面向对象第四单元总结

写在前面

第四单元的作业是关于UML图分析的作业，实现的功能包括对于三种UML图的分析以及对于输入的json内容错误查询，总体难度不大。主要的考察点在于对于数据分析的方法和对于某些数据结构（例如树和图）的应用。总的来说，本次作业的难度和上次难度差不多，但也要注意细节的把握。

一、关于UML

统一建模语言(Unified Modeling Language，UML)是一种为面向对象系统的产品进行说明、可视化和编制文档的一种标准语言，是非专利的第三代建模和规约语言。UML是面向对象设计的建模工具，独立于任何具体程序设计语言。

类图

对于类图，UML将类(class)、接口(interface)、方法操作(operation)、属性(attribute)等都视为对象元素（UMLelement），UMLModel容器管理着模型的所有元素。其中：

• UMLClass 对应用户所构造的类

• UMLInterface 对应用户构造的接口

• UMLAttribute 对应用户构造的类的属性

• UMLAssociation 对应用户构造类之间的关联性（一般拥有两个end，对应两个类中的内容）

• UMLAssociationEnd 对应用户构造类互相关联性（0..1 表示可以有0个或者1个实例，*表示对实例的数目没有限制，1 表示只能有一个实例，1..* 表示至少有一个实例）

• UMLGeneralization 对应用户构造类的泛化/继承

• UMLInterfaceRealization 对应用户构造接口的实现

• UMLOperation 对应用户构造类的方法操作

• UMLParameter 对应用户构造类的方法操作的参数

具体的树形结构如图所示：

此外，各个元素的通常成员有_parentId(父id，类似指针), _id, _type(是否reference), name, type, visibility, direction, source(源类), target(目标类), reference(相关的两个类，正常情况分两个end元素), navigable(关联方向)等等，会在对应元素的内容中展现出来。

类之间存在六大关系：

• 泛化/继承(Generalization)，Java单继承，UML可以多继承

• 接口实现(InterfaceRealization)

• 关联(Association)是一种拥有的关系，它使一个类知道另一个类的属性和方法

• 组合(Composition)是整体与部分的关系，但部分不能离开整体而单独存在

• 聚合(Aggregation)是整体与部分的关系，且部分可以离开整体而单独存在{none, shared, composite}

• 依赖(Dependency)表示一个类A依赖于另外一个类B的定义

它们在图像上反映为不同类型的连接线，具体可以在StarUML中查看。

顺序图

顺序图中存在UMLCollaboration，内包含：

• Role 交互对象

• UMLInteraction 交互行为

• UMLLifeline 生命线

• UMLMessage 消息传递

• UMLEndPoint 顺序图终结点

其中，每个生命线应该对应上层中的一个对象，Message分为四类，以上都可以在StarUML中打开相应的mdj文件看到。

状态图

状态图中存在UMLStateMachine，其中包括：

• UMLRegion 状态图范围，包括状态和转移信息（顶层）

• UMLState 在UMLRegion下一个层次

• UMLPseudostate 初始状态，获取kind可得到initial标志

• UMLFinalState 结束状态

• UMLTransition 和UMLState同一个层次，是状态的转移（包含guard）

  • UMLEvent 转移的响应事件（一般是Transition下的trigger）

  • UMLOpeaqueBehaviour 状态转移的结果

检查规则

• UML001：类图元素名字不能为空

• UML002 ：不能含有重名的成员。**针对类图中的类（UMLClass），其成员属性（UMLAttribute）和关联对端所连接的UMLAssociationEnd不能有重名

• UML007：不能有重复继承

• UML008：不能有循环继承

• UML009：不能有重复实现

• UML011：接口所有属性均需要为public

• UML021&022：初状态最多只有一个迁出，且它不能有trigger和guard

二、作业分析

由于三次作业层层递进，每次作业的架构均包含在了后一次作业的架构中，因此我直接以最后一次作业的类图进行说明。

第一次作业

第一次作业是对于UML类图的分析，同时也是为以后的作业打好了框架。

在架构设计上，我首先将传入的UMLelement按类别分别存入相应的Map或Set中，在将所有内容读取完成后，通过遍历这所有的Map和Set，建立一个层次分明的树林，用于对后面功能实现的查询。为了减少时间复杂度，对于每个树杈节点，我均使用两个Map（分别以id和name作为键）来存储，从而减少了遍历，为了检测重名问题，我又使用一个<name, number>的Map来存储每个名字出现的次数，避免了遍历检测重名问题的时间。对于下层仍有元素的内容，建立一个自己的类，在类中使用Map或Set存储下层元素即可。

在具体功能实现上，对于各个信息的查询实际上就是对于建好的树中内容的操作，只需要简单利用数据结构学到的算法就可以轻松解决了。

第二次作业

第二次作业新加入了对于UML顺序图和UML状态图的操作，具体的实现和第一次作业的方式完全一致。

在架构设计上，将这两类图也建成相应的两片树林，而后对数据结构进行操作即可。本次需要实现的需求极其简单，甚至不需要数据结构算法，是三次作业中最为简单的一次。

对于性能问题，仍然采用用空间换取时间的方法，建立更多的Map来减少可能的遍历，比如对于UMLStateMachine，UMLInteraction均建立如第一次作业所说的单独的类，并使用三个Map进行存储。

第三次作业

第三次作业是对于之前输入内容合法性的判断，需要判断的内容在第一部分已经进行了解释，在此不再赘述。

在这些检测中，真正需要思考的是对于循环继承和重复继承的检测方法，其它的检测都比较简单，在对应的读取位置判断以下即可。对于继承和实现问题，因为我们保存了输入的InterfaceRealization和Generalization，这些就相当于是图的边，而输入的各个元素则是图中的节点，于是这一问题就转变为了对于图中环路和多条路径的查找。

三、bug分析

第一次作业的bug比较无脑，因为我使用了HashMap来存储参数的类型，因此参数类型重复的参数会被过滤掉，导致查询方法的参数是会出现缺少的情况。由于充分考虑了时间复杂度，因此并未出现TLE。

第二次作业一遍通过，未发现bug。

四、四个单元中架构设计及OO方法理解的演进

第一单元

第一单元是面向对象设计的初步，属于从面向过程到面向对象的过度阶段，代码主要是按照求导的要求机械的按顺序编写，没有为需要的容器创建新的类，只针对表达式、因子、求导之类的要素建立了相关的类。

第二单元

第二单元是面向对象的延伸，针对于每个数据结构都有对应的类，对于输入输出和线程管理也建立了相关的类，在本单元中逐步开始进行采用抽象的方法，将功能和对应的模块相适应。

第三单元

第三单元是JML设计单元，在本单元中，主要是对于JML语言的理解和根据JML书写代码。我们根据官方接口，实现自己的容器，用于用户查询等操作。在架构设计上，还增加了缓存计算层，将数据层与应用层独立开来，以实现对于时间复杂度的优化。

第四单元

第四单元和第三单元有一定的类似之处，需要按照要求书写相关的方法，实现对于数据的分析和处理，但具体的实现要求不再向第三单元一样机械，而是需要自己理解要求进行编写。

五、四个单元中测试理解与实践的演进

在第一第二单元中，对于测试的理解仍然停留在整体的测试之中，第一单元只需要手写评测机，第二单元则同时考虑了线程问题，使用Jprofiler对于线程的状态进行有效的分析，总体而言仍然处于输入和输出对拍比较的阶段。

从第三单元开始，由于代码要求实现变为多个离散的方法，因此，对于代码的一部分，特别是增量开发的部分进行单独的测试成为了测试的重点。本两个单元的正确性测试由于方法的离散而变得比较简单，但是TLE的风险空前加大，主要的精力都放在了优化时间复杂度上。

六、课程收获与体会

首先，通过课程，我学会了java语言程序的编写，了解了面向对象思想的基本原理和具体要求。虽然压力比较大（一次作业只有三天时间，而且还有OS的干扰），但是在巨大的压力中获得的收益也比较大。可以说，仅仅短短的一学期，我在代码能力上，在代码风格上都获得了很大的提高。

其次，个人的思维能力得到了一定提高。因为本人并不是信息竞赛生，因此，虽然大一学习了许多数据结构和算法，但是仅仅靠课程的训练完全没法掌握，在本课程中，在学习面向对象的同时也巩固了之前学习的算法和数据结构知识，开阔了个人编写代码的思维能力。

最后，课程也锻炼了我寻找bug，开发测试点以及编写评测机的能力，这些能力作为编写代码的附加产品，也成为了我在本课程中的收获之一。

七、评价与建议

本人对于本课程说实话满意度挺高，除了感觉互测和紧张的时间非常折磨人，个人认为这是CO-OO-OS体系中最为良心的课程了。

个人建议：

1. 希望可以延缓一点时间吧，每周只有三天的测试时间的确有点少了，希望可以在星期三同步开始测试，缓解周末的压力。

2. 希望指导书可以详细一些，尽量排除一些歧义。。。。。。。已经出现过多次理解问题了。

3. 希望理论课也可以讲一些相对具体一点的讲解，毕竟全思想的讲解对于一部分人比较难以接受。