[软件构造]实验回顾：Lab3

实验目标：Reusability and Maintainability oriented Software Construction

本次实验目标是编写具有可复用性和可维护性的软件，主要使用以下软件构造技术：
⚫ 子类型、泛型、多态、重写、重载
⚫ 继承、代理、组合
⚫ 常见的OO设计模式
⚫ 语法驱动的编程、正则表达式
⚫ 基于状态的编程
⚫ API设计、API复用

本次实验给定了五个具体应用（径赛方案编排、太阳系行星模拟、原子结构可视化、个人移动App生态系统、个人社交系统），学生不是直接针对五个应用分别编程实现，而是通过ADT和泛型等抽象技术，开发一套可复用的ADT及其实现，充分考虑这些应用之间的相似性和差异性，使ADT有更大程度的复用（可复用性）和更容易面向各种变化（可维护性）。

第一部分：应用场景的选定与分析

对于要开发的三个应用场景（行星运动模拟，原子结构模型、社交网络好友分布），分析他们之间的异同，理解需求：它们在哪些方面有共性、哪些方面有差异。
共性：都可以总结为一个有中心的多轨道系统，可以进行增加删除轨道、增加删除轨道物体、添加中心物体、添加任意两个物体间的关系、在轨道上移动物体、将某个物体迁移到某个轨道的操作。
个性：
1.行星运动模拟：中心是一个恒星；每个轨道上必须有且只有一个行星；行星有自己的名称、大小、质量、运动速度等属性；行星不能改变轨道；需要计算恒星和行星、行星和行星之间的距离；相邻轨道的半径之差不能小于两颗相应行星的半径之和。
2.原子结构模型：中心是一个原子核，每个轨道上均匀分布着相同的电子；电子可以跃迁。
3.社交网络好友分布：中心是一个中心用户，第n轨道上放有与中心用户具有n级好友关系的用户，若某个用户与中心用户没有社交关系，则不出现在图中；任意两个用户之间都可存在亲密度关系。

这样，在CircularOrbit接口中，就能确定哪些方法是他们共有的，就可以统一设计。

第二部分：ConcreteCircularOrbit的设计

在ConcreteCircularOrbit中，需要实现CircularOrbit中给定的所有基本功能：
⚫ 创建一个空的CircularOrbit对象
⚫ 增加一条轨道、去除一条轨道
⚫ 增加中心点物体
⚫ 向特定轨道上增加一个物体（不考虑物理位置）
⚫ 增加中心点物体和一个轨道物体之间的关系
⚫ 增加两个轨道物体之间的关系
⚫ 从外部文件读取数据构造轨道系统对象（在每个具体应用的构造方法体现）
⚫ 将object从当前所在轨道迁移到轨道t
⚫ 将object从当前位置移动到新的sitha角度所对应的位置

为了实现功能方便，还增加了新方法：移除轨道上的物体。

第三部分：三个具体实现的设计

对于每个具体实现，针对对他们各自的特点，设计或者重写特定的方法。
比如，为了使用、测试，分别编写两个构造方法（以StellarSystem为例）：

	public StellarSystem(Stellar s, List<Planet> planets){
    	this.addCenter(s);
    	for(Planet p: planets) {
    		this.addTrack(p.getTrack());
    		this.addObjectOnTrack(p, p.getTrack());
    	}
    	checkRep2();
    }

	public StellarSystem(String fileName) throws IOException {
    	File file = new File(fileName);
    	FileReader reader = new FileReader(file);
    	BufferedReader br = new BufferedReader(reader);
    	List<String> lines = new ArrayList<>();
    	String nextLine = new String();
    	while((nextLine = br.readLine()) != null)
    		lines.add(nextLine);
    	String[] temp = lines.get(0).split("<");
    	String[] temp1 = temp[1].split(">");
    	String[] strs = temp1[0].split(",");
    	this.addCenter(new Stellar(strs[0].trim(), Double.valueOf(strs[1].toString()), Double.valueOf(strs[2].toString())));
    	
    	for(int i = 1; i < lines.size(); i++) {
    		temp = lines.get(i).split("<");
        	temp1 = temp[1].split(">");
        	strs = temp1[0].split(",");
    		Planet p = new Planet(strs[0].trim(), strs[1].trim(), strs[2].trim(), Double.valueOf(strs[3].toString()), Double.valueOf(strs[4].toString()), 
    				              Double.valueOf(strs[5].toString()), strs[6].trim(), Double.valueOf(strs[7].toString()));
    		this.addTrack(p.getTrack());
    		this.addObjectOnTrack(p, p.getTrack());
    	}
    	checkRep2();
    	br.close();
    }

对于某个特定的场景，有些方法不需要太严格的检查就能执行，比如行星系统中添加行星：

    @Override
	public boolean addObjectOnTrack(MyObject object, Track t) {
		List<MyObject> temp = this.getObjects().get(this.getTracks().indexOf(t));
		temp.add(object);
		checkRep();
		return true;
	}

还有某个场景特定的方法，比如行星系统中计算行星的位置：

    public Position calcPosition(Planet p, double time) {
		double d = 1.0;
		if(p.getDirection() == "CCW")
			d = -1.0;
		double r = p.getTrack().getRadius();
		double angle = p.getAngle() + d * p.getSpeed() / r * time * 180.0 / Math.PI;
		while(angle > 360.0)
			angle -= 360.0;
		double x = r * Math.cos(angle * Math.PI / 180);
		double y = r * Math.sin(angle * Math.PI / 180);
		System.out.printf("Planet: %s  Angle: %.3f  X: %.3f  Y: %.3f\n",p.getName(), angle, x, y);
		checkRep2();
		return new Position(x, y);
	}

对于SocialNetworkCircle，我在Lab3中编写的轨道物体间的关系都是双向存储的：这是因为，312change部分要求改成有向图的形式，所以我在这里做了些准备，到时候注释掉一些代码就行了。虽然说这里与Lab4里边的要求稍有冲突，但是在编写代码的第一时间能多看看后边的要求，为后边的内容稍微考虑考虑，还是能培养人的大局观念的。

if(strs[1].trim().equals(p.getName())) {
  this.addObjectOnTrack(p, t);
  this.addRelation(pe, p, new Relation<MyObject>(pe, p, Double.valueOf(strs[2].trim().toString())));
  this.addRelation(p, pe, new Relation<MyObject>(p, pe, Double.valueOf(strs[2].trim().toString())));
  unaddedPeople.remove(p);
  newAddedPeople.add(p);
  b = true;
}

然而在我的SocialNetworkCircle这里，删除一条轨道的话，要想不出问题，就要删掉轨道上的所有物体；而删除物体又要删除这个物体身上所有的关系。所以在删除轨道的方法中，要调用多次删除物体的方法；同样，删除物体的时候也要调用多次删除关系的方法。

if(Math.abs(t1.getRadius()-t.getRadius())<0.001){
  List<MyObject> l =  this.getObjects().get(this.getTracks().indexOf(t1));
  for(int i = 0; i < l.size(); i++) {
      MyObject o = l.get(i);
      this.removeObjectOnTrack(o, t1);
  }
  this.getObjects().remove(this.getTracks().indexOf(t1));
  this.getTracks().remove(t1);
  checkRep();
  System.out.println("Track removed successfully.");
  return true;
}

第四部分：几个底层ADT的设计

这里主要是用private和final防止表示泄露，没什么其他的重点。

第五部分：可复用API设计

这里设计几个实用的方法，计算物理距离、逻辑距离、熵值等，只要编程基础扎实，就不会出现问题。

第六部分：可视化界面的设计

这里主要是现学现用，自己上网查找可视化的方法，然后用到自己的程序里面。我在这里花费了大量的时间，搜集了很多资料去学习，最后发现，有很多都是没有什么用的。所以，我希望我们的课程能多提供一些实用的Java基本手册，这样省去我们大量的时间精力，还避免跟着网上文章里边的做法养成不好的习惯。

第七部分：设计模式应用&主程序设计

由于对设计模式的理解有误，我查了课件和书籍，用了很长的时间去修改自己的代码，去应用这些设计模式。实际上，这个实验并不能体现出这些设计模式的很强的优势来，我个人认为，只有Lab6中的设计模式比较合适，这里用到，有的时候不太方便。
但是设计模式还是很重要的，比如，能够让不一样的东西在一个地方生产出来（工厂模式），根据指令生产实例。
主程序设计就是菜单，switch，case，没什么可讲的。

第八部分：312change

312change作为一个分支，主要目的是考量已经设计好的ADT适应变化的能力。比如，行星轨道变成 符合实际的椭圆形轨道；原子核需要表达为多个质子和多个中子，即处于中心点的物体可以是多个物体构成的集合；为社交关系增加方向性。
在我的实现中，这些对于原程序的改动都不大。对于行星轨道，再加一个变量，表示为纵横比，修改横坐标计算方法就可以了；表示原子核的类，加两个整形变量，作为质子数和中子数即可；社交关系的方向性，上边已经说过，直接注释掉部分代码即可。