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标签：逻辑代码 BLOG 电路电压 device 设备

前言

在完成 题目集 7 和 8 的过程中，我们进一步提升了对于物理系统模拟的理解，并掌握了更加复杂的面向对象编程技巧。这两次作业不仅在逻辑深度上更加复杂，还引入了更加丰富的设备类型与电路规则，对代码结构和算法提出了更高的要求。

家居强电电路模拟程序-3：
- 主要模拟串联与并联电路中的设备逻辑。
- 实现了开关、调速器、灯具、风扇等设备的基本状态计算，涵盖了串联与多路并联的复杂性。
家居强电电路模拟程序-4：
- 在前一版本基础上，加入了 互斥开关 和 二极管 等新设备，进一步完善了设备的物理特性模拟。
- 新增了电流限制和短路检测的功能，实现了更加严格的电路规则校验。

通过这两次题目，我们深入学习了如何运用 继承与多态 模拟不同设备的行为，如何设计具有扩展性的电路模型，并逐渐掌握了高效的调试与优化策略。

设计与分析

系统设计

本次题目以电路设备为核心，构建了一套基于继承和组合的强电电路模拟系统。系统主要包含以下模块：

设备模块：定义所有电路设备的通用属性和方法，如电压、电流、阻抗等。
控制设备：实现开关、调速器和互斥开关等设备的逻辑，负责调节电压和控制电路。
受控设备：实现灯具、风扇和窗帘的逻辑，根据输入电压计算状态（亮度、转速或开闭程度）。
电路模块：
- 串联电路：按顺序传递电压。
- 并联电路：实现电流分配和并联设备的逻辑。
主控模块：
- 负责输入解析、设备生成、电路连接及最终的模拟运行。

核心模块分析

1. 类图设计

classDiagram AbstractElectronic <|-- AbstractLight AbstractElectronic <|-- AbstractFan AbstractElectronic <|-- AbstractSwitch AbstractElectronic <|-- AbstractContinuousGovernor AbstractElectronic <|-- AbstractBinningGovernor AbstractElectronic <|-- Circuit AbstractElectronic <|-- SeriesCircuit AbstractElectronic <|-- CircuitDiagram AbstractLight <|-- Incandescent AbstractLight <|-- Fluorescent AbstractFan <|-- Fan AbstractFan <|-- FloorFan AbstractSwitch <|-- Switch AbstractContinuousGovernor <|-- ContinuousGovernor AbstractBinningGovernor <|-- BinningGovernor class AbstractElectronic { - String name - double voltage - double current - double resistance + renew() } class AbstractLight { - double brightness } class AbstractFan { - double speed } class Circuit { - List<AbstractElectronic> electronics } class SeriesCircuit { - List<AbstractElectronic> circuits } class CircuitDiagram { - List<AbstractElectronic> diagram } class Input { + String getInput() + int judgeInput() } class Controller { - CircuitDiagram circuitDiagram - Input input + void operation() + void showInfo() }

2. 模块功能

控制设备：

Switch：模拟开关的状态切换，0 状态断路，1 状态通路。
ContinuousGovernor：支持连续调节的调速器，输入比例范围为 [0.00-1.00]。
BinningGovernor：实现分档调速器的逻辑，支持四档调节。
MutualSwitch（互斥开关）：模拟二分状态，支持两种连接方式。

受控设备：

灯具：
- Incandescent：根据输入电压计算亮度，亮度在 [0-200 lux] 范围内线性变化。
- Fluorescent：两种状态，电压为 0 时亮度为 0，否则亮度恒定为 180 lux。
风扇：
- Fan：线性关系计算转速。
- FloorFan：分档计算转速。
窗帘：
- 根据所有灯光的亮度总和调整窗帘开合比例。
二极管：
- 根据电流方向判定导通或截止状态。

电路模块：

SeriesCircuit：逐个设备传递电压，遇到阻断点停止传递。
CircuitDiagram：整体管理电路拓扑结构，并计算各设备状态。

静态分析

SourceMonitor 报表分析：

代码规模与结构
代码行数 (Lines)：1100 行，表明代码规模较大，逻辑实现较复杂，适合进行模块化设计和结构优化。
语句数 (Statements)：458 条，反映代码中包含了较多逻辑处理过程，需关注核心逻辑的复杂度和效率。
类与接口数量：9 个类或接口，说明程序已采用面向对象编程思想进行设计，遵循模块化开发原则。
注释覆盖率分析
注释比例 (Percent Lines with Comments)：11.9%，注释覆盖率较低。
注释不足可能影响代码的可读性和维护性，尤其对于复杂逻辑和嵌套代码块，建议增加详细注释，以便团队成员理解和维护代码。
复杂度分析
分支语句比例 (Branch Statements)：22.1%，代码中包含较多条件分支（if-else、switch-case），逻辑分支较多，需关注条件判断的合理性及优化。
最大复杂度 (Maximum Complexity)：3，虽然复杂度总体可控，但某些方法（例如 Main.main()）仍存在复杂逻辑，可能需要拆分为多个子方法降低复杂度。
代码块深度分析：
最大代码块深度为 5，显示代码逻辑嵌套较深，可能导致理解困难和维护风险。
平均深度仅为 1.11，整体代码仍然保持一定的平坦结构，复杂逻辑集中在少量模块中。
模块设计与方法分析
方法数量与分布：平均每个类有 7.22 个方法，每个方法平均包含 6.86 条语句，表明代码方法粒度较为合理，大多数方法职责单一。
最复杂方法：Main.main() 方法位于第 7 行，被评为最复杂的方法。这表明主方法可能承担过多任务，违反单一职责原则，需要拆分逻辑。
图表分析
Kiviat Graph 图解：
显示复杂度、注释比例和嵌套深度略有失衡，注释比例偏低，复杂度部分超出合理范围，需优化设计与注释覆盖率。
Block Histogram 图解：
大部分代码块语句数较少（1~3 条），说明代码方法粒度较小，逻辑较为分散。
语句数超过 6 的代码块较少，但可能包含关键逻辑（如控制设备状态更新或电压计算），需重点关注这些代码块的优化与注释。
改进建议
注释优化：

增加注释覆盖率，尤其是复杂逻辑和关键模块（如串联与并联电路的电压传递逻辑），提高代码的可读性和维护性。
代码复杂度降低：

对 Main.main() 方法进行拆分，简化复杂逻辑，提升可维护性和扩展性。
深层嵌套代码块（最大深度 5）应拆分为子方法，以降低耦合度。
模块设计优化：

针对重复逻辑（如电压传递和设备状态更新），进一步提取公共方法，减少代码冗余。
考虑使用设计模式（如责任链模式或策略模式）优化设备控制与状态更新逻辑。
复杂度控制：

使用工具进一步分析热点模块，并对高复杂度代码进行重构，确保未来扩展时不会因复杂性导致维护困难。

核心逻辑展示

以下是电路逻辑的核心代码分析：

@Override
public void renew() {
    this.setVoltage(this.getVBefore() - this.getVAfter());
    double totalResistance = 0;
    
    for (AbstractElectronic device : electronics) {
        totalResistance += device.getResistance();
    }
    this.setResistance(totalResistance);

    boolean isBlocked = false;

    for (AbstractElectronic device : electronics) {
        if (!isBlocked) {
            device.setVBefore(this.getVBefore());
            device.setV(this.getVoltage() * (device.getResistance() / this.getResistance()));
            device.setVAfter(device.getVBefore() - device.getV());
            device.renew();

            if (device instanceof Switch && ((Switch) device).isOff()) {
                isBlocked = true;
            }
        } else {
            device.setVBefore(0);
            device.setV(0);
            device.setVAfter(0);
            device.renew();
        }
    }
}

逻辑解读：

初始化电路电压与总阻抗。
按顺序遍历设备，若电压未阻断，依次更新输入电压、电压差及输出电压。
若设备为开关且处于断开状态，标记电压阻断，后续设备状态归零。

采坑心得

在完成 家居强电电路模拟程序 系列题目时，我们经历了多次调试和优化的过程，这不仅暴露了代码中的问题，也让我深刻认识到程序设计中的陷阱和改进的方向。以下是开发过程中遇到的一些典型问题及解决方案：

1. 输入解析问题

问题描述：
在初期开发中，输入解析模块对输入格式的约束不够严格。例如：
- 串联电路和并联电路的信息中，输入引脚与设备的顺序不规范（如多余空格或换行）。
- 控制设备调节信息格式校验时，正则表达式未考虑特殊字符的干扰，导致程序无法正确识别输入。
解决方法：
- 针对输入格式重新设计了正则表达式，并加入了严格的格式化校验。
- 使用预处理机制，在正则解析前去除多余空格、换行和无效字符，确保输入规范性。
心得：
输入是整个程序的入口，必须进行严格的校验，否则后续逻辑会混乱且难以排查错误。

2. 设备状态更新的耦合性

问题描述：
在串联电路中，设备状态的更新依赖于上一个设备的输出电压。例如，开关断开后，所有后续设备的状态需要手动清零。初期设计中，状态更新和电压传递逻辑高度耦合，导致：
- 难以扩展新的设备类型（如二极管、互斥开关）。
- 程序的测试和维护难度显著增加。
解决方法：
- 将设备状态的更新逻辑独立为单独的方法 renew()，并在电路中以统一方式调用。
- 在状态更新时，优先检查上游设备的电压是否有效，避免手动干预设备状态。
心得：
过度耦合的代码是调试的大敌，通过逻辑解耦，我们不仅减少了错误发生的概率，还为后续扩展打下了基础。

3. 电路短路检测的遗漏

问题描述：
在并联电路的开发中，初期没有很好地处理设备之间的短路问题。例如：
- 并联电路中的支路可能出现同一设备的输入输出引脚直接相连，导致电流无穷大。
- 二极管的状态判断逻辑初期未严格区分正向导通与反向截止，部分情况下模拟结果不符合实际。
解决方法：
- 在并联与串联逻辑中加入短路检测功能：
  - 检查电路是否存在设备引脚直接相连的情况。
  - 若检测到短路情况，终止计算并输出错误提示 short circuit error。
- 对二极管增加方向判断机制，严格按照物理规则模拟其导通与截止状态。
心得：
短路检测是确保模拟正确性的关键，必须在电路拓扑构建完成后进行全局校验。对于复杂的设备特性（如二极管），需要充分理解其物理行为，避免因逻辑漏洞导致错误结果。

4. 电流限制的初期遗漏

问题描述：
本次迭代新增了电流限制功能，但在初期实现中，未正确考虑电流超过限制时设备的状态变化，导致：
- 部分设备在超过电流限制后仍继续工作。
- 输出中未能正确提示 exceeding current limit error。
解决方法：
- 在设备基类 AbstractElectronic 中增加 maxCurrent 属性。
- 在状态更新逻辑中加入电流校验，若电流超过限制，将设备标记为过载状态，并输出错误提示。
- 为调试方便，添加了设备电流和电阻的调试日志，用于验证计算是否正确。
心得：
对设备的物理限制建模是电路模拟的重要部分。在代码实现时，要确保模型覆盖所有可能的异常情况，并在结果中给出明确提示。

5. 并联电路逻辑的复杂性

问题描述：
并联电路的引入增加了电路模拟的复杂性，尤其是：
- 并联电路的输入电压需保持一致，但初期实现中未验证支路间电压是否统一，导致测试结果异常。
- 并联电路中包含嵌套并联时，支路电流分配计算逻辑出现混乱。
解决方法：
- 在并联电路构建阶段，统一设置所有支路的输入电压，确保一致性。
- 引入递归机制，支持并联电路的嵌套结构：
  - 在每条支路中递归调用电压和电流计算逻辑。
  - 汇总所有支路的电流，作为并联电路的总电流。
心得：
复杂的电路逻辑需要通过递归或迭代的方式逐步分解。对输入条件进行严格约束，是保证计算正确性的基础。

6. 窗帘状态与灯光亮度的关联

问题描述：
初期实现中，窗帘状态完全依赖电压高低，未能动态计算光照强度的总和。测试中，多个灯具组合的情况下，窗帘状态未能正确反映亮度变化。
解决方法：
- 为每个灯具增加光照强度的计算方法。
- 在电路总状态更新时，汇总所有灯具的亮度，计算窗帘的开合比例。
- 增加窗帘工作电压的校验，若电压不足 50V，则窗帘默认全开。
心得：
在复杂的状态关联中，确保每个环节的逻辑独立且正确，避免因一个设备的逻辑错误影响全局结果。

改进建议

代码结构优化：
- 将 串联电路与并联电路 统一抽象为 ElectricCircuit 接口，减少逻辑重复。
- 引入 责任链模式 管理电压与电流传递逻辑。
功能扩展：
- 加入电压过载保护机制，输出错误提示。
- 为设备状态增加历史记录，便于调试与回溯。
代码注释与文档化：
- 提高注释覆盖率，特别是核心逻辑部分。
- 为复杂类（如 CircuitDiagram）增加 UML 图与详细说明。

总结

这两次题目深入模拟了物理系统的复杂逻辑，让我们在继承与多态、模块化设计以及逻辑优化方面有了更多体会。通过不断调试与优化，我们不仅掌握了 电路逻辑模拟 的基本技能，还认识到抽象设计与代码解耦的重要性。希望未来能够在此基础上，进一步实现高效、可扩展的复杂系统开发。

学期总结

这一学期的 Java 面向对象程序设计课程 是一次充满挑战和收获的学习之旅。从最初的 Java 基础语法，到逐步掌握类与对象的设计，再到尝试实现复杂的功能模块，每一步都让我对编程逻辑和思维有了更深刻的认识。

在这门课程中，我收获了以下几点：

面向对象编程思想
通过大量的实践和案例，我深刻理解了 封装、继承、多态 的重要性。每当遇到复杂问题时，我开始学会从系统的视角去设计类的关系，而不仅仅是解决某个具体问题。特别是在实现电路模拟程序时，基于抽象类和接口的设计让我看到良好架构的重要性。
复杂逻辑的模块化处理
在完成多题型判分程序和电路模拟程序的过程中，我逐渐认识到模块化设计的优势。将功能划分为独立的模块（如输入解析模块、设备状态模块），不仅使代码结构更加清晰，也显著提高了代码的可维护性。
调试与优化能力
本学期的大部分编程任务都需要经过大量调试才能得到正确的结果。特别是在电路模拟程序的开发中，遇到了逻辑混乱、状态依赖等问题，通过一步步理清思路、调整代码，我的调试能力有了显著提升。
代码复用与扩展性
随着项目的迭代，我逐渐体会到如何设计可复用的代码结构。例如在电路模拟中，通过将设备特性抽象化，大幅减少了新增设备时的修改工作量。这种 设计模式 的运用，为未来的项目开发提供了宝贵经验。

这一学期的 Java 学习让我明白，编程不仅仅是一门技术，更是一种思维方式。以下是我最想表达的一些想法：

对编程的兴趣进一步加深
通过这一学期的学习，我从简单的代码实现中找到了成就感，也对编程的创造力产生了更大的兴趣。每当一个复杂的逻辑运行成功，我都感到非常满足。
感谢老师的耐心指导
在学习过程中，无论是课堂上还是课后遇到的难题，老师总是能用通俗易懂的方式为我们解答。特别是在调试和优化方面，老师给出的建议让我受益匪浅。
对未来的期待
学习 Java 面向对象编程只是一个开始，接下来我希望能学习更多关于框架和实际应用的知识，例如 Spring 框架和数据库整合。我相信这些技能会让我在以后的学习和工作中更加从容。

最后，我想对自己说一句：这一学期虽然有过焦虑和迷茫，但坚持和努力让我学到了很多。希望未来的学习中，我能继续保持对编程的热爱，不断挑战更高的目标，也希望自己的代码水平能越来越高，早日实现独立开发复杂项目的能力。

标签：逻辑,代码,BLOG,电路,电压,device,设备
From： https://www.cnblogs.com/yzjdblogs/p/18637612

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