NCHUD-数字电路模拟程序-Java三次作业总结

一、前言

1.1知识点覆盖

覆盖Java面向对象技术：抽象类、继承、多态、枚举类、方法重写与接口编程，依靠多态统一门电路计算；借助枚举封装元件标识，接口隔离通用输出行为。包含基础异常处理机制运用。严格遵循面向对象五大设计原则，严格执行单一职责原则；遵循开闭原则，同时依托里氏替换、依赖倒置、接口隔离。熟练运用 List、Map，依靠Pattern与Matcher正则分组解析输入。

1.2题量与难度分布

三次作业题量与难度递增。第一次作业难度较难，实现五类基础逻辑门仿真，侧重正则解析、基础继承与信号传递；第二次作业题量明显上涨，难度困难，类间继承与多态复杂度显著提升；第三次作业综合性最强，难度困难，新增子电路管理，以及多子电路处理，整体难度达到困难级别。

1.3 整体学习感受

经过三次作业，我对面向对象模块化设计、数字电路逻辑代码化实现有了更深的理解。在电路信号仿真与语法解析的过程中，我理清了不同逻辑元件的类职责划分。通过本次开发练习，我明白了严谨的架构设计能降低后续扩展与调试成本。同时，也发现了自己的许多不足，如面对困难时解决独自解决问题的能力尚且不足。另外，在Java语言学习当中还要许多细节知识没用掌握，后续想要逐渐学习补充，查漏补缺。

二、设计分析

2.1第一次作业

第一次作业源码SourceMonitor分析报表如下：

报表分析

总行数为 245 行，语句数达到 203 条，分支语句占比 24.1%，注释行占比仅 2.4%，注释补充不足；类与接口共 7 个，完成逻辑门抽象基类与五类基础门，平均每个类包含 3.57 个方法，单方法平均语句 6.24行；复杂度最高方法为readInput()，最大圈复杂度14，最大代码块深度6，平均块深度2.39，整体平均复杂度3.32，代码结构清晰，满足基础电路信号解析与运算需求。
第一次作业类图如下：

类图分析

本次作业以抽象父类Gate为抽象模板，五大基础逻辑门的继承。抽象类Gate封装所有门电路公共属性：元件名称、编号、输入引脚数量、输出引脚、引脚电平集合。AndGate、OrGate、NotGate、XorGate、XnorGate五个子类直接继承Gate。Main与各逻辑门为聚合关系。

心得

通过第一次基础数字门电路作业，我学会了将数字逻辑与面向对象结合设计。本次仅完成五大基础门电路功能实现，注释覆盖率偏低，后续迭代需要补充关键逻辑注释，提升代码可读性。

2.2第二次作业

第二次作业源码SourceMonitor分析报表如下：

报表分析

行数上涨至550行，语句数345条，相较第一次代码量大幅扩充；分支语句占比20.3%，注释行占比提升至 6.5%，可读性优化；类与接口扩充至 16 个，类间继承与多态结构完善，平均每类 5.50 个方法，单方法平均语句降至2.09行，职责拆分更细化；复杂度最高方法为parseInput()，最大复杂度13，最大代码块深度7，平均块深度2.29，整体平均复杂度2.23。
第二次作业类图如下：

类图分析

抽象类BasicElement，新增Element顶层接口，工厂模式ElementFactory统一元件实例化创建。保留原有五大基础门子类，新增TriStateGate（三态门）、Decoder（译码器）、Selector（数据选择器）、Allocator（数据分配器）子类；新增ElementType、Circuit、ConnectionTarget。Circuit与ElementFactory为组合关系。

心得

通过第二次作业，我学会了将复杂业务按元件类型细致拆分。本次新增三态门、译码器等四类元件后，类数量扩充至 16 个，同时注释占比提升至 6.5%，可读性提升，也让我明白前期架构分层越清晰，新增功能时代码改动量越小。

2.3第三次作业

第三次作业源码SourceMonitor分析报表如下：

报表分析

行数为500行，语句数409条；分支语句占比升高至28.6%；注释行占比达到7.6%，注释量有所提升；类与接口8个，平均每类 3.75 个方法，单方法平均语句11.37行；复杂度最高方法为main()，最大圈复杂度 21，最大代码块深度7，平均块深度3.06，整体平均复杂度4.67，功能性与严谨性提升，但核心主方法太长，后续可继续拆分优化。
第三次作业类图如下：

类图分析

新增CompositeCircuitDef子电路定义类，用于存储子电路编号、子电路内外输入输出别名、局部连接语句；新增Connection连接实体类；新增Context上下文管理类，管理当前子电路上下文、全局所有子电路定义、全局输入信号。新增FootType、GateType、endPort。子电路类与主Main为组合关系。原有门电路运算类无需改动。

心得

通过第三次作业，我学会了模块化与异常处理。我深刻意识到，复杂业务不能将全部在主方法中，后续需要异常校验、子电路独立子方法；这让我理解了软件模块化复用思想，合法输入与边界校验都要考虑，严谨能大幅减少运行时错误。

三、踩坑心得

3.1引脚信号多来源问题

问题：

第一次作业时，未对输入引脚做信号来源唯一性校验，不符合题目要求，电路运算结果完全错误。
测试样例：
INPUT: A-1 B-0
[A A(2)1-1]
[B A(2)1-1]
end
代码无冲突检测，最终输出结果随机。

解决方法：

创建hashMap，引脚全称为键，值为唯一绑定的输出源引脚。

心得：

简单的赋值问题，会直接影响整个电路逻辑运算结果，所有必须严格校验输入，避免后期调试难以修改调试。

3.2子电路引脚值拷贝而不是引用传递问题

问题：

第三次作业时，子电路输入别名只进行字符串值拷贝，主电路修改全局输入电平后，子电路内部引脚无法同步更新信号，子电路所有门电路始终读取初始默认值。

解决方法：

子电路输入输出别名引用全局固定信号容器，主电路电平修改实时同时修改子电路；实现主、子电路双向信号互通。

心得：

共享数据必须使用引用传递而非值拷贝。数据互通关乎代码能否正常运行，在编码过程中考虑问题应当仔细，思考数据之间的关联，减少后续修改难度。

3.3多异常叠加优先级判定顺序错误问题

问题：

第三次作业异常校验时，未按照题目规定优先级顺序校验，违背题目优先级规则，输出错误提示。

解决方法：

将五类异常按题目给定优先级，按照：多输入→无输入→无输出→顺序颠倒→引脚冲突的顺序依次校验。

心得：

业务异常处理必须严格遵循需求优先级规范，不能自主调整判断顺序。读题时应当仔细，严格遵循题目要求，从而书写正确代码，减少后续不必要改动。

四、改进建议

4.1输入解析部分优化

目前输入解析逻辑在主类方法中。后续计划封装独立输入解析工具类，统一封装元件命名正则、连接语句解析、子电路起止语句解析逻辑。

4.2扩展性优化

后续完善工厂方法模式，将每类元件的运算独立封装，后有功能扩展时仅需在这个基础上增加代码，而不是大幅修改代码，甚至完全抛弃原有代码逻辑。

4.3代码书写规范性

三次作业后部分核心方法存在代码对齐、注释分布不均问题，第一次作业注释率仅2.4%。后续统一遵循 Java驼峰命名规范，统一引脚、元件、子电路变量命名规则；为抽象方法、硬件运算逻辑、异常优先级规则添加块注释；拆分第三次作业中main主方法，按职责拆分子方法，提升整体可读性与可维护性。

五、总结

5.1学习收获

通过数字电路模拟程序三次作业的练习，复习巩固了课堂Java面向对象核心知识，熟练掌握抽象类、继承、多态、封装的使用，能够运用单一职责、开闭原则完成类设计，理清聚合、组合等类间关联关系；熟练运用正则表达式完成输入解析。同时将数字逻辑转化为代码逻辑，掌握多级异常优先级处理设计思路。在调试过程中，逻辑严谨性、问题拆解能力得到锻炼。

5.2自身不足和后续学习方向

短板

一是初期架构规划不合理，导致后修迭代代码大幅修改；
二是代码复用性设计不足，后续代码修改大；
三是注释量偏低，在写代码过程中没有养成注释习惯；
四是问题分析能力还是很薄弱，在面对复杂业务时总是无从下手，需要思考很久很久才有思路；
五是基础知识掌握还不够牢固，在完成项目过程中需要查阅大量基础知识资料，这方面花费时间相对较多。

后续学习方向

在今后的学习中，我会认真学习面向对象设计模式，提前用UML类图做好架构设计，提升代码可扩展性；勤加练习，在代码练习当中提升自己代码复用性的学习，拆解重复代码、抽取公共工具方法，改掉堆砌代码的坏习惯；写代码前先明确业务逻辑，避免写到一半思路混乱；最后，慢慢培养自己规范书写代码的习惯。