面向对象第一单元总结

一、对面向对象的理解

　　有位同学给java的面向对象做了一个形象生动的类比，我觉得很有道理，大概按我的理解如下：

- 结构的形成
  看图之前，我们要先明白，世界上是先有了实体，才有了一步步抽象至以上的体系结构，当然也未必是自底向上逐步抽象，也许在最初的认识体系中，只有故宫里的植物C、植物、和存在，或许迎客松A和蒹葭B都是植物的对象，在之后的认识中逐步向上抽象出生物，向下细分为树和草等等。
  但无论如何，所有的抽象类都是我们从实体中归纳总结出的，不是凭空产生的。　　　
  在真实的程序设计中或许我们也是如此，也即先有简单的层次，生物-植物-ABC，随后逐步细化功能迭代开发。
- 类与接口
  
  抽象类与接口十分相像，一般用借口能实现的东西我们都可以通过抽象类来实现，但从结构上看来，抽象类是分类，接口是功能，就像图中的光合作用是接口，树和草是类，树和草描述的是实体的构成模式，光合作用描述的是他们所具有的功能，还是有很大区别的。
- 抽象类
  抽象类并不是不可以指代一个对象，仅仅是不能实例化一个对象，实例化的对象可以通过抽象类来指代，就像故宫里的那颗植物可能是一棵树，但是同样可以通过植物来指代。

二、实践与设计思路

　　至今为止面向对象开课以来已历五周，共实现了三次作业，都是表达式求导，功能逐步增加，对于面向对象理解的逐步加深也对我的程序结构产生了不同的影响，以下作出归纳：

HomeWork1

　　题目描述：多项式求导，多项式仅由带符号整数、x的一次函数与x的幂函数构成。

　　对于面向对象一知半解，以为一个类用于当作函数主路口，另一个类用于实现功能就已经半只脚踩入面向对象的大门了；实际上不过是“include”一个头文件的过程式设计而已。当然功能实现没有问题，只不过到了HomeWork2需要重写了。且结构上维护困难。

　　由于Derivation类仅仅实现函数的入口功能，连格式判断都放在Poltnomia类中，所以直接的结果就是该类的体量巨大，度量数据超标都是此类的问题。

　　另一方面，由于正则表达式判断时(getIn方法)使用的是多个if-else-return结构，结构化程度ev(G)与循环复杂度v(G)都很大。但调试与理解起来并不是很令人费解，当然这是个人非数据的感觉。

　　总而言之，第一次作业的实现并没有明白面向对象程序的编写方式，用完全过程式的思想去编写程序，唯一觉的有利于编程的是java巨大方便的类库～

HomeWork2

　　题目描述：多项式求导，多项式由带符号整数、x的一次函数、x的幂函数与x的sin、cos函数构成。

　　题目一出来，就发现第一次的作业白写了，于是有感为了让第三次的作业好写一些，尽力的修修补补得到了如下的结构。因为写的时候并没有题头的所述的那般理解清楚，所以很多结构上有冗余，第一次使用继承、抽象类，还没有很深的理解，于是勉强有如下的结构，但自认为结构上或不甚清晰，类内部的实现有些混乱。主要体现在AddFunction和MultyFunction的组成，使用了Function的Array组成其数据结构，但一方面这debug不方便，另一方面优化时不容易。

　　首先从类图看，Term是函数入口，Function作为求导函数的顶层抽象类，直接继承它的是加和函数、乘积函数和基本函数，基本函数也是抽象类，其有幂函数、X函数、常数函数和sin、cos函数五个子类。从结构实现上，基本实现了我所预想的结构。但静态分析仍有问题。

　　如上图，由于方法过长，右边的方法仅给出了超标部分的截图。

　　从类的结构来看，Term和Function的平均复杂度很高，这是由于Term沿用了正则表达式判断输入格式的方法，仍然是if-else-return加大了复杂度，Function是因为兼具了工厂函数的功能，并不仅仅作为抽象类而存在，我想这应该需要避免，功能和数据结构的定义最好分开。

　　从方法复杂度看两个match方法都是使用了正则表达式if-else-return的结构，加大了复杂度。而Multy中的getout主要原因是用多个if结构来优化造成的结果。

　　类间的相互依赖关系如上，因为MultyFunction和AddFunction中的函数项组成采用了顶层抽象类型，即内部类型结构表述与思考有些混乱，为了避免出现错误，就使用了最大的描述类型。这点在第三次作业做了些改变。

HomeWork3

　　题目描述：多项式求导，多项式由带符号整数、x的一次函数、x的幂函数与x的sin、cos函数构成，允许sin、cos内部嵌套表达式及其他函数，允许幂函数底数使用x的函数项或表达式。

　　由于第二次作业的正确决策，第三次就不需要重新考虑结构，仅仅调整了幂函数的位置，并对结构内部进行了一些修改与优化，包括精确化函数类型，加和函数明确为乘积函数组成，乘积函数明确为幂函数组成，考虑嵌套，幂函数、三角函数内部使用加和函数类型。正则表达式判断格式直接使用了第二次的代码，基本没什么修改。另一方面，分离了工厂函数和顶层抽象类，使得结构更加清晰。

　　类图结构上并未有太大变化，入口函数在Derive类。

　　Derive类中包含了match正则表达式匹配方法，if-else-return结构使复杂度增大。当然，关于这个问题，可以通过递归分部解决，在递归部分我也加入了判断，或许程序中有冗余，但是并没有太在意去改变。CreatFunction类是生成函数，因为需要括号匹配，这一点或许可以通过递归逐层解决，但是在这次作业中，我使用的是过程式匹配，这或许有违面向对象的初衷。

　　由于结构的更改，Power作为优化中极为重要的一步，通过if来进行判断。复杂度略有增加。

　　另一方面，因为一开始写的时候并没有了解到instanceof可以判断函数具体到那个子类。所以有isBaseOr。。。来判断嵌套函数是否是常数函数或者表达式函数。

　　通过清晰化结构一定程度降低了类间的依赖度。

总结

　　三次作业的第一次作业完全按面向过程式编程，维护程度比较低下，程序测试分数也较低。第二次作业，第一次用了面向对象的思路编写程序，虽然测试分数更低了。。。当然或许第一次作业没有为第二次作业留下出了bug数据以为的好处。第三次作业很大程度上复用了第二次作业的代码，得到了不错的成绩，也算是一种鼓励吧～体会到了复用的好处。

三、bug分析

第一、二次作业

公测

　　第一次作业属于格式输出错误，应该是正则表达式不熟练的问题。

　　第二次函数递归结构内部出现问题，在三角函数的输出时没有考虑负数的情况。
互测
　　关于前两次互测，被发现的bug都是FormatWrong，正则表达式考虑不完全所造成的后果……因为通过正则表达式判别，或许与设计结构关联不大，一二次的结果相似。
hack策略
　　通过自己程序的bug和复用曾经自己被hack的bug来测试别人的bug。效果不错。也有可能是因为身处C组的缘故。
　　查看别人的源代码，有针对的hack，成功率很高，但是效率比较低，看别人代码大多数时候真的很累。

第三次作业

公测
　　优化时多次进行括号匹配，结果超时了，这一块是可以避免的而用其他方法实现，当当时没有想到。。。
互测
　　因为不测WrongFormat！！！（如果测可能还是有问题）所以被hack的主要内容是关于常数项的判断，与前两次类似的地方在于，都出现在方法复杂度高的地方。
　　有一为同学可能很认真的看了我代码，代码结构的安排上有瑕疵，输出会出现表达式作为底数的情况，这点我在写程序的时候并为考虑，实现时认为表达式可以作为底数，于是输出也作为底数，结果要求一变就凉了。。。
hack策略
　　通过自己程序的bug和复用曾经自己被hack的bug来测试别人的bug。
　　查看别人的源代码，有针对的hack，未成功过。。。或许是水平不够。

四、总结与Applying Creational Pattern

　　大概收获最大的并不是某次作业，而是最后的一次同学分享。就如题头说的，面向对象的建构不是一蹴而就的，或许我们最先反应过来的模型都是简单的相对不抽象也不细化，得到的体系与结构也仅仅是不完善的。

　　表达式求导，在第二次采用面向对象方法设计的时候，确实在码代码之前进行了深入的思考，想清楚得得到一个清晰的架构，最后的结果是得到了一个初步的模型，但对于内部细节并没有很完善，具体的分析前文提到了。通过反思与和同学的交流，在第三次作业重写了部分方法，重新整理了数据结构，相对的跟清晰的获得了体系。当然任然存在在不完善的地方，通过反思与思考仍然可以更进一步的优化～

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