第4-5次作业总结

前言：

本次题目需应用工厂模式解耦元件创建逻辑，难点主要在于控制引脚的优先级处理，多输出引脚的状态管理，如何处理译码器输出编号、数据分配器输出 “-”，以及理解译码器的编码转换、数据选择器 / 分配器的控制引脚与输入 / 输出映射规则，需要较为具体地拆解复杂情景。

第四次作业

题目分析：

核心需求是实现数字电路元件的信号传播与输出计算，需处理：
1.通过特定命名规则解析门类型、输入引脚数；
2.处理输出引脚到多个输入引脚的单向传播，保证输入引脚唯一来源；
3.循环传播信号直到稳定，计算所有门的输出；
4.按门类型 + 编号的规则输出结果。

设计分析：

1. 类结构设计
   Gate抽象类：定义门的公共属性和方法；
   子类：实现各自的输出计算逻辑；
   CircuitSimulator类：负责输入解析、信号传播、模拟执行的核心逻辑；
   Connection类：封装引脚间的连接关系。
2. 核心逻辑设计
   用Scanner读取输入，区分INPUT行和连接行；通过正则表达式解析门名称，在createGate方法中创建对应门对象。
   用signalValues存储所有引脚的信号值；循环执行 “传播连接信号→计算门输出”，直到信号无变化。
   过滤出输入全有效的门，通过Comparator按类型 + ID 排序后输出。

类图设计：

SourceMonitor 报表分析：

1. 复杂度分析
   最复杂方法：CircuitSimulator.createGate()复杂度 11，语句数 33 条。
   平均复杂度 2.91，最大块深度 6：整体复杂度适中，但createGate和simulate方法的分支较多。
   CircuitSimulator.simulate()复杂度 6，语句数 14 条。
   Main.main()复杂度 6，语句数 12 条.
2. 块深度分布
   块深度主要集中在 0-3 层，深度 5 以上仅 2 条语句：大部分逻辑的嵌套层级合理，但存在个别深度较高的分支。

改进方案：

1. 降低方法复杂度
   将不同门的正则解析逻辑拆分为独立方，减少单个方法的分支数，降低复杂度；
   将 “传播连接信号” 和 “计算门输出” 拆分为propagateConnections和calculateGateOutputs两个方法，减少方法内的嵌套层级。
2. 优化数据结构
   当前connections是Map<String, List>，可直接用Map<String, List>存储输入引脚列表，减少Connection类的冗余；
   gates用Map<String, Gate>存储名称到门的映射，可增加按类型分类的Map，简化输出排序时的分类逻辑。
3. 性能优化
   当前simulate循环中每次复制signalValues，可改为记录 “变化的引脚”，减少复制开销；
   createGate中多次创建Pattern对象，可将常用正则定义为静态常量，避免重复编译。

第五次作业

题目分析：

新增了三态门、译码器、数据选择器、数据分配器4 种元件，同时调整了输入规则、输出格式：
1.从 5 种门扩展为 9 种元件，新增元件需处理控制引脚、多输出引脚、特殊输出格式。
2.含控制引脚的元件需按 “控制 - 输入 - 输出” 顺序定义引脚号。
3.输出顺序新增 4 种元件，区分 “无效输出” 场景，不同元件输出格式差异化。

设计分析：

1. 类结构设计
   Component抽象类：统一封装所有元件的公共属性和方法，支持多元件扩展。
   元件子类：AndGate/TriStateGate/Decoder等子类实现各自的输出逻辑，通过ComponentOutput封装不同格式的输出。
   ComponentFactory工厂类：集中处理元件的创建逻辑，通过正则匹配元件名生成对应实例，解耦创建逻辑与业务逻辑。
   CircuitManager类：负责输入解析、信号传播、输出收集，作为电路的核心控制类。
2. 核心逻辑设计
   拆分parseInputSignals和parseConnection，通过parsePinId方法统一解析 “元件名 - 引脚号” 格式，支持全局输入和元件引脚。
   先传递全局输入信号，再迭代传递元件输出，调用元件的calculateOutput获取输出，再传递到目标输入引脚。
   按题目要求的元件类型顺序分类，同类元件按编号排序，过滤出isValid为true的元件，输出其ComponentOutput结果。

类图设计：

SourceMonitor 报表分析：

1. 复杂度分析
   最复杂方法：TriStateGate.calculateOutput()复杂度 6，语句数 8 条。
   平均复杂度 2.60，最大块深度 4：整体复杂度略有降低，但Demux.calculateOutput()等方法因多步骤逻辑仍有一定复杂度；
   AndGate.calculateOutput()/OrGate.calculateOutput()复杂度 5，主要是输入有效性循环检查；
   TriStateGate.calculateOutput()复杂度 6，包含多条件判断。
2. 块深度分布
   块深度集中在 0-2 层，深度 3 以上仅 14 条语句，大部分逻辑的嵌套合理，新增元件的逻辑未引入过深嵌套。

改进方案：

1. 优化元件工厂
   ComponentFactory中多个正则可定义为静态常量，避免重复编译。
2. 简化信号传播逻辑
   propagateSignals中 “全局输入传递” 和 “元件输出传递” 可抽取为公共方法，减少代码重复。do-while循环存在冗余迭代，可通过 “标记已更新的元件” 减少循环次数。
3. 增强输出兼容性
   为ComponentOutput添加静态工厂方法，统一不同元件的输出构造逻辑。

自我总结：

通过两次数字电路模拟程序的开发，我熟练掌握了“抽象基类+子类”的设计模式，能够针对多元件场景进行合理的类结构拆分，同时学会运用工厂模式解耦对象创建与业务逻辑。面对新增元件的复杂规则，我通过迭代循环、条件判断等实现状态稳定更新，同时熟悉了正则表达式在字符串解析中的应用。从第一版的CircuitSimulator到第二版的CircuitManager，逐步优化了核心控制类的职责划分，通过封装ComponentOutput类统一输出格式，解决了差异化输出的适配问题。
然而，虽然使用了工厂模式，但在信号传播、输出适配等场景中，仍有优化空间，后续需深入学习常见设计模式，并在实际项目中灵活运用。当前信号传播的迭代逻辑存在冗余循环，且缺少对非法输入的容错处理，后续需优化循环效率，同时添加异常处理、参数校验等逻辑。面对多元件、多连接的复杂电路，信号传播的效率仍有很大提升空间，后续应避免无效迭代，提升程序运行效率。