北航面向对象2022第一单元作业总结

BUAAOO第一单元作业总结

本博客是对2022面向对象第一单元作业的总结，主要内容包括本人的作业设计，作业过程中发现的问题及对问题的分析，以及小灵感和大隐患（优缺点）。作为整个oo课的第一单元，让我在这里做一个总结，为掺杂着些许遗憾的舟车劳顿之旅画上一个暂时的句号。

hw_1

第一次作业的目标相对简单，我们只需要实现完成单变量多项式的括号展开，其中因子只包含了变量因子（幂函数），常数因子，表达式因子三类。并且由于括号层数限制，至多只有一层嵌套。

程序结构

以下是我的第一次作业的程序结构，通过类图展示：

 

在第一次作业的建模中，我没有太注意类之间的关系，还是沿袭了老一套做法。相比于助教在实验中给出的逐层解析，我的运算逻辑显得有些隐晦难懂，这也导致了我在第二次作业中遇到了棘手的问题，而不得不小范围重构。

其中，MainFunction类作为函数启动和调用的主体，Expression类作为表达式存储以及处理的单位，Term类作为项的单位，而Factor将常数和幂函数统一起来，构成了底层因子类。为了使得调理相对清晰一点，我把每个类有关的处理方法，单独拿了一个类出来进行编辑。但事实证明了这种形式化的类处理并不能让程序的可延展性变好。（在第二次作业中吃亏）

总的来说，虽然看起来第一次作业，我的结构方面设计存在一些问题（上面已经指出），但是我想到了一些处理方法，和一些优秀同学的思路类似，并且后续也都得到了很好的应用，在此我也想介绍以下这些内容的精妙之处。

1. 因子逐层递归下降：第一次作业有一个很大的门槛在于，项的因子是由‘*’号相互连接的，但是这其中可能会有套着括号的表达式因子在暗处埋伏你，让你的常规存储策略一筹莫展。对此，我初步构建起一个想法，便是由上至下逐层把一个初始的表达式，一步步分解成如下形式。

//表达式 -> 项（若干）
//项 -> 底层因子（幂函数以及常数） + 表达式

//final 项 -> 底层因子（幂函数以及常数）

由于表达式总是会拆成项，而项总会拆成新的因子，因而，存在位于最底层的项，它的内部只含有底层因子，这样，嵌套起来的括号就形同虚设了，我们可以直接捣入内部获取底层因子。在后期，这个逐步下降的模式，也为我由下至上获取结果提供了方便。

2. 正负号处理：在第一次作业指导书发下来以后，这个正负号的存在当真让我伤了脑筋，因为你不知道什么地方表达式，项，带符号常数因子的符号就会堆起来埋伏你。为了“一劳永逸”，我研究了以下符号规律，最后决定在表达式处理的空白符删除操作之后，就立马把符号的问题全部解决掉。具体实现如下：

// search for '+' || '-'
// if the last char is '*' （钻了个小空子，乘号和指数后，若有，则一定是正负号，并且单独成行）
// 　　'+' : throw away ; '-' : use '!' instead (代表此因子的符号，后续会谈到符号处理)
// else 
//　　combine with the '+'/'-' before to get the compute sign（此为项与项之间的运算符，由于个数补丁，尝试与前面的符号进行合并）

//tips : be significantly careful about the boundary （边界问题是永远的痛）

3. 符号规定：在上一步确定了正负号以后，我们就会有符号的处理等着我们。这里我采用策略是，给表达式因子，项因子，底层因子，均设立符号属性。在自底向上的过程中，运算到项这一层时，便会把所有隶属于它的表达式因子以及底层因子的符号交予它，并与自己的符号一起做一个运算，这样，就可以确定它最后的符号。在最后的合并之前，只需要针对这些符号做一点小小的处理，就能解决问题了。

度量分析

以下是对程序中类及其方法度量分析：

 

 

在类分析中，很明显地发现主函数，ExForm函数，TermAnalyse函数的各项复杂度明显超标了，在扩展性和维护性上明显不足，这也给第二次作业的重构埋下了隐患。

 

 

 

 

在方法分析中，也明显可以看到，复杂度比较高的类中，有这样一些函数的非结构化程度很高，圈复杂度大，也印证了前面的想法。

BugAndHack

在第一次作业中，虽然有些部分的实现有些不那么面向对象，但是还是勉强过去了强测。但在互测中被hack就是另一回事了。说实话一整天自己被hack烂的时候心态都裂开了（bushi)。

本次作业在hack中出现了一个bug，问题出在化简的过程中，虽然符号考虑周全了，但是面对+0的时候，我没有采取输出，但-0的存在被我忽视掉了，结果导致了结果末尾输出“-”的尴尬情况。这让我意识到了字符串处理完毕后，输出中很有可能存在考虑不周全，从而导致bug出现的状况。

而我在这次作业中慌了神，也没有良好的互测策略，最终没有在同组其他人身上发现bug。

 

hw_2

第二次作业一发出直接给我干懵了，新增了三角函数，自定义函数以及求和函数三个重量级选手。由于第一次我太依赖于固定统一的幂函数factor类型，导致我在思考数据存储的时候花费了大量时间，基本上重新构造了整个数据体系。最后我选择新建triFunc类做三角函数存储，factor存储幂函数部分以及三角函数部分，再新建Funtion类存储函数结构，Functiontrf做函数转换；新建SumDemo做求和处理。

程序结构

以下是我的第二次作业的程序结构，通过类图展示：

在第二次作业中，我对架构进行了一个相对大的调整，也花了我比较多的时间，主要是想把括号和函数因子的处理做的相对系统一些。

在图中各个部分已经把内容和功能写的比较清晰了，对各类的含义这里就不再赘述。

这里我对结果归纳这一部分有一个比较深刻的思考，最后才能在解析完所有因子的基础上，成功解决整个部分的计算问题，我想对这个部分做一个分享：

　　在我的体系结构中，最底层的包括幂函数（含常数）因子，以及三角函数因子，他们构成了我们系统的计算单元，就是说，解析到最底层就是一个个的计算单元。解析完毕以后，我们需要自下而上的进行计算。这里的计算逻辑如下：

//自上而下的解析
//表达式 -> 项（若干）
//项 -> 底层因子（幂函数以及三角函数）（区别于第一次） + 表达式

//final 项 -> 底层因子

//自下而上的计算
//原则：
//1. 结果项交给表达式因子用一个项的数组存储
//2. 基础项化成结果项的步骤：内部因子放入结果项，结果项与各个表达式因子相乘 -> 若干个结果项

//final 项 -> 结果项：（只含有底层因子）
//表达式因子 * 表达式因子 -> 表达式因子 * （项 + 项 + ···）
//项 * 表达式因子 -> 项 * （结果项 + 结果项 + ···）
//项 * 结果项 （把底层因子放到两个新数组分别保管，构成新的项）-> 结果项 （即）
//···
//基础表达式 拥有所有的结果项求和的形式 -> 输出

 

度量分析

以下是对程序中类及其方法度量分析：

 

可以发现，我们的类的整体OC明显下降，因为我们做了许多对象之间的协调工作，让每个类更好地各司其职了。但是整体复杂度有上升，这是因为我们的程序实现功能更加复杂了。

 

 

可以发现，我们的程序在构造上的复杂度比第一次好了一些，问题主要出在输出和解析上，它们的循环度太高，分析原因主要是出在面向过程上，还没有彻底地全面切换到面向对象的意识上。

BugAndHack

在第二次作业中，自己对程序的构造思考了很久，也加以了相当规模的重构，因而有些手忙脚乱。事实证明了，强测中，有三个点指向了我的一个相同小问题，让我直接定点爆破了。可以说在好不容易结束了困难工作以后的松懈，直接击破了我的美好幻想。（>_<)顺带一提，这个bug是sum函数内i做替换时，我使用了课上同学推荐的捕获组，然后由于括号的问题，识别不到i，直接re。

在hack的过程中，我尝试了课程组说的从代码到bug，确实很好用（就是有些代码看起来很费劲）。我最后通过sum函数，以及自定义函数，发现了同组的三个bug，分别指向i**2的表达式指数问题，由大数加到小数时取得0的问题，以及BigInteger的问题。但由于未开放相应的互测功能，所以我实际上没有在平台上成功hack（线下hack成功，乐）。

hw_3

第三次作业需要我们完成自定义函数，三角函数，括号均允许嵌套的情况，在hw_2费劲脑筋后，这就显得非常简单了，因为我在第二次作业中已经针对嵌套问题做了很多思考，实际上最后并没有更多添加的内容。

程序结构

以下是我的第三次作业的程序结构，通过类图展示：

 

 可以发现，只添加了simplifier类中的新化简函数，以及三角函数内的嵌套处理新函数。

度量分析

 

在第三次的架构中，我们进一步让程序各个类的复杂性下降了，这在OCavg里得到了明显的体现。

 

由于没有过多的更改，可以发现相比于第二次作业的方法复杂度没有太大变化。但好消息是增加嵌套并没有让复杂度上升，坏消息是也没办法做太多优化，仍然维持在一个较差的复杂度水平。

BugAndHack

在第三次作业的测试中，我讲究了互测策略，基于第二次互测的经验，我直接采用按点构造的方法，成功巨量hack同房间的人。主要发现的问题还是在sum函数中，与第二次的问题基本一致，做到了总共8次有效hack，并且针对了3个不一样的问题（一刀多人×）。

在自己的程序中，由于对新加的程序有一些自信，但在强测中还是败下阵来，一方面是hw_2的历史遗留问题，参数输入有误，一方面是函数循环嵌套以后，没有对表达式做最新更新，导致数组内容变化，i的指向有误而忽略变量。总之一行代码就修复的问题，让我追悔莫及测试上的问题了，这让我对自我测试有了深深的反思(真诚)。

另外值得一提的是，三次BugAndHack让我顺利认识到了bug的出现与复杂度问题的关联。我相信大多数人在本单元中，有两个方面都是下足了功夫在处理。一个是parse部分，一个是output部分。很容易预见，这两个部分的复杂性稍有不慎，就会突破天际（我就是反例×）。我在强测前测试自己的bug时，就狠狠地盯着output去括号的简化部分做了巨量测试，发现了一堆问题（虽然还是没发现完）。这也说明了复杂性与bug出现频率的关系。（以后也需要在这个方面尽量下功夫去避免bug的出现）

架构设计体验

在第一单元作业中，我深深感受到了架构设计的重要性。从第一次作业到第二次，实际上有非常多的内容增加，但并没有本质上的变化。但我由于过于专注幂函数的构造，导致新的内容来临时直接措手不及，不得不想办法重构。在第二次作业进行完善的处理以后，我对自己的架构有了比较清晰的认识，因而可以比较顺利地过渡到第三次作业的嵌套，可以说是吃到了架构的甜头，一步到位了。

总而言之，一个良好的初始架构是非常重要的。在面向对象的世界里，一些具体的内容理应被更加抽象化，从而更好地融入到对象中，使得可扩展性上升、以及复杂度的下降。这样，即使在面对三角函数、自定义函数、求和函数的增量开发时，也不会慌了手脚，能逐步在既有的内容上稳步前进。

心得体会

第一单元，我算是在煎熬与痛苦中获得新生了。一方面，没想到的上手门槛（指第一次的作业和pre的巨大反差）让我直接对开学产生了怀疑；另一方面，在强测和互测中被干碎也让我有点小痛苦。但是我觉得这不是我裹足不前的理由。

面对上手的困难，我及时想到了办法撑过了第一次的设计，并且对后续的架构进行了假想，并成功走好了第二次到第三次的架构升级。面对互测的失利，我参考了hack的策略，一步步到最后成为刀人能手（bushi），让我意识到测试和找特定问题的方法与途径。这些实际上都是我成长的见证，也是我反思自我的良药。

应该来说，我非常感谢oo课的设计与安排，它让我意识到了设计上的格局是一件多么重要的事情，实现一个任务，并不是心浮气躁地无脑冲锋，应该是在思考周全以后小心大胆地反复求证。在实现功能以后，也要沉得住气，反复斟酌自己易出错之处的逻辑关系。oo课的第一单元让我认识到了这些，我认为这比单纯的分数要来的重要的多，它会成为我后面课程的奠基，让我慢慢深入面向对象的下一个世界。