题目集 4~5 及课堂测验总结

题目集 4~5 及课堂测验总结

一、前言

（一）知识点覆盖

题目集 4~5 及课堂测验围绕Java 面向对象核心特性与复杂业务逻辑实现展开，知识点呈现递进式覆盖：

基础面向对象特性：题目集 4 的 “点线面问题重构” 和题目集 5 的 “魔方问题”“点线面再重构”，重点考察继承与多态（抽象类Element的定义、子类Point/Line/Plane的方法重写）、封装（私有属性 + getter/setter 方法）、容器类（ArrayList存储几何对象），同时涉及基本的输入输出格式控制与数值计算（如两点间距离、立体图形表面积 / 体积）。

复杂业务逻辑与设计模式：题目集 4 的 “雨刷程序功能扩展” 引入中介者模式（Agent类协调Lever/Dial/Brush的交互），实现功能模块解耦；两次 “数字电路模拟程序” 题目则覆盖正则表达式解析（解析输入的引脚连接信息）、拓扑排序（处理电路元件的依赖关系）、多态与抽象类（Component抽象类及各类逻辑门的实现），还新增了三态门、译码器等复杂元件的逻辑模拟。

Java 基础语法与类加载机制：课堂测验重点考察java.lang包的自动加载、多态的本质、抽象类与接口的区别、静态成员特性、数组与集合的存储规则等基础语法细节，同时涉及异常处理、标识符规范等易错点，题型涵盖判断题（56 题）、单选题（40 题）、多选题（70 题）、填空题（66 题），全面覆盖 Java 基础语法的核心与易错点。

（二）题量与难度分布

题量：

题目集 4 包含 3 道编程题（分值 10+35+55），题目集 5 包含 3 道编程题（分值 20+30+50），编程题总计 180 分；课堂测验共 232 分，其中判断题 56 分、单选题 40 分、多选题 70 分、填空题 66 分，整体题量较大且编程题与理论题占分权重均衡，对知识的 “实践 + 理论” 双重掌握要求高。

难度梯度：

基础层：点线面重构、魔方问题、点线面容器类问题，属于面向对象基础特性的直接应用，逻辑简单、类结构清晰，主要考察语法规范与多态实现，通过率较高（本人提交均通过全部测试点）。

进阶层：雨刷程序扩展，需要理解业务规则（不同雨刷系统的档位与速度映射）并应用设计模式解耦，类间协作逻辑稍复杂，但核心调度规则明确，实现难度中等。

攻坚层：两次数字电路模拟程序，尤其是题目集 5 的数字电路模拟程序 - 2，新增三态门、译码器、数据选择器等元件，涉及多引脚类型区分（控制引脚、输入引脚、输出引脚）、信号传播逻辑（无效状态处理、多源驱动检测）、拓扑排序解决依赖循环，且测试点覆盖边界场景多，实现难度极大（本人题目集 5 该题仅获 46/50 分，2 个测试点未通过）。

理论层：课堂测验知识点细碎且干扰项多，覆盖 Java 语法的易混淆点（如接口的默认方法、构造方法的访问修饰符、final 与 static 的组合使用），本人理论题总分 146/232，得分率 62.9%，失分集中在接口特性、构造方法权限、修饰符组合等细节点，需精准掌握概念本质。

二、设计与分析

（一）课堂测验结果分析

本次课堂测验共 232 分，本人最终得分 146 分，得分率 62.9%，各题型得分情况如下表所示：

题型	总分	得分	得分率	核心失分模块
判断题	56	39	69.6%	接口特性、构造方法权限
单选题	40	22	55.0%	接口实现规则、访问修饰符范围
多选题	70	36	51.4%	方法重写规则、proteced 权限
填空题	66	49	74.2%	异常处理机制、表达式运算

1. 各题型失分深度分析

（1）判断题（39/56，69.6%）

判断题共 56 题，本人失分 17 题，核心错误集中在接口特性与构造方法权限两类知识点，典型错题如下：

错题 1：“接口只包含常量和抽象方法，接口中定义的方法只能是抽象方法”（答案 F，本人答 T）。错误原因是未掌握 Java 8 的接口新特性 ——Java 8 及之后接口可通过default关键字定义有方法体的默认方法，通过static定义静态方法，Java 9 还新增了private方法，打破了 “接口方法全为抽象” 的旧认知，该题暴露了对接口特性版本迭代的知识盲区。

错题 2：“类的构造方法不能用 private 修饰，否则无法实例化对象”（答案 F，本人答 T）。错误原因是混淆了构造方法的访问权限与实例化的关系，单例模式中正是通过private构造方法防止外部实例化，仅通过类内静态方法提供实例，该题反映出对设计模式与构造方法权限结合场景的理解不足。

错题 3：“final 和 static 不可以同时修饰一个类的成员”（答案 F，本人答 T）。实际static final是定义静态常量的标准方式（如Math.PI），二者组合可实现 “类级别的不可变常量”，本人因对修饰符组合的应用场景不熟悉导致错误。

（2）单选题（22/40，55.0%）

单选题共 40 题，本人失分 18 题，失分重点在接口实现规则与访问修饰符范围，典型错题如下：

错题 1：“Java 中关于接口描述错误的是”，选项 C 为 “接口的子类必须重写接口中所有的方法”（答案 C，本人误选其他）。实际接口的实现类若为抽象类，则无需重写全部接口方法，仅需在具体子类中实现，该题暴露了对接口实现规则的细节漏洞。

错题 2：“关于 protected 访问权限，正确的是”（答案 C，本人答 D）。protected修饰的成员可被同包类和不同包的子类访问，本人错误认为其访问范围与public一致，反映出对访问修饰符的范围界定模糊。

错题 3：“Java 中能实现多重继承效果的方式是”（答案 C：接口，本人答 B：适配器）。适配器模式是为了解决接口适配问题，而多重继承的核心实现方式是接口多实现，本人因混淆设计模式的功能导致错误。

（3）多选题（36/70，51.4%）

多选题共 70 题，本人失分 34 题，是所有题型中得分率最低的模块，核心错误在方法重写规则与proteced 权限范围，典型错题如下：

错题 1：“子类重写父类方法时，正确的规则是”（正确答案 ABCD，本人漏选 C）。子类重写方法的返回类型需与父类一致或为父类返回类型的子类（协变返回），本人因忽略该规则导致漏选，反映出对方法重写的完整规则掌握不全面。

错题 2：“关于 proteced 访问权限，正确的是”（正确答案 ABC，本人选 A）。protected成员可在同类、同包类、不同包子类中访问，本人仅记住同类访问，忽略了同包与子类的范围，导致大幅失分。

错题 3：“关于 super 关键字，正确的是”（正确答案 ABC，本人选 AD）。super与this不能同时出现在构造方法的首行（二者均需调用构造方法，首行只能有一个构造调用），本人因混淆调用规则导致错误。

（4）填空题（49/66，74.2%）

填空题共 66 题，本人失分 17 题，失分集中在异常处理机制与表达式运算，典型错题如下：

错题 1：“Java 中，所谓异常处理机制是对各种可能设想到的错误情况进行判断，以______特定的异常，并对其进行相应的处理”（正确答案：抛出 / 捕获，本人答 “处理”）。异常处理的核心是 “抛出异常 - 捕获异常 - 处理异常” 的流程，本人因对异常机制的术语表述不精准导致失分。

错题 2：“阅读程序：int s=0; int arr[]={99,80,70,66,50,40,30,20,10}; for(int i=0;i<arr.length;i++) if(arr[i]%3!=0) s+=arr[i];，输出 s 的值为______”（正确答案：366，本人答 320）。本人计算时遗漏了 80、50 等元素的累加，反映出对循环与条件判断的逻辑运算粗心，同时缺乏代码手动推演的严谨性。

2. 知识点掌握程度总结

从课堂测验的失分分布可见，本人对接口特性（尤其是 Java 8 后的新特性）、方法重写的完整规则、访问修饰符的范围、修饰符的组合使用掌握薄弱，而对继承与多态的基础应用、静态成员特性、数组初始化等知识点掌握较好。这一结果表明，本人对 Java 语法的 “表层规则” 记忆牢固，但对 “深层原理” 与 “版本迭代特性” 理解不足，且在多规则组合的场景下（如方法重写的访问权限 + 返回类型 + 异常类型）容易出现知识混淆。

（二）数字电路模拟程序源码分析

1. 题目集 4 数字电路模拟程序 - 1（55 分，通过全部测试点）

（1）类结构设计

该题要求模拟与门、或门、非门、异或门、同或门五种元件的电路逻辑，核心类结构如下：

抽象基类Component：定义元件的通用属性（id、inputPinCount、inputs输入引脚信号、output输出信号）与方法（setInput设置引脚信号、hasAllInputs判断输入是否齐全、calculateOutput计算输出，抽象方法），实现元件行为的统一抽象。

具体元件类：AndGate/OrGate/NotGate/XorGate/XnorGate继承Component，重写calculateOutput方法实现各自逻辑（如与门需所有输入为 1 则输出 1，否则 0）。

电路构建类CircuitBuilder：负责解析输入（INPUT信号、引脚连接信息）、创建元件实例、构建电路连接关系（输出引脚→输入引脚映射）。

电路核心类Circuit：管理元件列表与信号映射，通过迭代传播信号实现电路模拟 —— 先初始化输入信号，再循环计算可计算元件的输出，将信号传播至连接的输入引脚，直至无信号更新。

输出生成类OutputGenerator：按 “与门→或门→非门→异或门→同或门” 的顺序、元件编号升序输出有效元件的输出引脚信号，过滤输入不全的元件。

 

 

 

（2）复杂度分析（基于 SourceMonitor）

 

 

其复杂度指标如下：

指标项	数值	说明
代码总行数（Lines）	416	包含所有类、方法及注释的总代码量
有效语句数（Statements）	245	实际执行的代码语句数，占总行数的 58.9%
分支覆盖率（% Branches）	19.6	条件分支（if/else、switch）的覆盖比例较低，说明边界场景的测试覆盖不足
方法调用数（Calls）	136	类间与类内方法的调用次数，反映代码的耦合程度
注释占比（% Comments）	5.8	注释行数仅占总行数的 5.8%，代码可读性较弱
类 / 接口数（Classes）	5	对应Component、Circuit、CircuitBuilder等核心类
类均方法数（Methods/Class）	7.40	每个类平均包含 7.4 个方法，类的职责相对集中但部分方法逻辑偏复杂
方法均语句数（Avg Stmts/Method）	6.27	单个方法平均包含 6.27 条语句，多数方法逻辑简洁，但存在复杂方法拉高均值
最大复杂度（Max Complexity）	8	复杂度最高的方法为CircuitBuilder.createComponents()（行号 78），逻辑分支较多
最大块深度（Max Depth）	7	代码块的嵌套层级最深达 7 层（如多层 if 嵌套），可读性与维护性较差
平均复杂度（Avg Complexity）	2.64	整体代码复杂度适中，但存在局部复杂方法

关键方法复杂度分析：

CircuitBuilder.createComponents()（最大复杂度 8）：该方法需完成 “正则解析元件名→提取元件类型与引脚数→创建对应Component实例” 的全流程，涉及多层条件分支（区分与门 / 或门 / 非门等 5 种元件类型）、字符串切割与类型转换（如从A(8)1中提取输入引脚数 8）、异常情况处理（无效元件名的过滤），导致其复杂度达到最大值 8，块深度达 5，是整个代码中最复杂的方法。

Circuit.simulate()方法复杂度：根据截图的平均复杂度推算，该方法复杂度约为 5，包含双层循环（外层迭代信号传播、内层遍历元件计算）与多分支判断（判断元件输入是否齐全、信号是否更新），块深度达 4，需依次处理 “输入初始化→元件计算→信号传播→循环终止” 的逻辑链条，是核心业务逻辑的集中点。

（3）核心逻辑与执行流程

心得：该题的核心是 “抽象统一行为 + 迭代传播信号”，但从 SourceMonitor 数据可见，代码存在注释不足（仅 5.8%）、分支覆盖低（19.6%）、局部方法复杂度高（createComponents()复杂度 8）的问题。虽然通过抽象类Component实现了多态与开闭原则，但CircuitBuilder.createComponents()的高复杂度导致其可维护性下降 —— 若新增元件类型，需在该方法中新增条件分支，进一步拉高复杂度。后续需通过工厂模式拆分元件创建逻辑（将不同元件的创建逻辑封装为工厂类），降低单个方法的复杂度，同时补充注释提升可读性。

 

2. 题目集 5 数字电路模拟程序 - 2（50 分，46/50 分，2 个测试点未通过）

（1）类结构扩展

该题在题目集 4 基础上新增三态门（S）、译码器（M）、数据选择器（Z）、数据分配器（F），类结构的核心变化如下：

元件基类Component扩展：新增EnablePins（控制引脚列表）、basicPinCount（控制引脚数，用于译码器 / 选择器 / 分配器）、outSignal（多输出引脚的信号列表，适配译码器的多输出），并新增isEnable（判断控制引脚是否有效）、setUnEnable（设置无效状态）等方法，适配新元件的引脚类型与状态逻辑。

新元件类实现：

三态门（S）：区分控制引脚（0 号）、输入引脚（1 号）、输出引脚（2 号），控制引脚为 1 时输出等于输入，否则为无效状态（-1）。

译码器（M）：包含 3 个控制引脚、n个输入引脚、2^n个输出引脚，仅当控制引脚满足S1=1、S2+S3=0时正常工作，输出引脚中仅 1 个为 0，其余为 1；否则输出全无效。

数据选择器（Z）：n个控制引脚对应2^n个输入引脚，根据控制引脚编码选择对应输入引脚的信号输出。

数据分配器（F）：n个控制引脚对应2^n个输出引脚，根据控制引脚编码将输入信号输出至对应引脚，其余引脚为无效状态。

电路类Circuit增强：新增多源驱动检测（一个输入引脚连接多个输出引脚则标记为无效）、输出引脚短接检测（输出引脚直接连接则均设为无效）、拓扑排序处理循环依赖（通过topoSort生成元件执行顺序，循环依赖的元件标记为无效）。

类图（新增元件部分）如下：

 

 

（2）复杂度与测试点失败分析

 

根据 SourceMonitor 报表（对应Title03.java），该题核心复杂度指标如下：

指标项	数值	说明
代码总行数（Lines）	867	较题目集 4 的 416 行增长 108%，新增元件与逻辑导致代码量大幅增加
有效语句数（Statements）	556	实际执行语句占比 64.1%，业务逻辑密度较高
分支覆盖率（% Branches）	32.2	较题目集 4 的 19.6% 有所提升，但仍不足 40%，边界场景覆盖不充分
方法调用数（Calls）	352	较题目集 4 的 136 次增长 158%，类间协作与方法调用更频繁
注释占比（% Comments）	1.8	仅 1.8% 的注释占比，代码可读性极差，后期调试与维护成本高
类 / 接口数（Classes）	12	较题目集 4 的 5 个类增长 140%，新增三态门、译码器等元件类与辅助类
类均方法数（Methods/Class）	4.17	类的职责拆分更细，但单个类的方法数仍较集中
方法均语句数（Avg Stmts/Method）	9.20	单个方法平均语句数较题目集 4 的 6.27 增长 46.7%，方法逻辑更复杂
最大复杂度（Max Complexity）	38	复杂度最高的方法为Circuit.InputProc()（行号 355），逻辑分支极多
最大块深度（Max Depth）	7	代码块嵌套层级最深达 7 层，多层条件与循环嵌套导致可读性差
平均复杂度（Avg Complexity）	3.02	整体复杂度较题目集 4 的 2.64 略有上升，局部方法复杂度显著拉高均值

关键方法复杂度分析：

Circuit.InputProc()（最大复杂度 38）：该方法负责输入信号的解析、引脚类型区分（控制 / 输入 / 输出）、多源驱动检测等核心逻辑，涉及多层条件分支（区分不同元件的引脚规则）、循环嵌套（遍历引脚列表与信号映射）、状态判断（无效信号 / 循环依赖的标记），是整个程序中逻辑最复杂的方法，维护与修改难度极大。

测试点失败原因：根据测试点未通过情况，推测是边界场景的状态处理不完整：

Case23：译码器控制引脚无效时，输出引脚的无效状态未完全覆盖（可能仅部分输出引脚设为 - 1，其余保留默认值），导致输出结果不符合题目要求。

Case30：数据分配器的控制引脚编码超出合法范围时，未对越界场景做无效化处理（可能直接索引越界或输出错误信号），触发结果异常。

执行流程新增难点：

引脚类型区分：新元件的引脚需按 “控制 - 输入 - 输出” 严格排序（如译码器M(3)1的 0-2 为控制引脚、3-5 为输入引脚、6-13 为输出引脚），解析时若引脚功能分配错误，会直接导致元件逻辑完全失效。

拓扑排序处理循环：通过buildGraph构建元件依赖图，topoSort生成执行顺序，循环依赖的元件标记为isInCycle并设为无效，解决了题目集 4 的死循环问题，但拓扑排序的正确性依赖于依赖图的精准构建，一旦元件连接关系解析错误，会导致排序失效。

无效状态传播：三态门的高阻态、译码器的无效控制状态需逐层向下传播，若某元件的输入包含无效信号，其输出也需设为无效，但实际实现中可能存在状态传递不彻底的情况，引发连锁错误。

心得：

新增元件带来的核心挑战是 “引脚功能区分” 与 “无效状态传递”，而 SourceMonitor 数据显示，代码存在注释严重缺失（1.8%）、局部方法复杂度极高（InputProc()复杂度 38）的问题，这进一步加剧了逻辑漏洞的排查难度。本人失分的本质是对复杂元件的边界场景（如译码器全输出无效化、分配器编码越界）考虑不周全，同时高复杂度的代码结构也导致调试时难以定位问题。后续需通过拆分复杂方法（将InputProc()拆分为解析、检测、状态标记等子方法）、补充关键注释（引脚规则、状态传递逻辑）来降低维护成本，同时通过单元测试覆盖更多边界场景。

三、采坑心得

（一）课堂测验的采坑记录

1. 接口特性的版本认知滞后

问题：判断题 “接口只包含常量和抽象方法，接口中定义的方法只能是抽象方法”（答案 F，本人答 T）、多选题 “接口和抽象类描述正确的有”（漏选 “接口中的方法可以有方法体”），共失分 5 分。

数据佐证：Java 8 及之后接口可定义default方法（如List.sort()）和static方法，Java 9 新增private方法，而本人仍停留在 Java 7 的接口认知，导致同类题目连续失分。

解决：整理 Java 版本对接口特性的扩展清单，结合java.util.Collection接口的stream()默认方法案例，理解接口新特性的设计初衷（为接口扩展功能且不破坏现有实现类），并制作对比表强化记忆：

Java 版本	接口可包含的成员
Java 7 及之前	public static final常量、public abstract方法
Java 8	新增default方法、static方法
Java 9	新增private方法、private static方法

心得：Java 语法具有版本迭代特性，学习时需兼顾 “基础规则” 与 “版本新特性”，不能仅凭旧经验判断，需结合官方文档与实际 API 案例加深理解。

2. 方法重写规则的知识漏洞

问题：多选题 “子类重写父类方法时，正确的规则是”（漏选 “返回类型与父类定义相同或是父类返回类型的子类”），失分 2 分；单选题 “关于方法覆盖的描述错误的是”（误选 “成员变量的覆盖是多态的表现形式”），失分 1 分，合计失分 3 分。

类逻辑漏洞：本人仅记住 “方法名、参数列表、返回类型需一致” 的基础规则，忽略了协变返回类型（子类返回类型可为父类返回类型的子类）和多态仅针对方法（成员变量无多态，子类与父类同名变量为隐藏而非覆盖）的关键细节。

解决：编写测试代码验证规则：

java

 

运行

 

class Parent {

    public Number getValue() { return 1; }

    public int num = 10;}class Child extends Parent {

    @Override

    public Integer getValue() { return 2; } // 协变返回，合法

    public int num = 20;}public class Test {

    public static void main(String[] args) {

        Parent p = new Child();

        System.out.println(p.getValue()); // 输出2（方法多态）

        System.out.println(p.num); // 输出10（变量无多态）

    }}

 

测试结果：代码编译运行正常，直观验证了协变返回与变量无多态的规则，后续同类题目均答对。

3. 构造方法访问修饰符的误解

问题：判断题 “Java 中，类的构造方法不能用 private 关键字修饰”（答案 F，本人答 T）、填空题 “Java 中，类的构造方法不能用______修饰”（答案 abstract，本人答 private），合计失分 3 分。

场景验证：编写单例模式代码验证private构造的合法性：

java

 

运行

 

class Singleton {

    private static Singleton instance;

    private Singleton() {} // 私有构造，防止外部实例化

    public static Singleton getInstance() {

        if (instance == null) instance = new Singleton();

        return instance;

    }}

代码可正常编译运行，证明private构造合法；而abstract构造方法无意义（抽象方法需子类实现，构造方法是实例化入口，无法子类重写），因此abstract不能修饰构造方法。

心得：构造方法的访问修饰符需结合设计模式理解，不能死记 “能否修饰”，而要理解 “为何能 / 不能修饰” 的底层逻辑。

四、改进建议

两次数字电路模拟程序的改进方向：

在元件模型、电路异常处理及信号传播逻辑三方面进行了优化，具体体现为：

首先对元件基类 Component 进行了功能扩展，新增了控制引脚列表、多输出引脚信号列表等属性以及 isEnable、setUnEnable 等方法，同时新增三态门、译码器等复杂元件类，实现了控制引脚有效性判断、多输出信号管理等差异化逻辑，打破了题目集 4 的仅支持单一输出引脚基础逻辑门的局限，适配了更复杂的元件功能需求；

其次在 Circuit 类中新增了多源驱动检测、输出引脚短接检测以及基于拓扑排序的循环依赖处理机制，解决了题目集 4 中因循环依赖易引发死循环、多源驱动导致信号冲突等未覆盖的电路异常问题，提升了程序对复杂电路场景的兼容性；

最后完善了无效状态的传播逻辑，针对三态门高阻态、译码器无效控制状态等场景，实现了无效信号的逐层向下标记，确保包含无效输入信号的元件输出同步置为无效，弥补了题目集 4 的仅能处理正常信号传播、无法适配元件无效工作状态的短板，让整个电路的信号计算逻辑更贴合真实电路的工作机制。

五、总结

（一）本阶段学习收获

本阶段通过点线面重构、魔方问题、数字电路模拟及电梯调度等系列实践，扎实掌握了面向对象核心特性，将继承与多态的理论转化为实际应用，依托抽象类和接口实现了模块的统一行为定义，践行了开闭原则，让新增功能无需改动原有基类代码。同时，搭建起 “输入解析 — 模块建模 — 逻辑计算 — 结果输出” 的分层架构，用拓扑排序化解数字电路元件依赖难题，用状态标记处理无效信号，在电梯调度中实现了多模块的协同运转，还养成了优先考量边界场景的编程习惯，通过多源驱动检测、电梯故障应急等逻辑的搭建，显著提升了程序的鲁棒性。理论学习上，借助错题与代码实践的双向验证，补齐了接口特性、方法重写等知识短板。

思维层面完成了从 “单纯实现功能” 到 “工程化架构设计” 的转变，学会用设计模式解耦复杂逻辑，比如雨刷程序的中介者模式、电梯调度的策略模式，让代码兼具复用性与扩展性；调试能力也从逐行排查升级为按模块定位问题，配合理论溯源的学习方式，大幅提升了问题解决效率。

培养问题溯源的调试能力：面对测试点失败，从 “代码逐行排查” 升级为 “按模块定位”（输入解析→元件计算→信号传播→结果输出），通过日志标记关键节点的状态，快速定位问题根源；面对理论题错误，从 “死记答案” 升级为 “溯源原理”，通过代码验证与对比表强化记忆。

（二）需进一步学习的方向

加强设计模式的深度学习，理解掌握后能运用的各种情况。花时间把握一下理论知识的运用，逐渐形成自己的知识体系。

（三）课程与作业改进建议

无

（四）最终感悟

整体而言，本阶段实现了从语法掌握到工程实现再到理论深化的跨越，深刻理解了面向对象 “抽象、封装、解耦” 的核心思维，以及复杂业务对分层设计、边界处理能力的要求，未来将继续深耕技术细节、梳理知识体系，朝着 “理论扎实、实践过硬” 的目标迈进。