2020年春季學期
計算機學院《軟件構造》課程

Lab 3實驗報告
1 實驗目標概述 1
2 實驗環境配置 1
3 實驗過程 1
3.1 待開發的三個應用場景 1
3.2 面向可復用性和可維護性的設計：PlanningEntry 1
3.2.1 PlanningEntry的共性操作 1
3.2.2 局部共性特征的設計方案 2
3.2.3 面向各應用的PlanningEntry子類型設計（個性化特征的設計方案） 2
3.3 面向復用的設計：R 2
3.4 面向復用的設計：Location 2
3.5 面向復用的設計：Timeslot 2
3.6 面向復用的設計：EntryState及State設計模式 2
3.7 面向應用的設計：Board 2
3.8 Board的可視化：外部API的復用 2
3.9 可復用API設計及Fa?ade設計模式 2
3.9.1 檢測一組計劃項之間是否存在位置獨占沖突 2
3.9.2 檢測一組計劃項之間是否存在資源獨占沖突 2
3.9.3 提取面向特定資源的前序計劃項 2
3.10 設計模式應用 2
3.10.1 Factory Method 3
3.10.2 Iterator 3
3.10.3 Strategy 3
3.11 應用設計與開發 3
3.11.1 航班應用 3
3.11.2 高鐵應用 3
3.11.3 進程應用 3
3.11.4 課表應用 3
3.11.5 學習活動應用 3
3.12 基于語法的數據讀入 3
3.13 應對面臨的新變化 3
3.13.1 變化1 3
3.13.2 變化2 4
3.13.3 變化3 4
3.14 Git倉庫結構 4
4 實驗進度記錄 4
5 實驗過程中遇到的困難與解決途徑 4
6 實驗過程中收獲的經驗、教訓、感想 5
6.1 實驗過程中收獲的經驗和教訓 5
6.2 針對以下方面的感受 5

1 實驗目標概述
本次實驗覆蓋課程第 3、4、5 章的內容，目標是編寫具有可復用性和可維護性的軟件，主要使用以下軟件構造技術：

子類型、泛型、多態、重寫、重載 繼承、代理、組合 常見的 OO 設計模式 語法驅動的編程、正則表達式 基于狀態的編程 API 設計、API 復用

本次實驗給定了五個具體應用（高鐵車次管理、航班管理、操作系統進程管理、大學課表管理、學習活動日程管理），學生不是直接針對五個應用分別編程實現，而是通過 ADT 和泛型等抽象技術，開發一套可復用的 ADT 及其實現，充分考慮這些應用之間的相似性和差異性，使 ADT 有更大程度的復用（可復用性）和更容易面向各種變化（可維護性）。
2 實驗環境配置
在這里給出你的GitHub Lab3倉庫的URL地址（Lab3-學號）。
https://github.com/ComputerScienceHIT/Lab3-1180300625
3 實驗過程
請仔細對照實驗手冊，針對每一項任務，在下面各節中記錄你的實驗過程、闡述你的設計思路和問題求解思路，可輔之以示意圖或關鍵源代碼加以說明（但千萬不要把你的源代碼全部粘貼過來！）。
3.1 待開發的三個應用場景
我選擇的三個應用場景：
? 航班管理
? 高鐵車次管理
? 大學課表管理
異同點：
位置的數量：分別為2個、N個和1個
僅有大學課表的位置可更改
航班為單個資源，高鐵為有序多個資源，大學課表為無序多個資源
僅有高鐵車次可阻塞
3.2 面向可復用性和可維護性的設計：PlanningEntry
該節是本實驗的核心部分。
3.2.1 PlanningEntry的共性操作
/**
* 開始計劃項
*/
public void start();

/*** 取消計劃項*/ public void cancel();/*** 完成計劃項*/ public void complete();/*** 分配計劃項*/ public void provide();/*** 獲得計劃項名稱* * @return 字符串類型的計劃項名稱*/ public String getid();/*** 獲得計劃項狀態* * @return 字符串類型的計劃項狀態*/ public String getstate();/*** 獲得計劃項在某位置處的預訂時間對* * @param 位置* @return 計劃項在該位置處的預訂時間對*/ public Lot_time getTimeslot(Location location);/*** 創建計劃項* * @param 計劃項名稱* @param 計劃項類型,1為航班,2為高鐵,4為課程* @return 一個計劃項實例*/ public static <R> CPEimlements<Resource> create(String id, int intType)

3.2.2 局部共性特征的設計方案
public abstract class CommonPlanEntry implements CPEimlements {
protected EntryState estate = WaitState.getInstance();

@Override public void provide() {if (this.estate.toString().equals("Waiting"))this.estate = estate.nextState();elseassert false;}

方法也都是采用狀態模式進行狀態轉換
3.2.3 面向各應用的PlanningEntry子類型設計（個性化特征的設計方案）
采用方案 5：CRP，通過接口組合實現局部共性特征的復用：針對方案4，通過delegation 機制進行改造。每個維度分別定義自己的接口，針對每個維度的不同特征取值，分別實現針對該維度接口的不同實現類，實現其特殊操作邏輯。進而，通過接口組合，將各種局部共性行為復合在一起，形成滿足每個應用要求的特殊接口（包含了該應用內的全部特殊功能），從而該應用子類可直接實現該組合接口。在應用子類內，不是直接實現每個特殊操作，而是通過 delegation 到外部每 個維度上的各具體實現類的相應特殊操作邏輯。

public class CourseEntry extends CommonPlanEntry implements CoursePlanEntry {
private ALEImplements sin1;
private AREImplements sin2;
private ATEImplements sin3;
private ChangeableLocationEntry cha;
private final String id;

// Abstraction function: // sin1, sin2,sin3,cha,id分別表示課程為單個位置，單個資源，單個時間對,可變位置，課程名 // Representation invariant: // sin1, sin2,sin3,id不能為null // Safety from rep exposure: // 所有屬性均為private，id設為private

public class FlightEntry extends CommonPlanEntry implements FlightPlanEntry {
private TLEImplements tle;
private AREImplements arei;
private ATEImplements atei;
private final String id;

// Abstraction function: // tle, arei,atei,id分別表示課程為兩個位置，單個資源，單個時間對，航班名 // Representation invariant: // tle, arei,atei,id不能為null // Safety from rep exposure: // 所有屬性均為private，id設為private

public class TrainEntry extends CommonPlanEntry implements TrainPlanningEntry {
private MLElmplements mle;
private BEImplements bei;
private MTEImplements mte;
private MREImplements mre;
private final String id;

// Abstraction function: // mle,be, msre,mte,id分別表示課程為多個位置，可被阻塞，多個資源，多個時間對，高鐵車次 // Representation invariant: // mle,be, msre,mte,id不能為null // Safety from rep exposure: // 所有屬性均為private，id設為private

public interface TrainPlanningEntryextendsManyLocationEntry,BlockableEntry, ManyResourceEntry, ManyTimeEntry {

接口大多相同，返回值的區別很小。
3.3 面向復用的設計：R
@Override
public boolean equals(Object obj);
/**
* 獲得一個自己的相同的資源
*
* @return Resource類型的自己的clone
/
public Resource getResourece();
/*
* 獲得一個資源的標志，例如名字
*
* @return 自己的最有特征的標志
*/
public String getbiaozhi() ;

/**

• 車廂類型的資源，不可變類
  */
  public final class Carriage implements Resource {
  private final String ID, type;
  private final int capacity, year;

  // Abstraction function:
  // number, type, capacity, year分別表示車廂的編號，類型，定員數，出廠年份
  // Representation invariant:
  // 車廂編號不能為null，定員數，出廠年份是正數
  // Safety from rep exposure:
  // 所有屬性均為private final

/**

• 飛機類型的資源，不可變類
  */
  public final class Plane implements Resource {
  private final String ID, model;
  private final int seats,age;

  // Abstraction function:
  // ID, model, seats，age分別表示飛機的編號，機型號，座位數，機齡
  // Representation invariant:
  // 飛機編號不能為null，座位數和機齡是正數
  // Safety from rep exposure:
  // 所有屬性均為private final
  /**

• 教師類型的資源，不可變類
  */
  public final class Teacher implements Resource {
  private final String ID, name, position;
  private final boolean sex;

  // Abstraction function:
  // ID, name, position分別表示教師的編號，姓名，職稱
  // sex為true表示該教師性別為男，false為女
  // Representation invariant:
  // 教師姓名和身份證號不能為null
  // Safety from rep exposure:
  // 所有屬性均為private final
  3.4 面向復用的設計：Location
  /**

• 位置
  /
  public interface Location {
  /*

  • 獲得該位置的地址名
  • @return String類型的該位置的地址名
    /
    public String getPlace();
    /*
  • 獲得相同的位置
  • @return Location類型位置的clone
    */
    public Location getLocation();
    @Override
    public boolean equals(Object obj);
    }

/**

• 機場,不可變類
  */
  public final class Airport implements Location {

  private final String longitude, latitude, name;
  private final boolean share;

  // Abstraction function:
  // longitude,latitude,place分別表示機場所在位置的經度，緯度，機場名
  // Share 表示機場是否可共享
  // Representation invariant:
  // 機場名不能為null，Share為true
  // Safety from rep exposure:
  // 所有屬性均為private final
  /**

• 教室，不可變類
  */
  public final class Classroom implements Location {
  private final String longitude, latitude, name;
  private final boolean share;

  // Abstraction function:
  // longitude,latitude,place分別表示教室所在位置的經度，緯度，教室名
  // Share 表示教室是否可共享
  // Representation invariant:
  // 教室名不能為null，Share為false
  // Safety from rep exposure:
  // 所有屬性均為private final

/**

• 高鐵站,不可變類
  */

public class Trainstation implements Location {
private final String longitude, latitude, name;
private final boolean share;

// Abstraction function: // longitude,latitude,place分別表示高鐵站所在位置的經度，緯度，機場名 // Share 表示高鐵站是否可共享 // Representation invariant: // 高鐵站不能為null，Share為true // Safety from rep exposure: // 所有屬性均為private final

3.5 面向復用的設計：Timeslot
/**

• 起止時間，不可變類
  */
  public final class Lot_time {
  private final Calendar start, end;

  // Abstraction function:
  // start, end分別表示起止時間
  // Representation invariant:
  // 開始時間,結束時間不為空
  // Safety from rep exposure:
  // 所有屬性均為private final
  public Lot_time(Calendar start, Calendar end) {
  this.start = start;
  this.end = end;
  checkRep();
  }

  /**

  • 獲得開始時間
  • @return Calendar 開始時間
    */
    public Calendar getStartTime() {
    return (Calendar) start.clone();
    }

  /**

  • 獲得結束時間
  • @return Calendar 結束時間
    */
    public Calendar getEndTime() {
    return (Calendar) end.clone();
    }

  // checkRep
  public void checkRep() {
  assert !(start == null || end == null);
  }
  3.6 面向復用的設計：EntryState及State設計模式

/**

• 一個能夠改變狀態和獲得狀態的接口
  /
  public interface EntryState {
  /*
  • 向下進行下一個狀態 *
  • @return 一個新狀態的接口
    /
    public EntryState nextState();
    /*
  • 撤銷或阻塞一個狀態
  • @return 一個新狀態的接口
    /
    public EntryState cancleState();
    /*
  • 獲得當前狀態的信息
  • @return 字符串類型的當前狀態信息
    */
    3.7 面向應用的設計：Board
    import java.util.List;

import Entry.PlanningEntry.CPEimlements;
import Resource.Resource;
/**

• 將計劃項可視化
  /
  public interface Board {
  /*
  • 將此處的計劃項可視化
  /
  public void display();
  /*
  • 選擇與自身位置匹配的計劃項，加到可視化計劃項列表中
  • @param List<PlanEntry> 一組計劃項
    */
    public void add(List<CPEimlements> entry);

*課程的可視化
*/
public class CourseBoard implements Board {
private final Location location;
private List<CPEimlements> entry;

// Abstraction function: // location, entry分別表示位置與在此位置處的計劃項集合 // Representation invariant: // location不能為空 // Safety from rep exposure: // location為private final，entries為private

/**

• 航班的可視化
  */
  public class FlightBoard implements Board {
  private final Location location;
  private List<CPEimlements> entry;
  private static final int range = 1;
  public static final int arrive = 1;
  public static final int leave = -1;
  // Abstraction function:
  // location, entry分別表示位置與在此位置處的計劃項集合
  // Representation invariant:
  // location不能為空
  // Safety from rep exposure:
  // location為private final，entries為private

/**

• 高鐵的可視化
  */
  public class TrainBoard implements Board {
  private final Location location;
  private List<CPEimlements> entry;
  private static final int range = 1;
  public static final int arrive = 1;
  public static final int leave = -1;

  // Abstraction function:
  // location, entry分別表示位置與在此位置處的計劃項集合
  // Representation invariant:
  // location不為空
  // Safety from rep exposure:
  // location為private final，entries為private
  3.8 Board的可視化：外部API的復用

調用public class Create extends JFrame{
public Create(String xinxi,Vector<Vector<?>> data, Vector name) {
table = new JTable(data, name);
scrollpane = new JScrollPane(table);
setTitle(xinxi);
setBounds(300,300,400,400);
setVisible(true);
add(scrollpane,BorderLayout.CENTER);
}
3.9 可復用API設計及Fa?ade設計模式
3.9.1 檢測一組計劃項之間是否存在位置獨占沖突
public boolean CLConflict(List<CPEimlements> entry) {
for(CPEimlements cpei1 : entry) {
for (CPEimlements cpei2 : entry) {
CoursePlanEntry cpe1=(CoursePlanEntry)cpei1;
CoursePlanEntry cpe2=(CoursePlanEntry)cpei2;
if(cpei1.getid().equals(cpei2.getid()))
continue;
if(cpe1.getEntryLocation().equals(cpe2.getEntryLocation()))
{
Calendar cpe1time = cpe1.getTime().getStartTime();
Calendar cpe2time = cpe2.getTime().getStartTime();
Calendar cpe1etime = cpe1.getTime().getEndTime();
Calendar cpe2etime = cpe2.getTime().getEndTime();
if (!(cpe1time.after(cpe2etime) || cpe1etime.before(cpe2time)))
return false;
}
}
}
return true;
}
三個都差不多，故只放一個
3.9.2 檢測一組計劃項之間是否存在資源獨占沖突
public boolean CRConflict(List<CPEimlements> entry) {
for (CPEimlements cpei1 : entry)
for (CPEimlements cpei2 : entry) {
CoursePlanEntry cpe2 = (CoursePlanEntry) cpei2;
CoursePlanEntry cpe1 = (CoursePlanEntry) cpei1;
if(cpei1.getid().equals(cpei2.getid())||cpe1.getResource()==null||cpe2.getResource()==null)
continue;
if (cpe2.getResource().equals(cpe1.getResource())) {
Calendar cpe1time = cpe1.getTime().getStartTime();
Calendar cpe2time = cpe2.getTime().getStartTime();
Calendar cpe1etime = cpe1.getTime().getEndTime();
Calendar cpe2etime = cpe2.getTime().getEndTime();
if (!(cpe1time.after(cpe2etime) || cpe1etime.before(cpe2time)))
return false;
}
}
return true;
}
3.9.3 提取面向特定資源的前序計劃項
public CPEimlements FEResource(Resource r, CPEimlements cpei,List<CPEimlements> entry) {
CoursePlanEntry cpe1 = (CoursePlanEntry) cpei;
for (CPEimlements cpei2 : entry) {
CoursePlanEntry cpe2 = (CoursePlanEntry) cpei2;
if (cpe2.getResource().equals?) {
if (cpe2.getTime().getStartTime().before(cpe1.getTime().getStartTime())) {
return cpei2;
}
}
}
return null;
}
3.10 設計模式應用
請分小節介紹每種設計模式在你的ADT和應用設計中的具體應用。
3.10.1 Factory Method
3.10.2 Iterator
Vector<Vector<?>> data = new Vector<>();
Vector name = new Vector<>();
Iterator<CPEimlements> hmx = entry.iterator();
Sort sort;
sort = new ShellSort();
sort.shell(entry, location, type);
3.10.3 Strategy
/**

• 希爾排序
  */
  public class ShellSort implements Sort {

  @Override
  public void shell(List<CPEimlements> entry, Location location, int type) {
  int i, j, k;

為數據進行排序
3.11 應用設計與開發
利用上述設計和實現的ADT，實現手冊里要求的各項功能。
只需保留你選定的三個應用即可。
3.11.1 航班應用

3.11.2 高鐵應用

3.11.3 進程應用
3.11.4 課表應用

3.11.5 學習活動應用
3.12 基于語法的數據讀入
依據給定數據的格式，可以設計正則表達式，并保存在Pattern對象中。
“Flight:(.?),([A-Z]{2}\d{2,4})\n\{\nDepartureAirport:(\w+)\nArrivalAirport:(\w+)\nDepatureTime:(.?)\nArrivalTime:(.?)\nPlane:((N|B)\d{4})\n\{\nType:([a-zA-Z0-9]+)\nSeats:(.?)\nAge:((0|(([1-9])\d))(\.\d)?)\n\}\n\}\n”)

判讀異常
異常就由頂層方法捕獲，打印文件格式不符合的信息，把現有的計劃項返回
反之就把新建的航班加入到計劃項集合中

3.13 應對面臨的新變化
只考慮你選定的三個應用的變化即可。
3.13.1 變化1
將航班的實現類的接口的繼承由之前的TwoLocationEntry改為ThreeLocationEntry

3.13.2 變化2
課程：把接口繼承由之前的SingleSortedResourceEntry改為MultipleSortedResourceEntry
3.13.3 變化3
高鐵：把父類commonPlanningEntry中的cancel重寫一下即可，讓只有未分配與阻塞狀態可取消

3.14 Git倉庫結構
請在完成全部實驗要求之后，利用Git log指令或Git圖形化客戶端或GitHub上項目倉庫的Insight頁面，給出你的倉庫到目前為止的Object Graph，尤其是區分清楚314change分支和master分支所指向的位置。
6.2 針對以下方面的感受
(1) 重新思考Lab2中的問題：面向ADT的編程和直接面向應用場景編程，你體會到二者有何差異？本實驗設計的ADT在五個不同的應用場景下使
用，你是否體會到復用的好處？
答：前者得先思考框架前期麻煩但是后期會變得更方便，后者前期可以隨心所欲地寫，但越到后面需要小心的地方就越多，出現問題多的話可能得重新開始寫代碼。修改和使用非常方便。
(2) 重新思考Lab2中的問題：為ADT撰寫復雜的specification, invariants, RI,
AF，時刻注意ADT是否有rep exposure，這些工作的意義是什么？你是否愿意在以后的編程中堅持這么做？
答：幫助作者或者使用代碼的人快速理解代碼。愿意因為這個可以減少我花費的時間。
(3) 之前你將別人提供的API用于自己的程序開發中，本次實驗你嘗試著開發給別人使用的API，是否能夠體會到其中的難處和樂趣？
答：深深的體會到了難處。
(4) 在編程中使用設計模式，增加了很多類，但在復用和可維護性方面帶來了收益。你如何看待設計模式？
答：剛開始建的時候很難，但是后來就會很好用。
(5) 你之前在使用其他軟件時，應該體會過輸入各種命令向系統發出指令。本次實驗你開發了一個解析器，使用語法和正則表達式去解析輸入文件并據此構造對象。你對語法驅動編程有何感受？
答：考慮的東西非常多，一錯就是一大片。
(6) Lab1和Lab2的大部分工作都不是從0開始，而是基于他人給出的設計方案和初始代碼。本次實驗是你完全從0開始進行ADT的設計并用OOP實現，經過五周之后，你感覺“設計ADT”的難度主要體現在哪些地方？你是如何克服的？
答：主要難在框架的構建。我向很多同學咨詢了。
(7) “抽象”是計算機科學的核心概念之一，也是ADT和OOP的精髓所在。本實驗的五個應用既不能完全抽象為同一個ADT，也不是完全個性化，如何利用“接口、抽象類、類”三層體系以及接口的組合、類的繼承、設計模式等技術完成最大程度的抽象和復用，你有什么經驗教訓？
答：熟練掌握接口的使用能讓代碼復用率變高，代碼量減少。
(8) 關于本實驗的工作量、難度、deadline。
答：工作量很大，難度其次。就是需要一直不厭其煩的修改。
(9) 到目前為止你對《軟件構造》課程的評價。
答:學到很多的知識，但難度很大，很有挑戰。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的哈工大软件构造lab3的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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