BUAA OO 第四单元总结&学期回顾
前言
第四单元是本学期OO课的最后一个单元了，愉快的OO之旅即将结束，来看看可爱的助教们给了我们什么内容作为收尾吧。本单元的任务是实现一个UML类图解析器，解析通过StarUML软件创建的UML模型的源文件。虽然比起上一单元的JML来说还是有一定难度的，但是在逐渐理解了源文件中各个元素的结构和存储方式后，完成作业的要求也只是时间问题了。
本单元架构设计
由于本单元的作业是迭代进行的，且我的代码没有经历大的重构，因此架构设计中的UML类图仅展示第三次作业的。
第一次作业
第一次作业是实现一个UML类图分析器。在作业指导书上传到Gitlab后，我便开始着手研究起来。初看上去，这次作业的官方包已经实现了输入输出接口，只需要我们实现一个MyUmlInteraction类来对输入的数据进行解析，并响应各种指令即可。但当我往下翻，看到那密密麻麻的输入样例时，我的感受是
好在上机实验和学长学姐们的博客给了我很好的启发。通过对上机题目和课上PPT的分析，我很快便熟悉了UML模型文件对各元素的存储方式。由于各元素之间存在一定的联系（例如类的继承，类与属性，方法的包含关系等），因此我自定义了MyClass，MyInterface，MyAssociationEnd和MyOperation这几个类用于存储这些关系。又由于输入元素的顺序是乱序的，因此我按照层次对输入的元素进行3次遍历，每一次只解析相应的元素，遍历顺序如下：
| 第一次遍历 | 第二次遍历 | 第三次遍历 |
|---|---|---|
| UmlClass，UmlInterface，UmlAssociationEnd | UmlAttribute，UmlOperation，UmlGeneralization，UmlInterfaceRealization，UmlAssociation | UmlParameter |
以此建立起一整个UML模型的存储结构。同时也在MyUmlInteraction类中使用HashMap来保存上述4个自定义的类，便于在输入指令时进行查询。
在实现对指令的处理时，首先通过MyUmlInteraction类中的HashMap寻找对应的类，并判断是否需要抛出异常，获取了相关的类后，再将指令下降到类内部进行执行，最后返回结果。
第二次作业
第二次作业新增了对状态图和时序图的解析。
总体来说这次作业的处理方法与第一次作业类似，都是自定义了几个类用于存储层次较高的元素，并通过几次遍历来解析相应元素。
时序图遍历顺序：
| 第一次遍历 | 第二次遍历 | 第三次遍历 |
|---|---|---|
| UmlInteraction | UmlLifeline | UmlMessage |
状态图由于层次比较杂，我分了5次遍历，顺序如下：
| 第一次遍历 | 第二次遍历 | 第三次遍历 | 第四次遍历 | 第五次遍历 |
|---|---|---|---|---|
| UmlStateMachine | UmlRegion | UmlState，UmlPseudostate，UmlFinalState | UmlTransition | UmlEvent |
相关指令同样下降到对应的类中进行查找。
第三次作业
第三次作业在前两次作业的基础上，新增了对模型有效性的检查。
在进行有效性检查时，检查的方法与前两次作业的方式类似，都是通过指令的方式进行的，只不过检查的指令会自动执行。有效性检查涉及到的错误共有8个，涵盖了UML中比较经典的几个错误。我认为比较值得注意的有以下两个：
R001：针对下面给定的模型元素容器，不能含有重名的成员(UML002)
- 针对类图中的类（UMLClass），其成员属性（UMLAttribute）和关联对端所连接的UMLAssociationEnd均不能有重名
这个规则比较容易引起歧义，当时我们在水群里也有过一番讨论，主要集中在”关联对端“是什么和这两者是否需要一起考虑两个问题上。后来基本得出结论，”关联对端“是类（UMLClass）的关联边对面的UMLAssociationEnd，而且这两者是需要同时考虑的。例如如下情况：
class A
{
int b;
B b;
}
class B
{
A a;
}
其中类A中的B类型变量b就是关联对端连接的UMLAssociationEnd的名字，而且从上述代码中int类型的变量b与它重名了，这是肯定不正确的，因此属性名字和关联对端的端点名字是需要一起考虑的。这里我使用了预处理，每次向类中添加UMLAttribute或者UMLAssociationEnd时都判断是否有重名，并将重复的名字存储起来，在检查的时候遍历即可。
R002：不能有循环继承(UML008)
- 该规则只考虑类的继承关系以及接口之间的继承关系。所谓循环继承，就是按照继承关系形成了环。
这个规则里的循环继承可能会出现多个环，需要输出环上所有节点，较为复杂，我的解决方案是定义一个存储循环继承的类的数组，遍历每一个类，只要检测到某个类在环中（通过继承关系找到自己），就只将这个类放入数组中。由于环中每一个节点都会通过继承关系找到自己，因此这一方法是可行的。
其它的有效性检测方法的查找流程也类似，只是部分需要用到一些图搜索算法（数据结构复习题）。
UML类图如下（篇幅限制，没有列出类的属性，方法）：
值得注意的是，前面作业中作为小透明存在的CheckStyle这次要大显神威了。由于CheckStyle规定了每个文件不能超过500行，而MyUmlInteraction类又需要实现相当多的指令，因此它几乎是必定会超过限制的，群里就有很多同学在吐槽行数太高了（血压上升.jpg）因此我将输入处理和模型有效性检查分别拆分成两个类，以此降低行数。
四个单元中架构设计及OO方法理解的演进（附传送门）
第一单元：表达式求导
第一单元要求实现表达式求导，重点在于学习使用面向对象思维进行程序设计。这一单元我认为难度是本学期中最大的，特别是第二次作业在难度上的跃升相当令人震撼。不过第一单元确实是面向对象思想体现得最为明显的一个单元，OO中的封装，继承和多态在其中体现得相当明显。
在架构上，由于我设计的失误以及对面向对象思想理解得不够透彻，三次作业每次都进行了重构，但这几次痛苦的经历也让我对面向对象思想有了更深入的理解，例如在数据存储上，由于表达式子项种类较多，因此可以使用一个顶级父类进行管理。求导是每一个子项都需要进行的，因此可以利用面向对象思想中的多态来完成等等。结合着神奇的递归下降法，最终我还是完成了难度最大的第三次作业。
第二单元：多线程电梯调度
第二单元要求实现一个多线程电梯并模拟其调度过程，重点在于初步了解java多线程原理，并学习对象间的交互。本单元的电梯交互模型主要采用的是生产者-消费者模型，同时还要思考如何实现线程安全（电梯吃人警告），如何提高电梯运行效率等问题。
由于我事先对架构进行了设计，并在一定程度上考虑了可拓展性，因此3次作业没有发生大规模的重构。生产者-消费者模型的运用，让我能初窥多线程乃至于多进程调度算法的一角。对不同对象间的交互，同步互斥算法的设计，也提升了我对面向对象思维的理解。
第三单元：JML模型
第三单元要求根据给出的JML模型实现对于一个社交网络的模拟，重点在于正确理解JML模型的含义，以及复习数据结构算法。这个单元主要是为了让我们理解JML模型的语法特点，只要读懂了某个方法到底是做什么的，就可以实现出来了，实现过程中需要注意使用一些效率比较高的算法，例如并查集，堆优化迪杰斯特拉算法等，防止CTLE。
第四单元：UML类图解析器
第四单元要求实现一个UML模型解析器，重点在于层次化设计思想，以及再次复习数据结构算法。这一单元需要按照层次对UML模型中的不同元素进行划分，并自顶向下依次实现，形成一个存储模型中所有元素的图。
本单元作业的逻辑结构较为清晰，虽然难度较第三单元要大，但是在理解了基本原理的条件下实现起来并不困难。同时，本单元也启发我们在进行程序设计时可以先从大局出发，进行顶层设计，做出大致框架（如在上手写代码前先设计出相应的类图），再根据设计来实现具体的代码。
总结自己在四个单元中测试理解与实践的演进
由于自己能力以及时间所限，在对程序进行测试时没有造评测机，只是通过人肉评测机+构造边界数据+与同学对拍来测试程序的正确性。在第一单元，我主要通过构造一些边界数据来测试程序的正确性；第二单元涉及到多线程以及线程间的交互，如果设计不当可能会出现CPU忙等待或者线程无法结束的情况，因此我学会了使用JProfiler来检查各个方法对CPU的使用情况，以此来配合进行测试。在第三单元里，我初步接触了JUint测试，并尝试进行了一些实践，用来配合测试。第四单元的类图解析器实际上程序间逻辑严密，很多bug甚至可以采用静态代码检查的方法找出来，同时再辅以一些手动构造的样例。除此之外，与同学进行对拍也是一种非常重要的找出bug的手段，因为这样能双方的错误都有可能被发现。
总结自己的课程收获
这门课程叫做面向对象程序设计，虽然没有从中找到对象，但它让我这个学期过得十分充实。
首先便是初步了解了面向对象的思想并通过实践加以巩固。面向对象程序构造可以说是目前比较主流的程序设计方法，比起之前学习的面向过程的设计方法，面向对象将相关的事物和方法抽象成一个整体，并让多个这样的整体各司其职，完成某个工作，逻辑更为严密，也更为自然。
其次，搭建起了多线程程序设计的基本框架。在本学期的操作系统课程中，进程调度是一个重要内容。多进程的系统中相关算法具体是如何实现的，如何避免竞争，死锁等情况的发生，OO课第二单元给了我一些启示。虽然第二单元是多线程，但是其在具体实现某些算法，例如加锁，线程间的唤醒机制等都与多进程有着很大的联系。
再者，部分掌握了java语言的使用。对于我来说，java语言可谓是久仰大名（经常玩的Minecraft就是通过java编写的），通过OO课，我了解了很多java常用的语法，容器，库，同时也掌握了一些相关工具，例如Jprofiler，JML等。
最后，OO课让我戒掉了一些拖延症。精确到天的作业安排，排得满满当当的16周练习（除了有一周放假），让我不敢拖延，也经历了一个充实的学期。说不定假期拖延症又会复发了
几个具体改进建议
1.第一单元第一次和第二次作业间难度跨度相当大，希望在指导书上能给多一些提示，例如提示可以使用递归下降法或者表达式树。
2.希望每次上机课都能给出官方答案或者有相应的反馈结果，没有结果心中也没有底。
3.第三单元的难度不是很大，个人觉得可以压缩成两次代码作业，这样也可以提早一周结束，给考期复习留下更多的时间。
