blog作业

一、前言
1.1 作业整体概况
三次迭代式Java编程作业，核心目标为使用面向对象思想，分阶段完成数字逻辑电路仿真系统开发，从基础逻辑门仿真，到通用元器件+引脚分层设计，最终支持子电路嵌套、电路语法错误检测，逐步贴合工业级电路仿真软件设计逻辑。知识点包括面向对象基础中的抽象类、抽象方法、继承；集合框架：HashMap、ArrayList；及正则表达式等等。三次作业为递进开发关系，后一次作业完全兼容前一次的电路功能，题量与难度都是逐级增加。
二、设计与分析
2.1第一次作业
2.1.1设计要求
电路中包含与门、或门、非门、异或门、同或门五种元件。元件特征如下：
与门：包含两个或多个输入引脚和一个输出引脚。所有输入引脚必须都是高电平，输出引脚才是高电平，只要有一个输入引脚为低电平，输出引脚输出低电平。
或门：包含两个或多个输入引脚和一个输出引脚。所有输入引脚必须都是低电平，输出引脚才是低电平，只要有一个输入引脚为高电平，输出引脚输出高电平。
非门：包含一个输入引脚和一个输出引脚。输出引脚的电平与输入引脚的电平相反，如输入为低电平，输出则为高电平。
异或门：包含两个输入引脚和一个输出引脚。当两个输入引脚电平不一致时输出引脚输出高电平，否则输出低电平。
同或门：包含两个输入引脚和一个输出引脚。当两个输入引脚电平一致时输出引脚输出高电平，否则输出低电平。
2.1.2输入要求
1）元件信息：
用A、O、N、X、Y 分别用作与门、或门、非门、异或门、同或门五种元件的元件标识符。
电路中的每个与门、或门用“标识符(输入引脚数)+编号”作为其元件名。
电路中的每个非门、异或门、同或门用“标识符+编号”作为其元件名。
约束条件：
不同元件的编号可以相同，如X4、Y4。
同一电路中同种元件的编号不可重复，可以不连续
2）引脚信息：
引脚信息由“元件名-引脚号”构成，。
3）电路的输入信息：
电路的输入格式：
INPUT:英文空格+输入1+”-”+输入信号1+英文空格+输入2+....+输入n+”-”+输入信号n
4）连接信息
引脚的连接信息格式：
[+输出引脚+英文空格+输入引脚1+。。。。+英文空格+输入引脚+]
约束条件：
一个输出引脚可以连接多个输入引脚，即将输出引脚的信号传给每一个输入引脚。但一个输入引脚不能连接多个输出引脚。
输出引脚不能短接在一起。
5）输入结束信息
所有输入以end为结束标志，end之后出现的内容忽略不计
2.1.3类图

2.1.4复杂度分析

（1）整体规模
代码总行数：368 行
有效语句：216 条
类与接口总数：8 个
平均每个类包含方法数：3.6 个
平均每个方法语句数：3.02 条
（2）复杂度核心指标
最大圈复杂度：11
平均圈复杂度：4.2
最深块嵌套：6
平均块深度：2.43
2.1.5结果

2.2第二次作业
2.2.1设计要求
电路中包含与门、或门、非门、异或门、同或门、三态门、译码器、数据选择器、数据分配器九种元件。（部分同上2.1.1）
2.2.2输入要求
同2.1.2。
2.1.3类图


2.1.4复杂度分析


（1）整体规模
代码总行数：796 行
有效语句：463 条
类与接口总数：14 个
平均每个类包含方法数：4.1 个
平均每个方法语句数：2.87 条
（2）复杂度核心指标
最大圈复杂度：14
平均圈复杂度：5.8
最深块嵌套：7
平均块深度：2.96
2.1.5结果

2.3第三次作业
2.3.1设计要求
电路中包含与门、或门、非门、异或门、同或门五种元件。（同2.1.1）
2.3.2输入要求
1）元件信息：
用A、O、N、X、Y 分别用作与门、或门、非门、异或门、同或门五种元件的元件标识符。
电路中的每个与门、或门用“标识符(输入引脚数)+编号”作为其元件名。
电路中的每个非门、异或门、同或门用“标识符+编号”作为其元件名。
约束条件：
不同元件的编号可以相同，如X4、Y4。
同一电路中同种元件的编号不可重复，可以不连续
2）引脚信息：
引脚信息由“元件名-引脚号”构成，。
3）电路的输入信息：
电路的输入格式：
INPUT:英文空格+输入1+”-”+输入信号1+英文空格+输入2+....+输入n+”-”+输入信号n
4）连接信息
引脚的连接信息格式：
[输出引脚+英文空格+输入引脚1+。。。。+英文空格+输入引脚]
约束条件：
一个输出引脚可以连接多个输入引脚，即将输出引脚的信号传给每一个输入引脚。但一个输入引脚不能连接多个输出引脚。
输出引脚不能短接在一起。
5）#子电路信息（本题在数字电路模拟程序-1基础上新增的内容）
可以将一部分电路设定为一个子电路，子电路可以在主电路中被引用。子电路的输入按顺序包括以下几部分：
子电路起始信息：C+子电路编号+:
子电路输入信息：
INPUT:输入1+英文空格+输入2+英文空格+....+英文空格+输入n，
子电路输出信息：
OUT:输出1+英文空格+输出2+英文空格+....+英文空格+输出n，
子电路连接信息：（格式与主电路输入信息相同）,子电路的元件编号与主电路中的编号可能相同。
子电路结束标志：endc
输入、输出信息的编码可以作为子电路的引脚号在主电路中引用
子电路元件输出时带上子电路的编号，格式为：子电路编号+“-”+元件编号+“-”+引脚号+“:”+引脚输出
6）#异常输入信息（本题在数字电路模拟程序-1基础上新增的内容）
当出现各类异常输入情况时，电路应输出相应提示
7）输入结束信息
所有输入以end为结束标志，end之后出现的内容忽略不计
2.1.3类图

2.1.4复杂度分析

（1）整体规模
代码总行数：621 行
有效语句：375 条
类与接口总数：4 个
平均每个类包含方法数：7.5 个
平均每个方法语句数：4.32 条
（2）复杂度核心指标
最大圈复杂度：16
平均圈复杂度：6.3
最深块嵌套：8
平均块深度：3.41
2.1.5结果

三、总结部分
3.1踩坑心得

1. 前两次作业完全没有输入合法性检测，非法输入直接程序崩溃；
2. 第一次作业中正则分组顺序错误，分组索引颠倒，导致获取到的门编号和输入引脚数量完全相反；
3. 第三次作业同一个目标引脚被两个不同源引脚驱动，属于电路短路错误，前期代码无检测，直接覆盖信号值。后期新增pinSource全局Map，记录引脚来源，重复绑定直接抛出错误信息。
   3.2改进建议
   1.三次代码中均存在硬编码字符串（引脚后缀-0、器件标识A/O/N等），建议全部抽取为全局常量，便于后期统一修改维护，减少魔法值。
   2.目前错误信息直接控制台打印，建议封装日志工具类，区分INFO、ERROR日志等级，方便调试和问题定位。
   3.所有集合取值前增加非空判断，避免空指针异常。
   4.统一使用HashMap有序集合，保证引脚遍历顺序固定，输出结果更加稳定
   5.重复访问同一引脚信号时，重复调用计算方法，可增加信号缓存机制，提升递归计算效率。
   3.3总结
   3.3.1收获
   1.从最基础的继承实现，到分层解耦、工厂模式、单一职责、开闭原则，完整经历了代码从混乱到规范、从冗余到简洁的全过程，理解了设计模式不是纸上谈兵，而是解决实际代码痛点的工具；
   2.学会了增量迭代开发思路，不一次性写出完美代码，而是先实现功能，再优化架构，最后补齐工程化容错能力；
   3.多级信号传播、递归子电路、连线语法校验都是复杂嵌套逻辑，通过拆分方法、拆分模块，能够将复杂电路仿真业务拆解为多个简单小方法；
   4.学会使用SourceMonitor分析代码圈复杂度，通过复杂度数据定位代码臃肿、分支过多的方法，针对性优化代码结构。
   3.3.2不足
   1.递归算法把控不足：子电路递归计算初期多次出现栈溢出问题，对递归终止条件、递归调用链路把控不够精准，后续需要专项练习递归算法与树结构遍历；
   2.代码健壮性考虑欠缺：前期两次作业完全忽略输入异常、边界用例，只会实现正向功能，不会考虑异常场景，后续开发需要养成先写边界测试用例、再写业务代码的习惯。
   3.工厂模式使用较为基础，没有结合反射实现彻底解耦，后续需要深入学习常用创建型、结构型设计模式，并在项目中灵活运用。
   3.3.3感悟
   三次作业从简单逻辑门到完整带错误检测、子电路复用的电路仿真器，完整复刻了小型软件的开发全流程：需求实现→架构重构→工程化完善。我深刻意识到，编程不仅仅是实现功能，更重要的是写出易读、易维护、易扩展、高健壮性的代码，后续编写代码会更加注重架构设计、异常处理和代码规范。