数的调用者 “你错了”? 把返回的字符串定义为 “-1” 来表示？ 那么如果真的计算结果是 “-1” 又怎么处理呢?
建议这个时候，我们要定义各种异常 (Exception)， 让 Core 在碰到各种异常情况的时候，能告诉调用者 - 你错了！ 当然，这个时候，我们同样要进行下面的增量修改：
定义要增加什么功能 - 例如：支持 “运算式子格式错误” 异常
写好测试用例，传进去一个错误的式子，期望能捕获这个 异常。 如果没有，那测试就报错。
在 Core 模块中实现这个功能
测试这个功能
同时测试所有以前的功能，保证以前的功能还能继续工作 （没有 regression）
确认功能完成，继续下一个功能
第四阶段目标 - 界面模块，测试模块和核心模块的松耦合。
既然各组各组同学都写了高质量的各个模块，而且模块之间的关系是明确定义的，一致的，那么，小组A 的测试模块就可以测试小组B 的核心模块；小组C 的用户界面模块就可以和小组B 的核心模块结合起来，正常运行。对吧？！ 那我们就让两个小组 （A，B) 在一起，测试一下下面的情况：
- A 的核心模块， 加上B 的测试模块和用户界面模块
- B 的核心模块，加上A 的测试模块和用户界面模块
两组同学分析合并之后出现了什么问题，为何会出现这样的问题？如何改进？ 并且改进各种模块中的 bug
(请看北航同学的作业心得：https://www.cnblogs.com/SivilTaram/p/4859934.html )
第五阶段目标 - 通过增量修改的方式，改进程序， 完成对各种错误情况的处理。
选择两组程序中高质量的模块，增加必要的功能，把所有代码签入源代码管理服务器， 同时，把这个软件发布出来。
（请看北航一个同学的尝试：https://www.cnblogs.com/skyxuan/p/4858486.html）
第六阶段目标 - 如何把这些模块重用到别的相关项目中去。
例如，现在大家要做一个 【24点游戏】：
有四个数字，通过加减乘除括号等四则运算，把四个数字组成一个算式，结果是 24。 这个游戏有两档难度，入门级：数字在 1..10 之间； 高级：数字在 1..99 之间
可用命令行或本地GUI 或 网页界面的方式实现这个游戏
我们要从头开始写所有的程序么？这个题目需要的一些功能和我们花了很长时间做的 “四则运算” 模块有不少类似之处， 那么，如何把现有模块经过少量的改动，快速地构建成为一个 24 点游戏所需的模块呢？ 做到这些，并能总结一些规律，软件工程课程就有点摸到 “工程” 的边了！