一、 前言

1.前言的前言

最近辛苦啦，谢谢你在繁忙的日子来到我的博客！
马上就2025年了，祝你新年一切顺遂呀~~

2.知识点

面向对象编程

需要创建多个类来表示不同的设备和电路类型，例如控制设备类（开关、调速器等）、受控设备类（灯、风扇、窗帘等）、串联电路类和并联电路类。每个类应该封装自己的属性和行为。

设计模式

工厂模式用于创建对象而无需指定具体的类。这可以简化代码，并使它更容易适应变化。使用组合模式，可以灵活地构造任意复杂的电路拓扑结构，并且能够一致地对待单个设备和组合设备。

电路原理

理解基本的电路连接方式（串联和并联等），以及电压、电流、电阻之间的关系。还需要考虑短路检测、电流限制等实际问题。

数据结构

使用到列表或其他集合来存储电路中的设备信息，以及处理输入输出的数据。

算法逻辑

实现计算电压、电流、亮度、转速等功能，处理用户输入的命令，并根据这些命令调整设备状态或参数。

异常处理

对于可能出现的错误情况（如短路、超过最大电流限制），需要有适当的处理机制。

输入输出管理

解析输入格式，按照指定格式输出结果。

字符串处理

用于解析输入命令和生成输出信息。

数学运算

进行各种计算，比如比例计算、条件判断等。

3.题量

需要编写多个类和方法来完成整个系统。除了核心功能外，还需处理边界情况和错误检查，确保程序健壮性。

4.难度

比较难，特别是最后一次大作业，很多情况要考虑。加上期末周，大量作业、课设、考试，大家没有很多勇气和力量去沉下心debug了。

二、设计与分析

1.题目集7的家居强电电路模拟程序3

（1）题目概述

在家居强电电路模拟程序2的基础上新增控制设备互斥开关，新增受控设备窗帘。互斥开关有三个引脚,引脚与引脚之间电阻不同，还可以正反接，受控串联根据电路中光照强度打开程度不一样。线路中包含多个串联起来的并联电路。

（2）类图展示

（3）设计思路

整体来讲，这道题没有很大的跨越。
我之前的代码就可以处理多个串联起来的并联电路，受控串联也是比较容易实现，遍历电路中设备计算光照强度即可。关键是互斥开关的处理。
之前没有特别关心过引脚的问题，对这道题及之后的迭代产生了一些抵触。我想了两种，第一种是看成两个开关，进行一些处理和判断，也将设备加入进来，最后删除。另一种是开关里面有三个电压两个电阻，计算时判断哪个引脚哪个值。但是感觉这两个都不太优雅。最后还是决定采用两个开关的，对前面的代码有所复用。

（4）源码分析

对于受控窗帘，主要是计算亮度的方法，在总电路中遍历所有设备：

public double AllBrightness(){
        double brightness=0;
        for(ElectricalDevice device : deviceALL.values()){
            if(device instanceof Light){
                brightness+=((Light)device).getParameter();
            }
        }
        return brightness;
    }

对于互斥开关，把它看作两个Switch进行处理：

class MutexSwitches extends ControlDevice {
    boolean InState2 = true; // 闸刀位置在2
    Switch switch12; // 反向也可以直接在switch里处理
    Switch switch13;
    //省略一些方法
    @Override
    public void adjustControl(String command) {
        if (command.startsWith("#" + id)) {
            InState2 = !InState2;
            if (switch12 != null)
                switch12.setR(InState2 ? 5 : Double.POSITIVE_INFINITY);
            if (switch13 != null)
                switch13.setR(InState2 ? Double.POSITIVE_INFINITY : 10);
        }
    }
    public String getStateString() {
        return InState2 ? "closed" : "turned on";
    }
}

关键函数的顺序图如下：

（5）性能评估

该文件共有847行代码，包含261个语句。分支语句占总语句的10%，代码中存在一定的条件分支逻辑，可能影响代码的可读性和维护性。方法调用语句有79个，代码模块化较好。注释行占总行数的43%，代码有较好的说明，有助于理解和维护。

在类和接口方面，代码定义了10个类或接口，每个类平均包含7.20个方法。每个方法平均包含3.51个语句。最复杂的方法位于第188行，名为MutexSwitches.adjustControl()，其复杂度为6。最深层次的代码块位于第745行，最大嵌套深度为5。整个文件的平均块深度为1.42，平均复杂度为1.72。

尽管代码较长且包含多个类和方法，但整体代码结构较为清晰，复杂度适中。注释比例较高，有助于理解代码逻辑。然而，最复杂的方法和最深层次的代码块需要进一步优化，提高代码的整体质量和可维护性。

2.题目集8的家居强电电路模拟程序4

（1）题目概述

在家居强电电路模拟程序3的基础上，增加了二极管元件，要求显示电压、限制电流、判断短路。可以并联包含并联。
细节上，考虑了各类设备的并联接入，例如，K1 的输出接到 L2 的输入，L2 的输出再接其他设备属于串联接线。K1 的输出接到 L2 的输出，同时 K1 的输入接到 L2 的输入，这种情况属于并联。没有接线的引脚默认接地，电压为0V。本系列题目中元件的管脚除了互斥开关的1引脚，其他所有引脚在电路中最多只出现一次。

（2）类图展示

（3）设计思路

管脚电压我在前面几次已经设计好了，只需要改一下输出。
二极管也类似于开关，就是要处理一下正反接的问题，没有特意处理管脚的类或方法，也没有想到很优雅的算法，所以要写很多冗余的引脚判断。
因为要检测短路和判断过载，所以要有计算电流的方法，我用电压除以电阻的方法。
但是没有接线的引脚默认接地，电压为0V等等细节的情况没考虑得很完善，对特殊情况的处理也不够细致。

（4）源码分析

串联电路计算电流的方法：

public void computeCurrent() {
        current=differenceVoltage/getR();
        if(Double.isInfinite(getR())&&Double.isInfinite(differenceVoltage)){
            current=0;
        }
        for(ElectricalDevice device : getDevices().values()){
            if(device instanceof Circuit){
                ((Circuit)device).computeCurrent();
            }
            device.setCurrent(current);
        }
    }

并联电路计算电流的方法：

 @Override
    public void computeCurrent() {
        for (ElectricalDevice device : getDevices().values()){
            if(device instanceof  Circuit) {
                ((Circuit)device).computeCurrent();
            }
        }
    }

防反接机制：

      protected double direction=1; // 正向1或反向0

      for(ElectricalDevice device : deviceListAll){
            if(device.getDirection()==0){
                device.checkVoltageDirection();
            }
        }

（5）性能评估

共有 1,183 行代码，其中包含 424 个语句。分支语句占总语句的 15.6%，方法调用语句有 126 个，注释行占总行数的 38.1%。代码中有较多的注释，有助于理解代码逻辑。

项目中共有 11 个类和接口，每个类平均包含约 9 个方法。每个方法的平均语句数为 4.23，方法较为简洁，易于理解和维护。最复杂的代码段出现在第 292 行的 MutexSwitches.adjustControl() 方法中，其复杂度为 6。

最大块深度为 5，平均块深度为 1.36，代码结构相对简单，没有过多的嵌套逻辑或复杂的控制流。整体而言，平均复杂度为 1.78，说明代码整体上较为清晰，没有过多的复杂逻辑。

较高的注释比例（38.1%）表明代码具有较好的可读性和可维护性。较少的分支语句（15.6%）和较高的方法调用语句（126 个）表明代码可能采用了模块化的设计，通过调用多个方法来实现功能，而不是在一个方法中处理所有逻辑。

综上所述，该程序在代码质量和可维护性方面表现良好，具有较高的代码清晰度和较低的复杂度。

三、踩坑心得

1.题目集7的家居强电电路模拟程序3

（1）问题

问题：互斥开关的处理上，看做了两个开关，将这两个开关的设备也加入电路的设备中。

最后输出要进行删除的特别处理。

此时，报了以下错误：

解决：ConcurrentModificationException ，并发修改异常，这是由于一边对ArrayList遍历，一边操作其中的元素造成的。于是，又创建了一个这个ArrayList的副本ArrayList，进行删除，代码如下：

（2）问题

问题：把互斥开关看成两个开关还有一个问题，如果只连接了互斥开关的某两个引脚，又没有特殊处理的。

会有空指针异常。

解决:要在多个地方对两个开关判断非空才进行处理，感觉还是很丑陋的写法。类似下面的代码：

（3）问题

接下来是最后让我改了两天的三个测试点......
问题：多串联电路的一个测试点。

解决：测了许多的串联的样例才解决，是总电路的电压初始化有问题。

（4）问题

问题：32,33没过。

解决：这个是去掉了一个判断条件就可以了。

如图，去掉了注释中的判断条件。但是有没有这个对电阻的判断，在逻辑上似乎是相同的。我猜测是精度问题，一些数学和编程的不等同性，但是不确定。至于下面那个为了提高精度同时乘以100000的操作，是我的一些尝试，并不影响正确性也没有让我改对。

附上一个知识点：
在Java中，当尝试将一个浮点数（float或double）除以0时，结果不会抛出异常。相反，根据IEEE 754标准，这种操作会得到一个特殊值：
如果被除数是正数，那么结果将是正无穷大（+Infinity）。
如果被除数是负数，那么结果将是负无穷大（-Infinity）。
如果被除数是0.0，那么结果将是NaN（Not-a-Number），表示结果是未定义的。
这些特殊情况可以通过Float或Double类中的常量来表示，例如Double.POSITIVE_INFINITY, Double.NEGATIVE_INFINITY, 和 Double.NaN。同时，可以使用Double.isInfinite()方法来检查一个值是否为无穷大，以及用Double.isNaN()来检查一个值是否为NaN。
在Java中，如果尝试将一个整数（int或long）除以0，这会导致运行时异常。具体来说，程序会抛出一个ArithmeticException，其错误信息通常是/ by zero。这是因为对于整数类型，除以零的操作是未定义的，并且被认为是非法操作。

2.题目集8的家居强电电路模拟程序4

（1）问题

问题：输出顺序的问题，因为特殊处理，虽然反接不影响电路特性，但是影响输出的结果。
解决：设置接入反向的标记，输出前特殊处理。

（2）问题

问题：
解决：输出一些数据看一看，哦，原来是无穷除以无穷会NaN啊。

就增加一个判断条件。但是这个好像没有在测试点内，改了分数没变。

同理，我想也该对0除以0的情况判断，比如并联电路一路中只有一个正接的二极管的情况。也增加了判断条件，也确实过了一部分，但是之前的一部分测试点又过不去了，反而分数更低了，花了很长时间，到最后也没想明白应该怎么改。但是也算努力过了。

四、改进建议

(1)降低复杂度的操作

buildInfo方法圈复杂度比较高，对其进行了降低复杂度的操作。
提取子功能：将不同的逻辑部分提取到独立的方法中，这样每个方法只负责一个特定的任务。
减少嵌套层级：通过提前返回来减少代码的嵌套层级。
简化条件判断：合并相似的条件判断，避免重复代码。

(2)避免硬编码值

将常量（如电压值、电阻值）定义为静态最终变量，这样不仅便于维护，还可以通过改变一个地方的值来影响整个系统的行为。

public static final double DEFAULT_INPUT_VOLTAGE = 220;

(3)在构造函数中初始化

MutexSwitches类中的成员变量switch12和switch13可能为空，这可能导致空指针异常。在构造函数中初始化这些成员变量，或者确保它们总是被正确赋值。这样会合适一些。

(4)改进状态管理

对于像Switch和MutexSwitches这样的控制设备，它们的状态变化可能会影响系统的整体行为。可以考虑引入状态模式来更好地管理和追踪这些设备的状态转换。

(5)使用枚举替代字符串标识

对于像引脚名称（如 "VCC" 或 "IN"）这样的固定标识符，建议使用枚举类型而不是字符串常量。这不仅能减少拼写错误的风险，还可以提供更好的编译时检查和支持IDE的自动完成功能。

(6) 单一职责的重构

一些类承担了过多的责任，比如电路类，它不仅管理设备和连接，还处理电压计算、电流检查和状态打印。可以考虑将这些功能分解到不同的类或方法中，每个类或方法只负责一个具体的任务。例如，可以给管教分一个类，这样很多逻辑会清晰许多，再例如，创建一个专门用于计算电路参数（如电压和电流）的类。

五、总结分析

这两次大作业让我感到我的类的设计还有很多不合理的地方，代码也不够健壮，不能处理很多特殊情况。这体现了我在这方面的欠缺，不应该只习惯于上手写代码，遇到问题应该先分析和设计，思考解决方案，后续还应该多学习设计模式，多练习，多体会，多总结。

六、学期总结

在这学期的Java课程中，我受益匪浅。除了编程方面的知识，还学习了面向对象的编程思想，我觉得这给我提供一种新的思考方式，它鼓励我以更加结构化、模块化的方式来思考和解决问题。单一职责原则、开放封闭原则、里氏替换原则、迪米特法则等设计原则，不仅是设计与编程的指导，对生活也很有启发，比如，专注于做好一件事，在不破坏已有稳定状态的前提下寻求成长和发展空间，确保替代方案至少能达到原有标准等。我想，这也是理工科的浪漫之处。
调试到深夜只剩电脑微光照在脸上的孤勇，会被绞尽脑汁之后通过测试点的舒畅所抚慰。总是功利地紧张地追求分数，脆弱的心态的不断崩塌又重建，迷失在黑夜里的时候，大致无愧于心的追寻与学习就是意义本身。不管怎么样，过去的好的坏的我都可以去接受。

总结的总结

Java课结束了，这学期的艰巨任务还没有结束，人生一直在路上，一起继续前进吧~
最后，发自内心地感谢在Java以及其他课程的学习中帮助过我的亲爱的老师和同学！
也感谢可爱的你这么认真的读完我的博客！