文章導(dǎo)讀

【項(xiàng)目遵循需求分析、程序設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試、運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)過程， 從分析項(xiàng)目問題入手，提出解決方案，應(yīng)用對(duì)象建模工具UML設(shè)計(jì)系統(tǒng)，依據(jù)設(shè)計(jì)文檔進(jìn)行編碼。】

問題描述：實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的四則運(yùn)算器。滿足用戶在Windows命令行窗口可以進(jìn)行簡(jiǎn)單四則運(yùn)算的要求。

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1、四則運(yùn)算具體功能要求：

（1）實(shí)現(xiàn)帶單個(gè)運(yùn)算符表達(dá)式的計(jì)算；

（2）用戶可以重復(fù)輸入表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算；

（3）輸入quit退出程序；

（4）顯示程序幫助內(nèi)容。

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2、角色劃分與用例描述

角色是與程序相關(guān)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(yùn)行所依賴的環(huán)境等，本節(jié)主要討論程序與人相關(guān)的角色。

本程序涉及的角色只有一個(gè)，就是程序的使用者，使用者輸入算式，程序給出算式結(jié)果；使用者輸入quit命令，程序退出；當(dāng)使用者不熟悉該程序如何使用時(shí)，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(duì)角色功能進(jìn)行描述，通過用例圖對(duì)功能需求進(jìn)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(gè)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(gè)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?yàn)橛脩籼峁┑墓δ?#xff0c;也就是程序能為用戶做什么，圖例符號(hào)為一個(gè)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(hào)為一個(gè)小人兒；最后是程序邊界，程序邊界描述了程序本身實(shí)現(xiàn)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(nèi)，圖例符號(hào)為一個(gè)方框。

（1）算式計(jì)算用例圖（U001）

算式計(jì)算用例包含5個(gè)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(jì)算算式>用例和<掃描算式>用例為內(nèi)部用例，由<算式求解>用例調(diào)用并使用，<掃描算式>用例掃描算式，如果發(fā)現(xiàn)算式錯(cuò)誤，由算式求解返回錯(cuò)誤給使用者。

（2）退出程序用例圖（U002）

該用例包含兩個(gè)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(diào)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(gè)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(diào)用<輸出幫助內(nèi)容>用例顯示幫助內(nèi)容。

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4、根據(jù)需求設(shè)計(jì)程序

前面需求分析階段給出了角色、用例和業(yè)務(wù)流程。設(shè)計(jì)階段需要將需求階段給出的角色、用例和業(yè)務(wù)流程模型映射到能夠被編程語(yǔ)言識(shí)別和描述的對(duì)象、對(duì)象功能和對(duì)象行為模型，設(shè)計(jì)階段用到的UML模型有類圖、活動(dòng)圖、時(shí)序圖、狀態(tài)圖、部署圖、偽代碼。

設(shè)計(jì)階段需要針對(duì)需求階段給出的角色與用例，規(guī)劃出對(duì)象類。在UML設(shè)計(jì)模型中，一般將對(duì)象類分為邊界類、控制類和實(shí)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(yùn)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(yùn)算器開始運(yùn)行后，需要持續(xù)等待用戶輸入命令或算式，根據(jù)用戶輸入的內(nèi)容選擇不同的流程；實(shí)體類一般用于事物、人員或者一些現(xiàn)實(shí)生活中的對(duì)象，該類對(duì)象有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的要求。例如：如果四則運(yùn)算器要求區(qū)分角色“程序使用者”并存儲(chǔ)角色信息時(shí)，就需要為角色“程序使用者”建立實(shí)體類，以便程序存儲(chǔ)每個(gè)“程序使用者”的信息。

四則運(yùn)算器的角色“程序使用者”并沒有存儲(chǔ)其信息的要求，因此無需為該角色建立實(shí)體類。與該角色相關(guān)的有三個(gè)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(gè)用例都有流程控制和外部交互需求，故分別需要為這三個(gè)用例建立控制類和邊界類。從設(shè)計(jì)實(shí)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(gè)控制類；但從可維護(hù)性和擴(kuò)展性上考慮，分開設(shè)計(jì)有利于代碼結(jié)構(gòu)清晰、并易于擴(kuò)展四則運(yùn)算器的功能。具體選擇什么樣的設(shè)計(jì)模式，需要根據(jù)程序（系統(tǒng)）所處的環(huán)境、技術(shù)、資源來決定，例如：一個(gè)程序（系統(tǒng)）在交付日期已經(jīng)確定，項(xiàng)目進(jìn)度緊張，而技術(shù)和人力資源又出現(xiàn)問題的情況下，應(yīng)以設(shè)計(jì)實(shí)用性、編程效率方面考慮，反之則應(yīng)從可維護(hù)性和擴(kuò)展性上考慮。本節(jié)主要用于說明如何根據(jù)需求分析歸納類對(duì)象，從簡(jiǎn)單易懂考慮，采用合并設(shè)計(jì)原則。

類名命名為“Arithmetic”，類名確定后，需要根據(jù)用例及業(yè)務(wù)流程圖歸納類的屬性和方法。

從前面的用例圖和業(yè)務(wù)流程圖分析可知，程序主要涉及到算式、幫助內(nèi)容、錯(cuò)誤信息三部分信息，這三部分信息都有被程序修改內(nèi)容和獲取內(nèi)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(nèi)容，通過set方法設(shè)置屬性內(nèi)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(jì)算>的子用例<<輸入算式>>、<<計(jì)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(shè)計(jì)完成后，根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，可能還需要設(shè)計(jì)活動(dòng)圖、時(shí)序圖、狀態(tài)圖、部署圖等。其多用于復(fù)雜的程序（系統(tǒng)）進(jìn)一步理順業(yè)務(wù)活動(dòng)、流程、事件、部署等設(shè)計(jì)需要。本程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無需再設(shè)計(jì)活動(dòng)圖，類圖設(shè)計(jì)完成后，基本就可以進(jìn)入編碼了。

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程序流程控制功能

程序啟動(dòng)運(yùn)行后，首先顯示幫助內(nèi)容，向用戶提示程序的使用方法。然后循環(huán)等待用戶輸入，用戶輸入完成后，程序根據(jù)用戶輸入的選擇不同的分支執(zhí)行程序。若輸入的內(nèi)容為“quit”，則執(zhí)行退出程序分支；若輸入的內(nèi)容為“help”，則執(zhí)行顯示幫助程序分支；若不是前兩項(xiàng)內(nèi)容，則執(zhí)行算式計(jì)程序分支。分支執(zhí)行完畢，繼續(xù)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(jì)算功能

計(jì)算算式并返回計(jì)算結(jié)果，計(jì)算前先對(duì)算式做語(yǔ)法判斷，若算式語(yǔ)法錯(cuò)誤，返回錯(cuò)誤信息，終止計(jì)算功能。若算式語(yǔ)法正確，計(jì)算算式并返回計(jì)算結(jié)果。算式計(jì)算流程如下圖所示：

圖6 算式計(jì)算流程圖

5、根據(jù)設(shè)計(jì)編寫代碼

程序流程控制

節(jié)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(shí)現(xiàn)如下功能。

（1）建立run方法，在main方法中調(diào)用

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

（2）顯示幫助內(nèi)容

需求部分要求幫助內(nèi)容及顯示格式如下：

***歡迎使用四則運(yùn)算器***

算式計(jì)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(gè)運(yùn)算符和兩個(gè)運(yùn)算數(shù)的算式。例如：15+20、8*9、20/5等。

退出程序：請(qǐng)輸入“quit”命令，按下回車鍵。

查看幫助：請(qǐng)輸入“help”命令，按下回車鍵。

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

（3）循環(huán)等待用戶輸入

在程序頂部導(dǎo)入java.util包，在run方法中添加while循環(huán)代碼，在循環(huán)體添加獲取用戶輸入代碼。

在run方法中，添加do-while循環(huán)語(yǔ)句，循環(huán)接收用戶的輸入，該循環(huán)為無限循環(huán)，后續(xù)代碼需要添加退出循環(huán)語(yǔ)句。

（4）判斷用戶輸入內(nèi)容，選擇不同程序分支

根據(jù)用戶輸入的內(nèi)容，程序流程有三個(gè)分支。若輸入的內(nèi)容為“quit”，調(diào)用Arithmetic類的quit方法退出程序；若輸入的內(nèi)容為“help”，調(diào)用Arithmetic類的showHelp方法；若不是前兩項(xiàng)內(nèi)容，

調(diào)用Arithmetic類的calculateFormula方法。在run方法do-while循環(huán)語(yǔ)句中增加if-else語(yǔ)句。

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算式計(jì)算

計(jì)算算式并返回計(jì)算結(jié)果，計(jì)算前先對(duì)算式做語(yǔ)法判斷，若算式語(yǔ)法錯(cuò)誤，返回錯(cuò)誤信息，終止計(jì)算功能。若算式語(yǔ)法正確，計(jì)算算式并返回計(jì)算結(jié)果。

（1）語(yǔ)法掃描

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

● 算式的開始和結(jié)束字符必須是數(shù)字；

● 算式只能包含數(shù)字和‘+’、‘-’、‘*’、‘/’運(yùn)算符；

● 運(yùn)算符不能連續(xù)；

● 運(yùn)算符有且只能包含一個(gè)；

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(jié)果 * input: 無輸入?yún)?shù) * return: formula算式無語(yǔ)法錯(cuò)誤，返回sucess，否則返回語(yǔ)法錯(cuò)誤 */ public String scanFormula() { String result = "sucess"; String strFormula = getFormula(); char ch; //聲明count變量，存儲(chǔ)運(yùn)算符的出現(xiàn)的次數(shù) int count=0; //遍歷strFormula for( int i = 0; i < strFormula.length(); i++ ) { //獲取strFormula的第i個(gè)字符 ch = strFormula.charAt(i); /** * 判斷ch是否是合法字符 * 合法字符為數(shù)字和‘+’、‘-’、‘*’、‘/’運(yùn)算符 */ if(ch >='0' && ch <='9') { continue; } elseif( ch=='+' || ch=='-' || ch=='*' || ch=='/' ) { count++; //算式的第一個(gè)字符和最后一個(gè)字符不能是運(yùn)算符 if( i == 0 || i == strFormula.length()-1 ) { result = "算式的第一個(gè)字符和最后一個(gè)字符不能是運(yùn)算符"; break; } //算式只能包含一個(gè)運(yùn)算符 if( count >= 2 ) { result = "輸入的算式只能包含一個(gè)運(yùn)算符"; break; } } else { result = "輸入的算式包含非法字符，算式的第(" + i + ")個(gè)字符為非法字符"; break; } } return result; }

語(yǔ)法掃描采用遍歷算式所有字符的算法，對(duì)算式的每個(gè)字符進(jìn)行判斷。for循環(huán)遍歷算式的所有字符，for循環(huán)體的if-else語(yǔ)句判斷算式的單個(gè)字符是否符合語(yǔ)法要求，如果不符合要求，設(shè)置語(yǔ)法錯(cuò)誤信息并跳出循環(huán)。

（2）計(jì)算算式

具體算法為：遍歷并解析算式，得到運(yùn)算數(shù)和運(yùn)算符，然后利用switch語(yǔ)句控制不同的計(jì)算分支，得到計(jì)算結(jié)果。

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

/*** Function calculateFormula * Description: 計(jì)算formula存儲(chǔ)的算式，返回計(jì)算后的結(jié)果 * input: 無輸入?yún)?shù) * return: 返回計(jì)算后的結(jié)果 */ public String calculateFormula() { String result = ""; //聲明num1和num2變量，用于存儲(chǔ)運(yùn)算數(shù) String num1 = ""; String num2 = ""; //聲明op，用于存儲(chǔ)運(yùn)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(gè)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(jì)算算式 //獲取運(yùn)算符 ch = op.charAt(0); //將字符串強(qiáng)制轉(zhuǎn)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(huán)體中增加算式語(yǔ)法掃描、計(jì)算算式、輸出計(jì)算結(jié)果的代碼。

publicvoidrun(){ /** * 初始化help,并顯示help */ String strHelp = "***歡迎使用四則運(yùn)算器***\n" + "算式計(jì)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(gè)運(yùn)算符和兩個(gè)整數(shù)運(yùn)算數(shù)的算式。例如：15+20、8*9、20/5等。\n" + "退出程序：請(qǐng)輸入“quit”命令，按下回車鍵。" + "查看幫助：請(qǐng)輸入“help”命令，按下回車鍵。"; setHelp(strHelp); showHelp(); /** * 循環(huán)等待用戶輸入 */ //聲明Scanner變量，并用new運(yùn)算符實(shí)例化Scanner Scanner sc = new Scanner(System.in); do { String strInput = sc.next(); //判斷用戶輸入內(nèi)容，執(zhí)行不同分支程序 if( strInput.equals("quit") ) quit(); elseif( strInput.equals("help") ) showHelp(); else { setFormula(strInput); //語(yǔ)法掃描 String ret = scanFormula(); //語(yǔ)法正確 if( ret.equals("sucess") ) { ret = calculateFormula(); printResult(ret); } else { //輸出語(yǔ)法錯(cuò)誤信息 printResult(ret); } } }while(true); }

至此，程序編寫完成。

總結(jié)

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?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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