Arrays ,Static Method 1, and Testing
数组、静态方法和测试驱动开发
1. 数组（Arrays）
• 定义：数组是长度固定(fixed-length)的有序数据集合(a ordered collection of data)，用于存储同一类型的元素。数组中的每个元素都有一个索引，通过索引可以访问特定元素。
数组可以包含任何给定的数据类型，包括基本数据类型Primitives（如整数、浮点数、字符等）和对象Objects（如自定义的类实例）
java
int n = 3;
double[] a;//declare the array
a = new double[n];//creat the array
for (int i = 0;i < n; I++){
a[I] = 0.0;//initialize all elements to 0.0
}
java
int [] a = new int []//创建(construct)一个长度为100的整型数组。default initialization:
当创建一个数字数组时，所有的元素会自动初始化为0。同样地，当创建一个布尔型数组时，所有的元素会自动初始化为false。这种自动初始化的行为称为默认初始化。
alternative array initialization
• 初始化：可以通过以下两种方式来创建数组：
-
静态初始化 ：int[] numbers = {1, 2, 3};
-
动态初始化：int[] numbers = new int[5];
区别在于初始化数组时是否为数组的元素指定初始值。
Array Operations
-
indexing - 索引访问：a[2]
-
assignment - 赋值：a[2] = 5
-
length - 获取数据长度：a.length
注意这不是一个方法调用(a method call)，所以不需要使用括号(parentheses)。(this is different syntax from String.length())
• 访问与操作：通过索引来访问或修改数组中的元素，索引从0开始。例如，numbers[0]访问第一个元素。
Printing and Enhanced For Loops
数组是一种引用数据类型(reference data type)，这意味着数组变量本身并不直接存储数据，而是存储了数据存储位置的地址信息。在内存中 ，数组变量保存的是数组第一个元素的地址，通过这个地址可以访问到整个数组的数据
• 增强型for循环：可以用简化的for循环来遍历数组中的所有元素(to itrate over all elements in the array)，无需索引。
java
String[] months = {
"","Jan","Feb","Mar","Apr","May"
};
System.out.println(months);//printing the address- 如果不加双引号，编译器会认为这些是变量名或其他非字符串的值，这会导致编译错误。所以加上双引号可以明确表示这些是字符串。
- 当你直接打印数组对象 时，输出的并不是数组的内容，而是数组的引用****地址的表示形式
- 如果想要打印数组内容，应该使用 Arrays.toString() 或遍历数组
java
System.out.println(Arrays.toString(months));
java
for (元素类型 变量名 : 集合或数组) {
// 对变量进行操作
}• 变量名：用于存储当前遍历到的元素。
• 集合或数组：你想要遍历的数组或 Iterable 集合
java
for (int i = 1;i < months.length;i++){
System.out.println(months[i]);
}
java
for (String s :months){
System.out.println(s);
}String Methods: Trim,Split,Replace
- String trim()
this string with leading and trailing whitespace（前后空格）removed
- String replace(String a, String b)
this string with a replaced by b
- String replaceAll(String a, String b)
this string with all a's replaced by b's
- String[] split(String delimiter)
array of Strings between occurrences of delimiter（分割符）
java
String cosmo = " ha haa halloween ";
cosmo = cosmo.trim();//去掉前后空格
cosmo = cosmo.replaceAll("h","H");
String[] words = bosom.split(" ")；//根据空格分割字符串
for (int i = 0;i < words.length;i++){
System.out.println(words[i]);
}所以最终结果是一个字符串数组 ["Ha", "Haa", "Halloween"]
java
Ha
Haa
Halloween• replace() 用于简单的字符串替换。用于替换单个字符或整个字符串
• replaceAll() 方法用于替换字符串中所有匹配正则表达式的子字符串。与 replace() 不同的是，replaceAll() 支持正则表达式的使用。
java
String text = "hello world";
String result = text.replace("l", "L");
System.out.println(result); // 输出 "heLLo worLd"
String text = "hello world";
String result = text.replaceAll("l+", "L");
System.out.println(result); // 输出 "heLo worLd" （将连续的 "l" 替换成 "L"）量词：+ 表示一个或多个字符，* 表示零个或多个字符，? 表示零个或一个字符。
• 示例：[0-9]+ 表示匹配一个或多个数字。
Array Example
• 程序用 0.0 来初始化变量 max。如果数组中所有的元素都小于 0.0（例如负数），最大值将会被错误地保持为 0.0，而不是数组中的实际最大值。
java
double[] arr = {2.5, 100.01, 99.99};
double max = arr[0]; // 将 max 初始化为数组的第一个元素
for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
if (arr[i] > max) {
max = arr[i];
}
}
System.out.println(max);Two-dimensional Arrays/Multidimensional Arrays
• 多维数组：Java支持二维或多维数组，可以通过嵌套的方式来创建和访问这些数组。例如：
1. To represent a matrix , or a table of numbers organized in m rows and
n columns, we use a two-dimensional array in Java. use the notation a[i][j]
int[][] matrix = new int[3][3];
matrix[0][0] = 1;
java
int m = 3, n = 5;
double[][] a = new double[m][n];
for (int i = 0; i < m; i++) {
for (int j = 0; j < n; j++)
a[i][j] = i + j + 1.0;
}
for (int i = 0; i < m; i++) { // 外层循环控制行
for (int j = 0; j < n; j++) { // 内层循环控制列
System.out.print(a[i][j] + " ");// 输出一行中的每个元素，并在每个元素后加一个空格
}
System.out.println(); // 每输出完一整行后换行
}
java
1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
3.0 4.0 5.0 6.0 7.02. declare and initialize a three-dimensional array
java
int n = 5;
double[][][] a = new double[n][n][n];2. 静态方法（Static Methods）
• 静态方法的定义：使用static关键字定义的方法，属于类本身而不是某个具体的对象。静态方法可以直接通过类名调用，而不需要创建对象。例如：
java
public static int add(int a, int b) {
return a + b;
}A static method/function call调用时：通过方法名后跟上相应的参数(argument)来执行一个方法或函数。这些参数用逗号分隔，并且整个调用被括号包围（enclosed）。
java
int sum = MyClass.add(5, 10);arguments must match the parameter type(s)
-
函数和静态方法的基本概念
• 函数的定义：函数接受输入（ take an input）并产生输出（produce an output）。在Java中，函数通常实现为静态方法。
• 静态方法的使用：比如，Math.abs() 是一个静态方法，它接受一个数值作为参数(argument)并返回它的绝对值。调用这个方法时，我们只需要传递参数，方法返回处理后的结果。
- 重构为静态方法
避免代码重复(repeated codes)，并且将代码组织成独立的部分，以便于共享和重用这些代码片段来构建更大型的程序
java
public class Lecture4Demo{
public static int larger(int x, int y){
if (x > y){
return x;
}else{//else 可以省略
return y;
}
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println(larger(2, 5));
System.out.println(larger(10, 8));
}
}
return语句用于从方法中返回值 。它会将方法的执行结果返回 给调用者，并终止方法的执行
省略else
• if 块中的 return 确保了当 x > y 时，方法立刻返回结果并终止，剩下的代码不会再执行。
• 当 if 条件不成立时，自然会执行剩下的代码，也就是 return y;，所以不需要 else。
3. 测试驱动开发（Testing & TDD）
测试驱动开发（Test-Driven Development, TDD）:
TDD 是一种迭代(iterative)开发过程，测试是在实际代码实现之前编写的。其核心概念包括：
• 提升代码质量：通过提前编写测试来指导开发，确保开发出来的代码能通过测试，从而提高代码的健壮性。
• 简化代码结构：通过TDD，开发者必须把问题拆解为可测试的单元(testable units)，这有助于使代码模块化(modular)、结构更加清晰。
Red-Green-Refactor cycle循环:
TDD 通常使用 Red-Green-Refactor 的开发周期：
1. Red（红色）：编写一个失败的测试，代表功能代码尚未编写或功能不完整。
2. Green（绿色）：编写最简单的代码来通过测试，确保测试通过，代码能够运行。
3. Refactor（重构）：测试通过后，对代码进行重构，以提高代码质量，同时确保测试继续通过。
TDD 的过程强调了先编写测试，再根据测试编写实现代码，这种方式确保代码从一开始就具备高可测试性，便于后续维护与扩展。
Testing in main
在Main方法中测试
在开发过程中，我们可以在 main() 方法中手动测试代码的功能，但这样做有以下几个问题：
• 如何追踪测试是否通过/失败？
• 如何组织代码以避免重复？
手动测试虽然能起到基础的功能测试作用，但使用JUnit等测试框架能够更好地组织测试用例，避免手动追踪测试结果。
Testing with JUnit
JUnit测试框架
• 下载与集成JUnit：通过下载两个jar文件（如junit-4.13.2.jar和hamcrest-core-1.3.jar），并将其保存到项目的Library文件夹中。
• 添加测试类：点击主类名称，通过IDE快捷键 Alt + Enter，选择 Create Test 来生成测试类。在这个过程中，可以选择需要为哪些方法生成测试代码。
通过JUnit，开发者可以自动化测试，便于回归测试和追踪代码的质量。
assertEquals
使用JUnit中的 assertEquals 方法来进行单元测试。下面是详细的解释：
• assertEquals 方法用于比较两个值是否相等，它接收两个参数：期望值 (expected) 和 实际输出值 (actual)。
• 如果期望值与实际值相等，测试通过；否则，测试失败。
java
import org.junit.Test;
import static org.junit.Assert.*;
public class Lecture4DemoTest {
// 测试当第二个数较大时，larger 方法是否返回正确值
@Test
public void testSecondLarger() {
int output = Lecture4Demo.larger(2, 5);
assertEquals(5, output); // 期望值为 5，实际输出应为 5
}
// 测试当第一个数较大时，larger 方法是否返回正确值
@Test
public void testFirstLarger() {
int output = Lecture4Demo.larger(10, 8);
assertEquals(10, output); // 期望值为 10，实际输出应为 10
}
}assertEquals(expected, actual)
JUnit 使用实例方法（非 static），因为它为每个测试方法创建一个独立的类实例，从而保证测试的隔离性和独立性。因此，测试方法不需要声明为 static。