BUAA-OO-第四单元-UML层次化设计、课程总结
1、第四单元做业架构分析
面向对象-UML层次化设计
更多参考：http://www.javashuo.com/article/p-fgcthskj-da.html
http://www.javashuo.com/article/p-ovmgsvmj-cq.htmlhtmlUML顺序图http://www.javashuo.com/article/p-xnhtilmq-cb.html
UML状态图https://blog.csdn.net/w36680130/article/details/81014032java
经过StarUML和notepad++工具查看并总结程序员
UML将类(class)、接口(interface)、方法操做(operation)、属性(attribute)等都视为对象元素（UMLelement），UMLModel容器管理着模型的全部元素算法
-
- UMLClass 对应用户所构造的类
- 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
- UMLAssociationEnd 对应用户构造类互相关联性
- UMLGeneralization 对应用户构造类的泛化/继承
- UMLInterface 对应用户构造的接口
- UMLInterfaceRealization 对应用户构造接口的实现
- UMLOperation 对应用户构造类的方法操做
- UMLParameter 对应用户构造类的方法操做的参数
何为模型？
UMLModel描述各类<UML***>类型元素及其关系(一种图数据结构）……图片来自同窗大佬编程
UML与mdj代码解析
-
- 一个项目有一个Model容器，容器下直接有多个类和接口
- 每一个类和接口下有孩子元素，其中Operation元素下还有Parameter元素，Association元素下有AssociationEnd元素
- 每一个元素一般有成员_parentId, _id, _type, name, type, visibility, direction, source(源类), target(目标类), reference(相关的两个类，正常状况分两个end元素), navigable(关联方向)等property
- 类和接口（在mdj代码中属于同一级别）的parentId老是一致的，而且类和接口的parentId为Model的id(parentId不表明任何泛化，关联等意义，仅表明层次结构关系，全部类和接口的parentId都是一个)
- 那么如何肯定顶级父类？
利用id进行递归查找，或者并查集思想，主要是考虑递归边界：顶级父类的Generalization元素为空 - 必定状况下，生成的mdj代码是具备必定顺序的，类的操做元素和属性元素都承接在类元素后
- 实际的Operation出如今它本身的Parameter中，为了区分参数和操做，可经过Direction标志是否为return来区分，(void)类型的操做的Direction标志也是return，与具备返回类型的操做区分为type标志
类之间的关系
-
- 泛化/继承(Generalization)，Java单继承，UML能够多继承
- 接口(Interface)
- 接口实现(InterfaceRealization)
- 关联(Association)是一种拥有的关系，它使一个类知道另外一个类的属性和方法
- 组合(Composition)是总体与部分的关系，但部分不能离开总体而单独存在
- 聚合(Aggregation)是总体与部分的关系，且部分能够离开总体而单独存在{none, shared, composite}
- 依赖(Dependency)表示一个类A依赖于另一个类B的定义
UML：接口能够继承接口，也能够实现接口；
Java：接口能够继承接口，但不能够实现接口。设计模式
类属性和操做的数量
-
- 注意区分操做是类的仍是接口的
- 类B经过继承而自动得到父类A的全部属性和操做（只是子类不能直接访问父类私有属性），所以
B.attriCount = A.attriCount + B.self.attriCount (rule 1)B.operaCount = A.operaCount + B.self.operaCount (rule 2) - 接口实现不会创建任何上层和下层在属性、操做和关联关系数量上的链接。类有多少属性/操做/关联时，能够直接无视接口实现关系。
关联关系
对于关联下的元素
-
- 一种是互相关联Association
关联正常状况下会有两个end元素，都是AssociationEnd类别- multiplicity对应的是该关联端对应的个数
- reference表明UMLAssociationEnd所对应的类的id
- 另外一种是直接关联Directed Association
navigable(关联方向)，reference同上，navigable为false(未打勾)的时候表明指向类，为true(打勾)时表明可被指向类- 聚合aggregation
- 两个类关联时，关联信息出如今其中一个类中，另一个类须要经过Reference判断是否被关联
- 关联有两个端点，每一个端点能够有一个基数，表示这个关联的类能够有几个实例。
0..1 表示能够有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 - 在代码层面，被关联的类B以类属性的形式出如今类A中，也多是关联类A引用了被关联类B的全局变量。
- 在Java中，关联关系是使用实例变量来实现的，类定义
- UML和Java一致性：类可以和其余类或者接口相关联，接口也能够
- 一种是互相关联Association
关联性是否会被继承下来
答案是确定的，子类拥有父类的全部关联关系，类能够自关联，自关联至关于两次关联
F.assoCount = D.assoCount + F.self.assoCount (rule 3)缓存
依赖
-
- 依赖关系时是单向的，也是弱关系，在代码层面，A类中使用到了B类，类B做为参数被类A在某个方法中使用
- 在java中，依赖表现为：局部变量，方法中的参数和对静态方法的调用。
聚合关系是关联关系的一种，是强的关联关系
组合关系是关联关系的一种，是比聚合关系还要强的关系
UML与Java具备一致性
-
- 一个非抽象类必须实现接口中定义但未实现的全部操做
- 一个类能够实现多个接口
- 实现类须要显式列出要实现的操做，而继承则不须要显示列出父类的操做
将每一个类和接口做为根节点创建树结构
实质上，UML层次已经显示出来了，经过ref（隐式指针）和_parentId来链接各个树结构造成森林安全
顺序图Sequence Diagram -> UMLCollaboration
collaboration和Model同层次,Role与interaction（交互行为）为该顺序图的上层，拥有如下的交互对象,sequence,participant 参与交互的对象数据结构
功能：获取参与对象数，获取消息数，获取对象的进入消息数多线程
-
- UMLLifeline 生命线
- UMLMessage 消息传递
- UMLEndPoint 顺序图终结点
计算总的参与对象
每条生命线对应一个对象
计算总的交互消息
UMLMessage的数量
计算制定对象的incoming消息
接收到的消息数量
顺序图与mdj代码解析，并创建关系图
-
- UMLInteraction的下一层有UMLLifeline，UMLMessage
状态图StateChat Diagram -> UMLStateMachine
StateMachine和Model同层次
状态图表示一个类的行为，功能：获取状态数，获取状态机转移数，获取后继状态数
-
- UMLRegion 状态图范围，包括状态和转移信息
- UMLState 在UMLRegion下一个层次
- UMLPseudostate 初始状态，获取kind可获得initial标志
- UMLFinalState 结束状态
- UMLTransition 和UMLState同一个层次
- UMLEvent 转移的响应事件
- UMLOpeaqueBehaviour 状态转移的结果
状态的计数（包括初始和终态且只算做一个）
UMLState元素，可直接得到状态名称
一个状态的不一样的后继状态（可达的状态，一样包括初始和终态，且只计算一次）
又是一个递归建图的问题，经过该状态UMLTransition元素查找
只要可达的状态都算后继状态，注意处理同名同类型的状态（有可能同名但不一样类型）
状态转移计算
UMLTransition元素，source&target
- triggers中的UMLEvent 表明转移触发条件，可从UMLEvent元素中得到转移标志名称
状态图与mdj代码解析，并创建关系图
-
- 顶层UMLRegion，其parent_id为UMLStateMachine
- 下一层有UMLPseudostate，UMLState，UMLFinalState，UMLTransition
- UMLTransition的下一层有UMLEvent
模型有效性与一致性问题
具备UML检查规则，即应当知足状态图自身、顺序图自身、类图自身、三个图之间的对应规则
UML基本标准预检查功能
- UML002：不能含有重名的成员。针对类图中的类（UMLClass），其成员属性（UMLAttribute）和关联对端所链接的UMLAssociationEnd不能有重名
- UML008：不能有循环继承。该规则只考虑类的继承关系、类和接口之间实现关系，以及接口之间的继承关系。
- UML009：任何一个类或接口不能重复继承另一个接口。该规则考虑类之间的继承关系、接口之间的继承关系，以及类对接口的实现关系，包括直接继承或间接继承。
第一次做业——UML类图解析
任务
实现一个UML类图解析器UmlInteraction，能够经过输入各类指令来进行类图有关信息的查询。
查询指令：模型中一共有多少个类、获取类中指定类型的操做(本类本身定义的)数量、类中的属性有多少个、类有几个关联、类的关联的对端是哪些类、类的操做可见性、类的属性可见性、类的顶级父类、类实现的所有接口、类是否违背信息隐藏原则。
设计思路
UML交互接口的实现类MyUmlInteraction
* 经过className创建树结构，每一个class对本身类进行相应的计算
* 经过className映射类元素
* 经过元素自身id映射元素(id不会重复的原则)
架构设计
基础层
- MyUmlInteraction 交互接口的实现类
数据结构层
- ClassTree 类结构树。经过className创建树结构，并对树结构内进行相应计算
* 一个项目有一个Model容器，容器内有多个类、接口等
* 每一个class下有孩子元素，其中Operation元素下还有Parameter元素
* 每一个元素都有成员_parentId, _id, _type, name, type, visibility, direction, source(源),
* target(目标), reference(相关的两个类，正常状况分两个end元素), navigable(关联 方向)等property
- InterfaceTree 接口树，功能同ClassTree类
- AssTree 关联树，仅保存关联对端，而忽略类自己
- OperaTree 操做树
缓存计算层
- MyUmlInteraction类经过关联其余数据结构类，当数据结构创建后得到数据结构得出计算结果并保存，方便下次查询。
应用层
- UmlInteraction类图指令查询功能的接口
Debug
本次做业的bug：并不保证输入元素具备顺序性，id是惟一区分元素的标志，类和接口会同名（java中不一样包内容许），父类和子类的属性可同名不一样可见性。
容易出错：类实现的全部接口，包括接口的多继承接口，包括同名不一样id的接口也要列出来；继承父类的关联（父类也可能有继承）。
大多数问题是对类图层次分析不够明确和完全，对mdj代码和UML图型的对应关系没有理解透彻，形成不少考虑没到位，或者理解错误的地方。
度量分析
类图
自己实现接口的类很少，只有一个实现接口的类，知足用户查询需求。但须要创建数据结构的类很是多，也是本次做业的重点，查询功能的代码不难写，难在创建数据结构和UML层次关系的解析。只要创建好了数据结构，计算结果很容易得出。
代码分析
复杂度分析
经过树和图创建数据结构，经过递归或者dfs搜索计算，代码深度和类图层次关系较为复杂。
第二次做业——UML类图、顺序图、状态图解析及基本规则验证
任务
在第一次做业基础上，实现一个UML类图、状态图、顺序图解析器UmlGeneralInteraction，能够经过输入各类指令来进行类图有关信息的查询，并可以支持几个基本规则的验证。
查询指令：除第一次外还有：给定状态机模型中一共有多少个状态、给定状态机模型中一共有多少个迁移、给定状态机模型和其中的一个状态，有多少个不一样的后继状态、给定UML顺序图，一共有多少个参与对象、给定UML顺序图，一共有多少个交互消息、给定UML顺序图和参与对象，有多少个incoming消息、模型有效性检查（针对下面给定的模型元素容器，不能含有重名的成员(UML002)、不能有循环继承(UML008)、任何一个类或接口不能重复继承另一个接口(UML009)）。
设计思路
UML交互接口的实现类MyGeneralInteraction
* 经过className等信息创建树结构，每一个class对本身类进行相应的计算
* 经过className映射类元素
* 经过元素自身id映射元素(id不会重复的原则)
实质上，UML层次已经显示出来了，经过ref（隐式指针）和_parentId来链接各个树结构造成森林。
架构设计
基础层
- MyGeneralInteraction 交互接口的实现类
- UmlRule002 规则检查类
- UmlRule008 同上
- UmlRule009 同上
数据结构层
- ClassTree 类结构树。经过className创建树结构，并对树结构内进行相应计算
* 一个项目有一个Model容器，容器内有多个类、接口等
* 每一个class下有孩子元素，其中Operation元素下还有Parameter元素
* 每一个元素都有成员_parentId, _id, _type, name, type, visibility, direction, source(源),
* target(目标), reference(相关的两个类，正常状况分两个end元素), navigable(关联 方向)等property
- InterfaceTree 接口树，功能同ClassTree类
- AssTree 关联树，仅保存关联对端，而忽略类自己
- OperaTree 操做树
- MachineTree 状态机结构
- Region 状态机层次结构
- State 状态树
- Interaction 顺序图交互结构
- Lifeline 生命线（交互对象）树
缓存计算层
- MyGeneralInteraction类经过关联其余数据结构类，当数据结构创建后得到数据结构得出计算结果并保存，方便下次查询。
应用层
- UmlClassModelInteraction类图指令查询功能的接口
- UmlStandardPreCheck 规则检查（预先）接口
- UmlCollaborationInteraction 顺序图交互查询功能的接口
- UmlStateChartInteraction状态图指令查询功能的接口
Debug
状态图：
1.计算状态数量的时候初始和结尾状态只算一个
2.一个StateMachine下保证只出现一个Region，且final和pre状态都只做为一个，且一个Machine中状态不重名
3.若是初始或者结尾状态是后继状态算
4.每一个State Machine中，从某个状态到另外一个状态的直接迁移均具备不一样的Event或Guard，即从某个状态到另外一个状态的直接迁移如有多个，则这些迁移必定互不相同。
5.transition的parentid为region，所以用source。
6.容易爆空指针以及递归栈溢出，没有处理好递归边界（循环继承的例子）。
顺序图：
-
- 对象和lifeline是否对应，多个lifeline能够引用一个对象，但保证Lifeline和其Represent均一一对应。
规则验证：
-
- 重复实现也算，经过实现继承也算。
- associationEnd可能name为空
大多数问题是对类图、状态图、顺序图层次以及规则分析不够明确和完全，对mdj代码和UML图型的对应关系没有理解透彻，形成不少考虑没到位，或者理解错误的地方。
度量分析
类图
自己实现接口的类很少，有实现4个接口的类，在第一次做业上增长状态图、顺序图交互、规则检查接口，知足用户查询需求。但须要创建数据结构的类仍然很是多，总共达到13个类，也是本次做业的重点，查询功能的代码不难写，难在创建数据结构和UML层次关系的解析。只要创建好了数据结构，计算结果很容易得出。
代码分析
复杂度分析
模型图增长了状态图和顺序图，范围广了，但创建数据结构的方法相似第一次。
2、OO做业四个单元的架构设计及其面向对象构造的演进
第一单元：
面向对象设计的初步，刚开始还不太会运用面向对象思想编程，对于求导问题仍是很直接地写面向过程的代码。架构设计几乎也没有，很乱，没有交互层面。一次做业仅仅3-4个类：表达式、主函数、求导、数据结构类。
第二单元：
多线程程序不只有数据结构类、输入输出类，还增长了与需求交互的类，还有多个线程并发的状况——线程类，还有管理（调度）类。第二次做业逐步体现出抽象的过程，将需求和功能分别对应。
第三单元：
JML设计，在这次做业中主要是实现功能接口，也学习到了部分软件工程设计模式（工厂化模式）。这个单元对类的抽象和封装有更高的层次，咱们根据官方接口，实现本身的容器，用于用户查询等操做。在架构设计上，还增长了缓存计算层，将数据层与应用层独立开来。
第四单元：
同第三单元相似，只是在数据结构层上增长了深度和难度，结构观察视角和行为观察视角。设计模式和第三单元差很少，都有缓存计算层，实现接口功能的应用层则更好地体现了用户需求与数据的交互，但不会影响数据结构层。
做业采用了迭代增量的方式每一个单元的三次代码做业，都是基于本来功能进行扩展，增长更多需求和操做。
3、OO做业四个单元的测试方法与实践（bug修复）的演进
第一单元：
测试没有太多技巧，主要是经过肉眼观察表达式匹配的字符串，以及碰撞边界特殊表达式的状况，同时，手写评测器疯狂对代码进行测试，虽然效率增长了，但很难保证测试范围和测试质量。
第二单元：
本单元加入多线程，调试难度加大，甚至没法用断点调试以及找出死锁问题。做业的调度算法增长了难度，须要考虑时间优化，因此逻辑上、优化上出现了不少问题。线程调度、线程安全是测试的重点，但测试方法没有找到很合适的。对于输出结果能够利用对拍器自动比较。
第三单元：
经过学习JML语言后，运用jmlunitNG等工具编写测试类进行代码测试。这个单元的bug主要是第三次做业，需求增长到四个计算，显然不少Bug，中测倒数第二个最后关头都没找出来，因此没进互测，而后时间复杂度特别高，对于强侧的数据，简直爆炸了。
修复过程当中，改进了求最短路的算法，修复了超时的问题。对于最低票价和不满意度是最容易存在Bug的，而对于并查集求解基本没有问题。最低票价我采用上文的思路，仍会出现问题，有这几种：单条路径存在环路须要更新权值；每条路径都须要求最短路；新增路径与原有路径存在相同节点也须要更新。
第四单元：
学习了UML模型图以及运用starUml工具进行模型图构建、生成mdj代码，方便观察和测试，同时可使用前几回做业的测试方法和测试类。
4、OO课程收获与体会
学期刚开始，甚至还没开学（还在家里）的时候咱们就接收到本学期面向对象课程预习做业的通知，我也是本学期才接触到Java编程及其面向对象编程思想，整体上的感受就是，这门课程让我从一无所知变成学会了不少编程思想、测试、调试、架构设计、多线程、软件工程设计模式等方法（不过我依然是一个菜鸡）。那么具体来讲一下这门课程中个人收获，以下：
一、熟练掌握Java语言及其IDEA编译器的使用。虽然一个学期的时间很短，可是课程任务不是通常的重，而是超乎常人的重。每周都有相似于大做业、大工程的代码项目，那就是必须在每周前三天较好、较快地完成代码编写、调试和经过基础测试，在经过基础测试后，接着两天内进行同窗之间的匿名互测（互相hack，我学会如何作一名hacker哈哈），最后官方评测系统再根据较强测试进行评分，最后还有几天的bug修复环节。除此以外，每两周有一节上机实验课和一节研讨课，每一单元做业完成后对单元做业进行总结的博客编写（例如如今写的就是）。对于咱们来讲，每周都是紧张的状态，每周的代码量也都充足，因此短短地一学期，可以熟练运用IDEA和Java面向对象设计是一大收获。
二、我的的自学能力和思惟能力获得提升。我我的（或者说大多数人）在这门课程的做业上花费的时间应该是最多的了，这门课程也是最烧脑、最磨时间的课程了。每一个人对程序、工程都有本身的独立思考和转化，能完成这些代码量的程序说难不难，说易也不易，也挺佩服你们的毅力。
三、课程带来了面向对象编程思想和软件设计模式这些新编程方法。这些思想方法更贴近软件的设计和用户的需求，掌握多种设计方法，可以让咱们（程序员）更好地应对客户需求。一开始从面向过程编程到面向对象编程不免会有不适应，没法理解类的封装与独立，熟练以后，以为每一个功能、每一个类别的东西独立开来，还能够互相交互更方便设计。之间加入多线程则更是符合实际生活需求，生活中多线程的例子不少，滴滴打车，银行排队等，这些也在实验课中完成过，多电梯多调度做业也编写过。
四、掌握多种程序测试方法及其本身编写评测器还有bug修复方法。写程序固然少不了测试，谁的程序都避免不了出现bug，bug修复也是一个难题，甚至连bug在哪都有可能找不到。课程增长了同窗之间的hack，不只须要找本身代码的bug也要构造测试用例找别人的bug，在此过程当中也学会了编写基本的对拍器，自动评测器，加快hack效率和质量。在学会jml以后，还运用jmlunit等测试类工具进行测试代码。bug修复不比写代码花的时间少，其实写完代码后发现连基础数据都过不了很正常，如今的程序代码复杂度高，肉眼没法再观察获得了，只能经过调试、结果输出、猜测断定等方法找出bug。
五、如何在短期内写出上千行代码（哈哈哈，这多是程序员最骄傲的收获了，一周内写了上千行代码，是又想吐槽又骄傲又秃头~警告）。
5、OO课程评价与建议
我对本课程满意度仍是挺高的，虽然确实折磨人，不事后来稍微下降了一点难度，内心畅快多了，以前的多线程单元确实头疼，基础测试都没过。高强度、高难度才能训练出好的工程师，这句话实测无错。
提点建议：
- 之后的互测，你们别先忙着写评测机如何如何“坑”别人，这样真的好吗？有的时候全部人平均hack次数2-5次，你一我的上百次（甚至是同一个bug），好玩嘛？纯属找娱乐感和自豪感。其实程序写完美类，彻底不担忧互测的问题，毕竟互测真正的目的是经过本身思惟而不是写评测机自动hack（虽然这个没错）。
- 实验课有的时候感受不知道要干吗，或者说实验课作了太多好像没有意义的事。其实实验课没有必要安排在理论课的下一节，毕竟才上完理论课，还没弄明白，接着实验课就作实验，会比较迷茫。
- 理论课可能须要更具体更实际一点的讲解，或许有点过大、过宽、过深了。
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