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在编程练习中学会设计和使用测试程序

2013-03-10 1344
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简介： 　　这是我和我的学生们C++程序设计课程中的一个练习。程序编写得越来越大了，测试显得越来越重要，如果还是照着以前一直对照练习要求写程序，而不是按照工程要求去写，永远无法和实际工作去接轨。本文给出一个示例，展示在程序设计过程中，怎样做到一边写程序，一边开展测试的过程，这样得到的程序中的各个“部件”可靠性得以保证。　　课程首页地址：http://blog.csdn.net/sxhelijian/

　　这是我和我的学生们C++程序设计课程中的一个练习。程序编写得越来越大了，测试显得越来越重要，如果还是照着以前一直对照练习要求写程序，而不是按照工程要求去写，永远无法和实际工作去接轨。本文给出一个示例，展示在程序设计过程中，怎样做到一边写程序，一边开展测试的过程，这样得到的程序中的各个“部件”可靠性得以保证。

　　课程首页地址：http://blog.csdn.net/sxhelijian/article/details/7910565，本周题目链接：http://blog.csdn.net/sxhelijian/article/details/8635385。

练习要求

【项目5-玩日期】
定义一个表示时间（包括年、月、日、时、分、秒）的结构体，然后完成下面的功能（可以在一个main函数中完成，也可以用函数求解，main函数调用即可）：
（1）输入一个时间（注意各部分数据的取值范围）将输入的时间保存在一个结构体变量中；
（2）输出该日在本年中是第几天（注意闰年问题）；
（3）输出这是这一天中的第几秒；
（4）输出这是这一年中的第几秒；
（5）求你输入的时间d天后是哪年哪月哪日，将结果保存在一个结构体变量中输出；（你的万天日期靠这个功能了）——插讲一个故事。当年老贺由小孩儿过百日，想到自己的万日在哪天。编程计算，结果刚过了十几天，那个懊恼啊。第二个万日得再等26年多，第三个万日，谁敢说一定能过上？20岁左右的你，要算清楚了。在第（1）问中输入你的生日及时辰，d值取为10000，可以算出你的万日，大概在26岁多。
（6）求你输入的时间s秒后是何日何时，将结果保存在一个结构体变量中输出；


整体的考虑

　　最后编好的程序的结构应该如下所示，其中所需要设计，一是存储数据所用的数据结构——结构体，二是整个程序的框架，除了main()函数之外，还要有一系列的其他函数作为支撑。在严格的软件工程中，需要提前将所需要的函数（工程中称之为模块）设计出来，而在学习语法阶段，不妨也便宜行事，需要什么写什么，这样做更快一些。在此基础上，main()函数只要按照题目中的要求，或输入，或调用函数，逐个地写出来即可。
　　所以，这个程序最后的结构会是： 

#include <iostream>
using namespace std;
struct Time
{
    int year;
    int month;
    int day;
    int hour;
    int minute;
    int second;
};


//待设计的一大堆函数，是哪些，暂不考虑

int main()
{
    Time t;
    //（1）输入一个时间（注意各部分数据的取值范围）将输入的时间保存在一个结构体变量中；
    cout<<"请输入一个时间(包括年，月，日，时，分，秒):"<<endl;
    getTime(t);  //输入将不会是很简单的一两条语句，写个函数完成
    outputTime(t);   //马上验证输入，很自地完成


    //（2）输出该日在本年中是第几天（注意闰年问题）；
    cout<<"这是这一年中的第"<<dayOfYear(t)<<"天。"<<endl; //设计专门的函数完成


    //（3）输出这是这一天中的第几秒；
    cout<<"这是这一天中的第"<<secondOfDay(t)<<"秒。"<<endl;//设计专门的函数完成


    //（4）输出这是这一年中的第几秒；
    cout<<"这是这一年中的第"<<dayOfYear(t)*24*3600+secondOfDay(t)<<"秒。"<<endl; 


    //（5）求你输入的时间d天后是哪年哪月哪日，将结果保存在一个结构体变量中输出；
    cin>>d;
    cout<<"这一天后 ”<<d<<” 天是："
    outputTime(afterDays(t,d));    


    //（6）求你输入的时间s秒后是何日何时，将结果保存在一个结构体变量中输出；
    cin>>d;
    cout<<"这一时的后 ”<<s<<” 秒是："
    outputTime(afterSeconds(t,s));    


    //到此任务完成
    return 0;
}

　　胖子是一口一口吃出来的，程序得一点一点写出来，做一些，就测试一点，保证局部不要出问题。不要妄图全写完了才去测试，医生说食物摄取过量，老百姓讲是吃撑了。


完成第（1）个要求，测试通过键盘输入进行即可

　　在这样一种指导思想下，先完成第（1）个要求，主要是写出自定义函数来。将需要多次用到的功能，例如，输入中要保证范围的要求，也“抽象”一下，做成函数getNum()。不少成员的取值范围是确定的，但每月的天数并不都一样有些麻烦，设计一个函数daysOfMonth()实现，将有利于整个程序的简洁。
　　参考代码可以如下： 
#include <iostream>
using namespace std;
struct Time
{
    int year;
    int month;
    int day;
    int hour;
    int minute;
    int second;
};


//输入一个限定范围内的整型数值
int getNum(char *prompt, int min, int max)
{
    int value=-1;
    cout<<"输入"<<prompt<<"，范围["<<min<<","<<max<<"]:";
    do
    {
        cin>>value;
    }
    while(value<min || value>max);
    return value;
}


//返回y年m月的天数
//返回y年m月的天数
int daysOfMonth(int m,int y)
{
    int days;
    switch(m)
    {
    case 1:
    case 3:
    case 5:
    case 7:
    case 8:
    case 10:
    case 12:
        days=31;
        break;
    case 4:
    case 6:
    case 9:
    case 11:
        days=30;
        break;
    case 2:
        if((y%4==0&&y%100!=0)||y%400==0)
            days=29;
        else
            days=28;
    }
    return days;
}


//输入时间，参数为引用类型，可以影响实参的值
void getTime(Time &t)
{
    t.year=getNum("年",0,3000); //getNum()用于输入一定范围内的数
    t.month=getNum("月",1,12);
    t.day=getNum("日",1,daysOfMonth(t.month, t.year));
    t.hour=getNum("时",0,24);
    t.minute=getNum("分",0,59);
    t.second=getNum("秒",0,59);
}


//输出时间，参数也用作引用是对结构常见的处理办法
void outputTime(Time &t)
{
    cout<<"时间为: "<<t.year<<"年"<<t.month<<"月"<<t.day<<"日"<<t.hour<<"时"<<t.minute<<"分"<<t.second<<"秒"<<endl;
}


int main()
{
    Time t;
    //（1）输入一个时间（注意各部分数据的取值范围）将输入的时间保存在一个结构体变量中；
    cout<<"请输入一个时间(包括年，月，日，时，分，秒):"<<endl;
    getTime(t);
    outputTime(t);
    return 0;
}

　　就写作业而言，从做练习的角度，程序就是完成了。要完成测试，关键是保证输入时数据取值范围是否能够得到保证，于是需要多次地启动程序，输入各种不同的时间，看是否能体现设计时的限制。需要考虑到的情形包括：
  • 2013年1月20日3时4分5秒   //中规中矩的输入
  • 2012年3月31日3时4分5秒   //重点考察取日期的“边界值”是否接受，类似地可以用其他月份检查，还可以设计出多种情形
  • ……
  • 2013年2月29日3时4分5秒   //2013不是闰年，这个输入会如何处理
  • 2012年2月29日3时4分5秒   //2012是闰年，这个输入会如何处理
  • 2013年13月45日33时4分5秒 //各种的“捣乱”，这在测试中是必须的
　　通过这样的多次运行多次输入查看结果是可行的。但是，如果考虑一次运行程序，可以支持多次输入对不同情形进行测试，那自然是更方便的事了。其实，写一个循环，那也不是难事。事实上，这是工程中更常用的方式。
　　在这种思路下，main()函数这样写。 
int main()
{
    Time t;
    do
    {
        cout<<"请输入一个时间(包括年，月，日，时，分，秒):"<<endl;
        getTime(t);
        outputTime(t);
    }while(t.year>0); //输入0年某月某日测试即结束，测试过程由人可控
    return 0;
}
　　这样，程序运行中的界面如下图，这只是测试所需要的一部分内容。这样测试出的程序，质量信心必涨！好产品得经过严格的测试，放在程序设计中也是这样。

　　

完成第（2）个要求，测试通过不能再靠键盘输入

　　实现功能角度，增加一个函数dayOfYear()即可。涉及到测试时，要靠着键盘输入，那可就烦恼大了：改一点程序，输入若干数据测试，发现错误，改程序，再运行，输入测试数据。这时，可以采用的方法是，用测试用到的数据直接初始化结构体。再进一步，一组测试数据，一起测试，用结构体数组保存数据，测试过程做一个循环。
　　实现了的函数和测试用的main()函数如下所示，实现任务(1)中的函数保留不动，它们是整个任务中的一部分，况且（2）任务可能会用到前面的劳动成果，删除不必要。
　　参考程序如下： 
#include <iostream>
using namespace std;
struct Time
{
    int year;
    int month;
    int day;
    int hour;
    int minute;
    int second;
};


//输入一个限定范围内的整型数值
int getNum(char *prompt, int min, int max)
{
    int value=-1;
    cout<<"输入"<<prompt<<"，范围["<<min<<","<<max<<"]:";
    do
    {
        cin>>value;
    }
    while(value<min || value>max);
    return value;
}


//返回y年m月的天数
int daysOfMonth(int m,int y)
{
    int days;
    switch(m)
    {
    case 1:
    case 3:
    case 5:
    case 7:
    case 8:
    case 10:
    case 12:
        days=31;
        break;
    case 4:
    case 6:
    case 9:
    case 11:
        days=30;
        break;
    case 2:
        if((y%4==0&&y%100!=0)||y%400==0)
            days=29;
        else
            days=28;
    }
    return days;
}


//输入时间，参数为引用类型，可以影响实参的值
void getTime(Time &t)
{
    t.year=getNum("年",0,3000); //用于输入一定范围内的数
    t.month=getNum("月",1,12);
    t.day=getNum("日",1,daysOfMonth(t.month, t.year));
    t.hour=getNum("时",0,24);
    t.minute=getNum("分",0,59);
    t.second=getNum("秒",0,59);
}


//输出时间，参数也用作引用是对结构常见的处理办法
void outputTime(Time &t)
{
    cout<<"时间为: "<<t.year<<"年"<<t.month<<"月"<<t.day<<"日"<<t.hour<<"时"<<t.minute<<"分"<<t.second<<"秒"<<endl;
}


//这天是这一年的第几天
int dayOfYear(Time &t)
{
    int days=0;
    int m=1;
    while(m<t.month)  //前若干月的天数加起来
    {
        days+=daysOfMonth(m,t.year);  //充分利用已经设计的函数
        ++m;
    }
    days+=t.day; //再加上本月的天数
    return days;
}


int main()
{
    //任务（2）输出该日在本年中是第几天（注意闰年问题）；
    Time t[]=   //测试数据放在结构体数组中
    {
        {1971,1,8,14,25,48},  //最简单的一个测试数据，期望输出8
        {2011,2,27,14,25,48}, //2月，天数要加上1月的31天，期望输出31+27
        {2012,3,2,14,25,48},  //这个输入很敏感，看2月究竟算多少天，期望输出31+29+2=62
        {2013,3,2,14,25,48},  //这个期望输出是31+28+2=61
        {2013,4,10,14,25,48}  //期望结果100，这样的测试数据还可以继续列一些，期望结果要列出来，这是测试的依据
    };


    for(int i=0; i<5; ++i)   //测试过程用一个循环完成
    {
        outputTime(t[i]);
        cout<<"这是这一年中的第"<<dayOfYear(t[i])<<"天。"<<endl<<endl;
    }
    return 0;
}

　　体会上面测试数据设计和测试程序(main()函数)设计中的用心，看下面运行测试的结果，生产好产品，需要这样做。


第（3）和（4）个任务容易实现，测试过程类似进行

　　只需要增加一个自定义函数 
//这天是这一天的第几秒
int secondOfDay(Time &t)
{
    return t.hour*3600+t.minute*60+t.second;
}

　　相应的测试函数定义为： 
int main()
{
    Time t[]=
    {
        {1971,1,8,0,0,2},
        {2011,2,27,0,25,10},
        {2012,3,2,10,20,20},
        {2013,3,2,10,20,20},
        {2013,4,10,10,20,20}
    };


    for(int i=0; i<5; ++i)
    {
        outputTime(t[i]);
        //（3）输出这是这一天中的第几秒；
        cout<<"这是这一天中的第"<<secondOfDay(t[i])<<"秒。"<<endl;
        //（4）输出这是这一年中的第几秒；
        cout<<"这是这一年中的第"<<dayOfYear(t[i])*24*3600+secondOfDay(t[i])<<"秒。"<<endl<<endl;
    }
    return 0;
}
　　请体会上面的测试数据的设计，也可以设计出更好的来

再来第（5）个要求，测试数据的设计需要更动动脑子

　　关于实现功能而言，主体在Time afterDays(Time t,int d)函数，这个求解有些麻烦，但是采用的算法统一从1月0日开始的思路，还是可以将复杂性降下来一些。
　　先上程序： 
#include <iostream>
using namespace std;
struct Time
{
    int year;
    int month;
    int day;
    int hour;
    int minute;
    int second;
};


//输入一个限定范围内的整型数值
int getNum(char *prompt, int min, int max)
{
    int value=-1;
    cout<<"输入"<<prompt<<"，范围["<<min<<","<<max<<"]:";
    do
    {
        cin>>value;
    }
    while(value<min || value>max);
    return value;
}


//返回y年m月的天数
int daysOfMonth(int m,int y)
{
    int days;
    switch(m)
    {
    case 1:
    case 3:
    case 5:
    case 7:
    case 8:
    case 10:
    case 12:
        days=31;
        break;
    case 4:
    case 6:
    case 9:
    case 11:
        days=30;
        break;
    case 2:
        if((y%4==0&&y%100!=0)||y%400==0)
            days=29;
        else
            days=28;
    }
    return days;
}


//输入时间，参数为引用类型，可以影响实参的值
void getTime(Time &t)
{
    t.year=getNum("年",0,3000); //用于输入一定范围内的数
    t.month=getNum("月",1,12);
    t.day=getNum("日",1,daysOfMonth(t.month, t.year));
    t.hour=getNum("时",0,24);
    t.minute=getNum("分",0,59);
    t.second=getNum("秒",0,59);
}


//输出时间，参数也用作引用是对结构常见的处理办法
void outputTime(Time &t)
{
    cout<<"时间为: "<<t.year<<"年"<<t.month<<"月"<<t.day<<"日"<<t.hour<<"时"<<t.minute<<"分"<<t.second<<"秒"<<endl;
}


//这天是这一年的第几天
int dayOfYear(Time &t)
{
    int days=0;
    int m=1;
    while(m<t.month)  //前若干月的天数加起来
    {
        days+=daysOfMonth(m,t.year);  //充分利用已经设计的函数
        ++m;
    }
    days+=t.day; //再加上本月的天数
    return days;
}


//这天是这一天的第几秒
int secondOfDay(Time &t)
{
    return t.hour*3600+t.minute*60+t.second;
}


//返回一年有多少天（365或366天）
int daysOfYear(int y)
{
    return ((y%4==0&&y%100!=0)||y%400==0)?366:365;
}


//求你输入的时间d天后是哪年哪月哪日
Time afterDays(Time t,int d)
{
    Time t1=t;
    int d1=d+dayOfYear(t); //dayOfYear(t)求出t是当年第几天
    t1.month=1;
    t1.day=0;  //这样，将问题转换为在当年1月0日基础上加d1天(这个0有意思)，避免以后老为2月操心，以及剩余天数一加以后持续进位
//    cout<<"转换为";
//    outputTime(t1);
//    cout<<"这一天后"<<d1<<"天。";
    while(d1>daysOfYear(t1.year))  //天数还够一个整年
    {
            d1-=daysOfYear(t1.year);
            ++t1.year;
    }
    //天数不够一整年后，再考虑月，因为从1月1日开始，不用担心Nt.year再加1年
    while(d1>daysOfMonth(t1.month,t1.year))  //天数还够一个整月
    {
            d1-=daysOfMonth(t1.month,t1.year);
            ++t1.month;
    }
    //剩全天数加到日上
    t1.day+=d1;
    return t1;
}


int main()
{
    int d[]={68,365,366,798} ; //分别在一年内、恰1年（闰或不闰）、798（365+365+68）天时要复杂也最有说服力，考虑跨年、跨月，尤其有闰年时
    Time nt,t[]=
    {
        {2001,1,8,0,0,0},   //没有时分秒的事，都0
        {2012,2,20,0,0,0},   //2月是个敏感的月份
        {2014,2,20,0,0,0},   //直接遇到闰年
        {2013,4,20,0,0,0},   //过了2月
        {2013,4,20,0,0,0},   //过了2月
        {2013,12,10,0,0,0},   //近年关，稍加一点就下一年了，也测试下
    };


    //(5)求你输入的时间d天后是哪年哪月哪日
    for(int i=0; i<7; ++i)
    for(int j=0;j<4;++j)
    {
        nt=afterDays(t[i],d[j]);
        outputTime(t[i]);
        cout<<"这是这一年中的第"<<dayOfYear(t[i])<<"天。";
        cout<<"这一天后"<<d[j]<<"天是：";
        outputTime(nt);
        cout<<"这是这一年中的第"<<dayOfYear(nt)<<"天。";
        cout<<endl<<endl;
    }
    return 0;
}

　　接着看测试程序，将时间与要经过的天数进行组合，从输出中可以发现问题。当需要很多的测试数据时，期望结果实际上不能再由人手工计算，可以用一些辅助工具去完成。在一些数据库系统中，有类似的现成的函数（在写这个程序时企图用Wps 表格的公式，但不支持，记得Excel里有），还可以用系统函数计算的结果作对比，本文中，对用前面已经测试正确的函数dayOfYear()，通过输出日期是该年的第几天帮助找到线索。
　　另外，在上面的程序中，第114 - 116行加了注释的部分，体现出的也是一种调试的手段：运行过程中适当输出中间结果，进而判断计算过程是否达到预期。这种方法与单步执行相比，信息会来得快一些，不足之处是，信息有时有些太多，适宜于对程序内在执行机制很清楚的程序员，需要有志做这些工作的同学追求。有些编程环境中，缺乏调试工具的支持，这样的措施更显得必要了。用这种方式，最后应将这些输出信息加上注释，不要成为代码中的一部分，或者干脆删除了事。
　　第（6）个任务和测试不再写，作为选做吧。

最后，给出任务的最后解答

　　有了经过测试的实现各功能的函数，只是将main()函数按要求写出即可，这样不管有什么样的输入，都不怕它耍着小脾气，输出错结果了。
　　贴程序：

#include <iostream>
using namespace std;
struct Time
{
    int year;
    int month;
    int day;
    int hour;
    int minute;
    int second;
};


//输入一个限定范围内的整型数值
int getNum(char *prompt, int min, int max)
{
    int value=-1;
    cout<<"输入"<<prompt<<"，范围["<<min<<","<<max<<"]:";
    do
    {
        cin>>value;
    }
    while(value<min || value>max);
    return value;
}


//返回y年m月的天数
int daysOfMonth(int m,int y)
{
    int days;
    switch(m)
    {
    case 1:
    case 3:
    case 5:
    case 7:
    case 8:
    case 10:
    case 12:
        days=31;
        break;
    case 4:
    case 6:
    case 9:
    case 11:
        days=30;
        break;
    case 2:
        if((y%4==0&&y%100!=0)||y%400==0)
            days=29;
        else
            days=28;
    }
    return days;
}


//输入时间，参数为引用类型，可以影响实参的值
void getTime(Time &t)
{
    t.year=getNum("年",0,3000); //用于输入一定范围内的数
    t.month=getNum("月",1,12);
    t.day=getNum("日",1,daysOfMonth(t.month, t.year));
    t.hour=getNum("时",0,24);
    t.minute=getNum("分",0,59);
    t.second=getNum("秒",0,59);
}


//输出时间，参数也用作引用是对结构常见的处理办法
void outputTime(Time &t)
{
    cout<<"时间为: "<<t.year<<"年"<<t.month<<"月"<<t.day<<"日"<<t.hour<<"时"<<t.minute<<"分"<<t.second<<"秒"<<endl;
}


//这天是这一年的第几天
int dayOfYear(Time &t)
{
    int days=0;
    int m=1;
    while(m<t.month)  //前若干月的天数加起来
    {
        days+=daysOfMonth(m,t.year);  //充分利用已经设计的函数
        ++m;
    }
    days+=t.day; //再加上本月的天数
    return days;
}


//这天是这一天的第几秒
int secondOfDay(Time &t)
{
    return t.hour*3600+t.minute*60+t.second;
}


//返回一年有多少天（365或366天）
int daysOfYear(int y)
{
    return ((y%4==0&&y%100!=0)||y%400==0)?366:365;
}


//求你输入的时间d天后是哪年哪月哪日
Time afterDays(Time t,int d)
{
    Time t1=t;
    int d1=d+dayOfYear(t); //dayOfYear(t)求出t是当年第几天
    t1.month=1;
    t1.day=0;  //这样，将问题转换为在当年1月0日基础上加d1天(这个0有意思)，避免以后老为2月操心，以及剩余天数一加以后持续进位
//    cout<<"转换为";
//    outputTime(t1);
//    cout<<"这一天后"<<d1<<"天。";
    while(d1>daysOfYear(t1.year))  //天数还够一个整年
    {
        d1-=daysOfYear(t1.year);
        ++t1.year;
    }
    //天数不够一整年后，再考虑月，因为从1月1日开始，不用担心Nt.year再加1年
    while(d1>daysOfMonth(t1.month,t1.year))  //天数还够一个整月
    {
        d1-=daysOfMonth(t1.month,t1.year);
        ++t1.month;
    }
    //剩全天数加到日上
    t1.day+=d1;
    return t1;
}


int main()
{
    Time t,nt;
    //（1）输入一个时间（注意各部分数据的取值范围）将输入的时间保存在一个结构体变量中；
    cout<<"请输入一个时间(包括年，月，日，时，分，秒):"<<endl;
    getTime(t);
    outputTime(t);
    //（2）输出该日在本年中是第几天（注意闰年问题）；
    cout<<"这是这一年中的第"<<dayOfYear(t)<<"天。"<<endl;
    //（3）输出这是这一天中的第几秒；
    cout<<"这是这一天中的第"<<secondOfDay(t)<<"秒。"<<endl;
    //（4）输出这是这一年中的第几秒；
    cout<<"这是这一年中的第"<<dayOfYear(t)*24*3600+secondOfDay(t)<<"秒。"<<endl;
    //（5）求你输入的时间d天后是哪年哪月哪日，将结果保存在一个结构体变量中输出；
    int d;
    cout<<"请输入一个天数";
    cin>>d;
    nt=afterDays(t,d);
    cout<<"这一天后d（如10000）天后是：";
    outputTime(nt);
    //（6）求你输入的时间s秒后是何日何时，将结果保存在一个结构体变量中输出；


    return 0;
}

　　看下面的运行结果，老贺自己错过了1万天的庆祝，弟子们要记着老贺过2万天请客的时候，都来随个份子。
　　

【项目5扩展（选做】用结构体变量给定两个时间，求（1）相差多少天？（2）相差多少秒？（略）


课程首页地址：http://blog.csdn.net/sxhelijian/article/details/7910565，本周题目链接：http://blog.csdn.net/sxhelijian/article/details/8635385。



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测试技术
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关键词：
测试程序
编程测试
贺利坚
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