OO第三单元总结

一、JML的理论基础与应用工具链：

　　1、理论基础：

　　　　\result表达式：表示一个非`void`类型的方法执行所获得的结果，即方法执行后的返回值。形式如："\result == xxx"，并保证该结果为True。

　　　　\old(`expr`)表达式：用来表示一个表达式`expr`在相应方法执行前的取值。一般用来表示方法执行前后'expr'的变化情况。

　　　　\not_assigned(x,y,...)表达式：用来表示括号中的变量是否在方法执行过程中被赋值。未被赋值则返回True，否则false。

　　　　\not_modified(x,y,...)表达式：与上面的\not_assigned表达式类似，该表达式限制括号中的变量在方法执行期间的取值未发生变化。

　　　　\nonnullelements(`container`)表达式：表示`container`对象中存储的对象不会有`null`。

　　　　\type(type)表达式：返回类型type对应的类型(Class)，如type(`boolean`)为Boolean.TYPE。

　　　　\typeof(expr)表达式：该表达式返回expr对应的准确类型。

　　　　\forall表达式：全称量词修饰的表达式，表示对于给定范围内的元素，每个元素都满足相应的约束。形式如："(\forall 变量；限定条件；满足条件)"。限定条件约束变量的范围，满足条件则必须在实现规格时保证其结果为True。

　　　　\exists表达式：存在量词修饰的表达式，表示对于给定范围内的元素，存在某个元素满足相应的约束。用法同\forall。

　　　　\sum表达式：返回给定范围内的表达式的和。形式如："(\sum 变量；限定条件；变量)"。两个变量可相同，可不相同。

　　　　\product表达式：返回给定范围内的表达式的连乘结果。用法如上。

　　　　\max表达式：返回给定范围内的表达式的最大值。用法如上。

　　　　\min表达式：返回给定范围内的表达式的最小值。用法如上。

　　　　\num_of表达式：返回指定变量中满足相应条件的取值个数。形式如："(\num_of 变量；限定条件；限定条件)"。

　　　　requires xxx："xxx"为前置条件。

　　　　assignable xxx："xxx"为影响范围。

　　　　ensures xxx："xxx"为后置条件。

　　2、工具链：

　　　　OpenJML,JMLUnit,STM Solver，ESC/Java2，Daikon，KeY，Krakatoa，JMLEclipse，Sireum/Kiasan，TACO，VerCors verifier。目前只使用过JMLUnit。

二、Group测试用例分析：

　　junit好像没办法自动生成测试样例（或许是还没找到那个功能），所以一直是手动编写测试样例。先说一下测试基本思路：

　　

/*@ ensures \result == (people.length == 0? 0 : ((\sum int i; 0 <= i && i < people.length; 
      @          (people[i].getAge() - getAgeMean()) * (people[i].getAge() - getAgeMean())) / 
      @           people.length));
      @*/
    public /*@pure@*/ int getAgeVar();

　　针对这类只有后置条件的代码，在相应的测试代码中建立group，随机向其中添加数据后，用assertequal与在测试中搭建的求方差公式多次测试即可。

　　

    /*@ public normal_behavior
      @ requires people.length > 0;
      @ ensures (\exists BigInteger[] temp; 
      @          temp.length == people.length && temp[0] == people[0].getCharacter();
      @           (\forall int i; 1 <= i && i < temp.length; 
      @            temp[i] == temp[i-1].xor(people[i].getCharacter())) && 
      @             \result == temp[temp.length - 1]);
      @ also 
      @ public normal_behavior
      @ requires people.length == 0;
      @ ensures \result == BigInteger.ZERO;
      @*/
    public /*@pure@*/ BigInteger getConflictSum();

　　针对这类有多种行为的代码，针对每一种行为都应当充分测试，对于该份代码，第二种情况，较为简单，只需在group未加入person时，对其反复测试即可。而第一种情况，需要保证其搭建temp的正确性，可先检查返回值的正确性，再反向推导，确定temp[0]的正确性。

　　

public void addPerson(Person person);

　　针对这类没有规格的代码，应该由我们自己根据自己搭建的group结构去设计，对该方法，我的规格如下：

　　

/*@ensures \old(people.length) + 1 == people.length;
      @ensures isupdaters == true;
      @ensures isupdatevs == true;
      @ensures isupdatecs == true;
      @ensures isupdateam == true;
      @ensures isupdateav == true;
      @ensures person.getgroupsid == \old(person.getgroupsid + 1);
      @*/

三、架构设计梳理：

　　第一次作业完全按照jml规格实现，并无太多自己的设计。

　　第二次作业在group中加入了relationsum，valuesum，conflictsum，agemean，agevar分别记录对应方法运行后所返回的数据，以及isupdaters，isupdatevs，isupdatecs，isupdateam，isupdateav分别用来表示对应数据是否需要更新。该设计可以在查询较为频繁的时候，减少一定量的计算时间。

　　第三次作业，较前两次有了较多的架构设计：

　　

　　在Mynetwork中，添加了father和child两个hashmap变量，以便建立一个两层的联通图，该连通图可简化iscircle，queryStronglink,queryBlocksum,queryMinPath的操作，但其对于queryMinPath的简化还不够彻底，导致仍然超时。而intodper变量，则用于记录network中person的添加顺序。

四、bug以及修复情况：

　　第一单元，用Arrylist实现,无bug。

　　第二单元，用Arrylist实现，80%超时。仔细思考后发现，Arrylist在查询和添加操作较多时，效率过低，换用Hashmap，成功通过。

　　第三单元，queryblocksum，理解错误，导致出现Bug,以及stronglink和querryminpsth的算法未进行优化，出现CTLE。还有容器的操作错误，当容器中储存的是Interger型数据时，若想删除对应数据，则应该将int数据转为Number型，若直接删除int，则其会删除对应下标的数据。关于优先队列，仍旧犯了不小的错误，Java中的PriorityQueue，只有在添加时，才对该数据进行排序，而修改其中元素数据内容不会触发排序（就是这个地方，一直想不到办法来优化其复杂度）。加入联通图结构，简化复杂算法。但对于querryminpath的简化仍然不够，还在继续改进中。

五、心得体会：

　　必须理解，jml规格描述，只是告诉实现者，其中各个方法和类，应该满足的条件。然而在实现的时候，设计者不能只实现jml的描述，他应该明白jml所描述的功能只是实现目标的子集，还必须对类作优化，以便可以用较少的资源去处理数据。