25201503-付钰-PTA4-6作业总结

前言

在我看来，这三个题目集与上次的相比难度直线提升（可能是因为我数字逻辑比较差，理解题目比较困难，写起来就更困难了），而且题量也增加了许多。题目集4有8个类，主要考察了封装、继承、多态、抽象类与接口等知识点，题量有点多，我觉得有点难。题目集5有12个类，并且在考察原有知识点的基础上还新增了正则表达式的考察内容，题量增大，难度继续上升。题目集6共有5个类，要求对图论，集合框架熟练使用，并且对异常处理的要求更高了，整体综合性较强，题量较多，难度很大。

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设计与分析

作业4

（1）作业要求

数字电路是一种处理离散信号的电子电路。与处理连续变化信号（如声音、温度）的模拟电路不同，数字电路只识别和运算两种基本状态：高电平（通常表示为“1”） 和 低电平（通常表示为“0”）。这正好与二进制数制系统相对应，使得数字电路成为所有计算机和数字系统的物理实现基础。请编程实现数字电路模拟程序：基础逻辑门元件构成电路。

（2）类图

 

（3）分析

 由图可知，作业4代码量最小，功能单一，包含1个接口，1个抽象类，5个门类（与、或、非、异或、同或）和1个主类，结构清晰，而且调用次数较少，逻辑简单，存在较深的嵌套（因为Main类中的解析循环）。它只支持简单的逻辑门运算，几乎没有复杂的控制流。

作业5

（1）作业要求

数字电路是一种处理离散信号的电子电路。与处理连续变化信号（如声音、温度）的模拟电路不同，数字电路只识别和运算两种基本状态：高电平（通常表示为“1”） 和 低电平（通常表示为“0”）。这正好与二进制数制系统相对应，使得数字电路成为所有计算机和数字系统的物理实现基础。请编程实现数字电路模拟程序：1、包含多输入输出的组合电路元件如数据选择器；2、元件引脚类型除输入、输出之外，增加控制引脚，如三态门。

（2）类图

（3）分析

 作业5相比作业4而言代码量增加了将近一半，类的数量增加至12个，职责划分更细。同时，它的调用次数翻倍，嵌套深度降低，逻辑复杂度有所上升。总而言之，作业5将原来的Main类拆分成了“解析”、“模拟”、“输出”等板块。虽然代码量增长，但代码结构更加清晰，可读性提升，体现了“高内聚、低耦合”的设计思想。

作业6

（1）作业要求

数字电路是一种处理离散信号的电子电路。与处理连续变化信号（如声音、温度）的模拟电路不同，数字电路只识别和运算两种基本状态：高电平（通常表示为“1”） 和 低电平（通常表示为“0”）。这正好与二进制数制系统相对应，使得数字电路成为所有计算机和数字系统的物理实现基础。本题目在“NCHUD-数字电路模拟程序-1”的基础上迭代，增加的功能参见题目中的标注。请编程实现数字电路模拟程序，1、增加带反馈的电路、时序电路元件，如D触发器、JK触发器；2、增加子电路；3、增加程序异常输入的检测。

（2）类图

（3）分析

 作业6代码量进一步增加，类的数量不增反降（只统计顶级公共类，将Connection、SubCircuitDef等作为内部类或数据容器合并到了Circuit中)。并且，因为引入了子电路展开、别名映射、缓存查找等复杂网络构建逻辑，它的调用次数暴增。它的每个方法平均语句较多，圈复杂度达到24（远超建议值10），说明存在一个非常复杂的方法（递归计算引脚值的computPin方法）。同时，它的平均复杂度较高，整体代码逻辑分支较多，嵌套深度再次上升。总之，作业6功能最强大但最复杂，新增了对子电路（SubCircuit）的定义、展开和信号传播支持，能够处理复杂的层级电路，存在较高的维护成本和潜在的Bug风险。

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踩坑心得

作业4

在完成作业4的过程中，我遇到了许多困难。首先，我无法理解题意，不了解数字电路，对输入格式（元件定义、连接线、外部输入）和输出要求不清晰，需要通过上网查询逐步解读样例。其次，我的解析与数据建模存在问题：1.元件未显式定义：输入样例中只有连接线，没有单独一行来定义元件。程序仅解析元件定义行，导致componentList为空，输出为空。2.连接信息被覆盖：同一个输出引脚可能在多行连接中出现，使用fanout.put(outputPin,inputs)会覆盖之前的列表，导致部分连接丢失。而且，一开始的输出有格式问题最初输出为 元件名 输出值，但题目要求 元件名-0:输出值（例如 A(2)1-0:1）。

 

作业5

在完成作业5的过程中，我遇到了以下问题：第一，编译错误：1.变量名拼写错误，2.类型不匹配（如int与Integer比较）。第二，逻辑错误：1.输出有效标志管理。基类computeOutputs()先设置 outputValid=true，再调用compute()，而子类compute()中可能将其设为false，导致标志被覆盖，无效输出被错误地认为有效。2.传播计数器重复累加。同一输入引脚可能被多次赋值（例如扇出重复），导致计数器超过实际输入引脚数，使元件提前触发计算，或在未收到全部输入时误判为就绪。3.三态门无效处理。TriStateGate.compute()在控制端为0时仅设置outputValid=false并返回0，但computeOutputs()在outputValid=false时返回空Map，因此不会传播任何信号，符合要求。但若在computeOutputs()中返回空Map前未正确检查allInputsReady()，则可能提前计算。

作业6

在完成作业6的过程中，我遇到了许多逻辑问题和输入、输出问题。第一，逻辑错误：1.异常检测优先级顺序颠倒。题目规定的优先级为：①多个输出源（include more than one input）②无输入目标（include none input）③无输出源（include none output）④输入输出顺序错误⑤输入信号冲突原代码中checkExceptions()的检查顺序为：① → ③ → ② → ④，导致当同时出现“无输入”和“无输出”时，错误地报告了“无输出”（优先级低），从而未通过异常测试用例（如 case32、33、37、38 等）。2.子电路引脚映射不完整。expandSubcircuit中，对子电路内部连接的源和目标统一添加子电路前缀，但未正确处理：①子电路的输入引脚作为源时，应作为全局引脚参与外部连接，但sourceOfInput中并未主动建立其到外部信号的映射，完全依赖主电路连接。若主电路未连接该输入引脚，则计算时返回null，可能导致元件输出被忽略（可能影响部分多子电路用例）。②子电路的输出引脚作为目标时，建立了别名映射，但若输出引脚又被外部连接直接引用，可能因别名和sourceOfInput同时存在导致冲突或遗漏。3.元件编号提取出错。extractNumber在带前缀的元件名中提取数字时，可能因正则匹配\d+$错误提取到子电路编号1而非元件编号1（实际上这里提取的是1，但元件编号也是1，可能无影响）。但对于A(2)10和A(2)1，排序可能出错，因为extractNumber只取最后一个数字，可能误判。第二，输入输出问题：1.异常信息格式错误。2.子电路输出缺失。3.未连接的元件没有忽略。

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改进建议

作业4

尽管过了作业4所有的测试点，但我的代码还有改进的空间。例如，Main类职责过重，可以拆分职责，将解析、模拟、输出分离到不同的类，引入Circuit类作为数据容器，存储组件和连接关系。其次，使用Map<String,Integer>统一表示引脚值，避免数组越界。同时，加入输入校验，检查输入是否完整、连接是否有环等，避免输入异常直接崩溃。

作业5

我的代码仍然存在一些需要改进的地方：1.Circuit类包含大量public getter/setter方法，暴露了内部数据结构，破坏封装，可以将components、fanout等设为private，提供行为方法而不是直接暴露集合。2.修复传播计数器重复累加问题。3.输出有效标志管理规范化。4.引入异常体系，定义CircuitException，在解析和模拟中抛出明确的异常，而不是返回-1或null。

 

作业6

 我的代码依旧存在一些不足：1.降低圈复杂度，拆分computePin,将“处理别名”、“处理顶层输入”、“处理门计算”、“处理源映射”分别提取为私有方法。2.修正异常检测的优先级顺序。3.完善子电路的引脚映射。3.修正引脚映射判断getPinType。4. 优化递归计算，防止栈溢出，使用显式栈替代递归，进行拓扑排序后按序计算。

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总结

一、知识点掌握情况

完成三次数字电路作业后，我吃透了面向对象四大特性，熟练区分抽象类与接口，实践工厂、建造者等设计模式思路。同时，我学会了运用各类集合框架，掌握正则解析、异常校验，还借助图论、递归实现了时序反馈电路的信号计算。

二、设计原则的实践与反思

在开发中，我落实单一职责、开闭、依赖倒置等设计原则，拆分各类功能模块降低耦合。但我的代码仍存在缺陷：大量 switch 判断违背开闭原则，内部数据过度暴露，异常处理方式简陋，递归求值有栈溢出隐患，且全程缺少代码注释。

三、遇见的困难与成长

在我看来，最难的是从面向过程转为面向对象编程，反馈电路递归循环、异常检测优先级、子电路引脚映射都曾卡壳。反复调试排查问题后，我学会先画类图再编码，调试与代码分层能力大幅提升，也补齐了数字电路相关的基础知识。

四、未来改进方向

我后续会深耕各类设计模式，系统学习图论相关算法，学习 JUnit 单元测试、Git 版本管理，尝试用 Java 函数式编程简化集合操作，全方位提升工程开发能力。

五、心得感悟

三次电路模拟器开发一路充满挑战，也让我收获良多。前期啃懂陌生数字电路知识虽耗时，却为后续迭代筑牢根基。重构的价值、各类 bug 带来的经验教训，让我真正读懂面向对象的核心是梳理复杂业务的思维方式。完整走完需求、设计、编码、调错全流程，也让我明白编程不只是写代码，更要兼顾架构与代码质量，这段实践经历让我收获颇丰。