UML语言解析——oo第四单元总结

第一章 四单元架构总结

直接分析第三次作业架构。架构如下（为方便起见，省略工厂类，主类，UserApi）：

本单元要求实现UML解析器，其中输入元素是官方包中一个个的UmlElement与查询指令，输出是查询指令结果。第一次作业要求实现类图的查询，第二次作业新增实现顺序图查询，第三次作业增加了UML图异常检测。

根据同学们反映的情况，主流架构有两种。一是直接利用官方包的类，二是自己为每个UML元素新建自己的类。我采用了第二种架构，原因是官方UML元素中无法新增自己的属性与方法，并且包含了json文件的阅读方法，不简洁。到了第三次作业，我的架构形成了三个package，分别是Model，Collaboration，State，分别对应类图，顺序图，状态图。从架图上看，三个包中的类几乎没有耦合，这是因为UML图中这三类图本身具有独立性。

我的所有UML元素均继承自MyUmlElement，这是因为每个UML元素都有id，parent_id，name三个属性。在第三次作业中，我还为每个包增加了一个父类。具体地，Model中所有元素（除MyType，MyReference，MyNamedType）都继承自MyUmlModelElement，Collaboration中每个元素都继承自MyUmlCollaborationElement，State包中每个元素都继承自MyUmlStateElement，而MyUmlModelElement，MyUmlCollaborationElement，MyUmlStateElement都继承自MyUmlElement。这样设计可以分别归纳各类UML图元素的共性。

三次作业中需要算法的指令是关键状态判定与循环继承检测，前者是简单的DFS，后者是更复杂的DFS。对于后者，我在网上看到了Johnson算法，但是由于自身能力有限，看了接近一天还是无法理解其中的高深奥义。不过通过对Johnson算法的学习，我倒是了解了简单版的环检测算法，Johnson算法只是降低了简单版算法的时间复杂度。

我在本单元的作业采用了单例模式。我有个MyIdSet，用于存放所有MyUmlElement，以及提供查询方法。这个类是单例的，大大降低了类之间的耦合度。

我还采用了工厂模式。在UserApi的构造方法中，我调用工厂接口，将官方UmlElement传入，在工厂中构造出自己的MyUmlElement，并将其放入MyIdSet。由于UmlElent元素众多，因此Factory中不可避免地涉及到大量if-else，但是这些UserApi只会看到一个简介的Factory接口。

第二章 oo理解

在寒假我便开始预习oo，当时我认为oo的思想是将数据与方法整合到一起。当时我写C语言时便有意识地使用结构体。我写了一个计算GPA的C程序，对每个学科的学分与分数，我没有用二维数组存放，而是用结构体存放。

到了pre，课程组要求所有属性都是private的，我初步理解了面向对象的封装思想（encapsulation）。

到了第一单元，我深刻体会到了面向对象多态的好处。多态很好地适应了表达式expression，term，factor，base递归的定义。我在base处采用多态，base既可以是expression，也可以是simple base，实现了expression-term-factor-base-……的有序递归。

到了第二单元，我理解了发送消息与函数调用的关系。在协作图中，发送消息就是调用消息接收者的方法。这一点在多线程中尤为明显。在寒假，我看《Java编程思想》时就遇到了类似表述，一直不理解，到第二单元终于理解了。

到了第三单元，我学习到了规格化设计。其中一点我受益颇深，就是对象状态时时刻刻都正确是程序正确的必要条件。为此我们需要引入状态检测方法repOK()来检查不变式。这个方法类似assert()，但是assert()只检查方法的局部范围，而repOK()检查整个对象状态。

到了第四单元，由于作业比较简单，我着重培养了自己的架构思维。从第一章的分析可见，我的架构耦合度低，可扩展性好，继承实现用得很巧妙，避免了大量if-else；同时我采用了单例模式，工厂模式等设计模式。

在第四单元我进一步理解了对象是数据与方法的集合。与C语言struct的用法类似，我在一个方法中定义了方法内部类，以实现数据整合与特定方法可见的全部变量，这是Java语法与面向对象思维的升华。

方法代码如下：

private HashSet<String> checkForUmlInterface003() {
    class VertexState {
        private boolean visited = false;
        private boolean blocked = false;

        public boolean canVisit() {
            return !visited && !blocked;
        }
    }

    class Dfs {
        private final HashSet<String> resultIds = new HashSet<>();
        private final Stack<MyUmlInterface> path = new Stack<>();
        private final HashMap<MyUmlInterface, VertexState> vertices = new HashMap<>();
        private MyUmlInterface root;

        public void dfs(MyUmlInterface currentPoint) {
            for (MyUmlInterface neighbor : currentPoint.getExtendsInterface()) {
                if (neighbor.equals(root)) {
                    for (MyUmlInterface pathPoint : path) {
                        resultIds.add(pathPoint.getId());
                    }
                } else if (vertices.get(neighbor).canVisit()) {
                    vertices.get(neighbor).blocked = true;
                    path.push(neighbor);
                    dfs(neighbor);
                }
            }
            path.pop();
            vertices.get(currentPoint).blocked = false;
        }

        public HashSet<String> calculate() {
            for (MyUmlElement element : elements.values()) {
                if (element instanceof MyUmlInterface) {
                    vertices.put((MyUmlInterface) element, new VertexState());
                }
            }
            for (MyUmlInterface root : vertices.keySet()) {
                this.root = root;
                vertices.get(root).blocked = true;
                path.push(root);
                dfs(root);
                vertices.get(root).visited = true;
            }
            return resultIds;
        }
    }

    return new Dfs().calculate();
}

其中VertexState类记录了节点（MyUmlInterface）的状态，这样可以避免在MyUmlInterface中定义节点状态。Dfs用于提取图中的环，可以实现递归调用的dfs()方法共享全局变量，避免把全局变量定义在普通的类（MyIdSet）中。二者都是在第三单元基础上的进步。

第三章 测试演进

第一单元我的测试水平承接了上学期计算机组成的测试水平。我用C语言生成数据，用python的sympy库检查，数据生成逻辑与检查逻辑都很简单。我的收获有以下三点：

• 学会了sympy库函数的使用

• 评测机中设置可以调节的参数，控制数据生成规模

• 学会了在命令行使用javac编译.java程序，使用java运行.class文件

第二单元我用C++写了数据生成器与结果检查器。这一单元我的测试收获有：

• 巩固了C++语法

• 学会了使用Windows的bat脚本，大大方便了命令行评测

• 学会了打jar包，这比javac+java命令方便，并且节省时间

但是第二单元可惜的是，我只在第一次作业编写了评测机，后两次作业我嫌评测机的数据检查逻辑太麻烦了，抱着侥幸心理过了中测就没管了。结果第二次作业只有88分，第三次作业只有61分。

第三单元我被电梯最有一次作业的61分吓处心理阴影了，开始重视测试。第三单元数据生成简单，并且答案是唯一的。因此我自己写了C++数据生成器，然后用别人的jar包对拍。第三单元作业我只有第三次作业的dijkstra错了，并且这不是评测机能找到的错。

第三单元测试的收获有：

• 学会了bat脚本的进阶用法，如if，goto语句，能够一键100组数据，挂在后台运行，大大提高了效率

• 学会了部分C++STL容器，如vector，string，map的部分用法。

• 学会了模块化测试，我针对作业的每个功能要求，例如dijkstra，message，group都分别生成了数据，针对性大大增强。

• 学会了查看评测机数据生成质量，例如用专门的程序检测异常覆盖程度，进而调整评测逻辑。

• 意识到自己造边界数据的重要性。dijkstra的错误来自一字长蛇阵图没有被考虑到。事实上评测机很难通过随机生成数据构造如此特殊的图。

第四单元我的测试水平上了一个台阶：

• C++水平再上台阶。我本次用C++面向对象的方式构造了数据，内含C++的继承，大量STL容器的使用，引用与指针的使用，return by value与return by reference的选择，new对象与栈空间对象的选择

• 第一次与其他人合作开发评测机。我只负责顺序图的数据生成，其他人负责类图，状态图数据的生成，对拍器搭建以及数据质量反馈的工作

• 学会了bat字符串的用法，能够通过bat脚本获取程序运行时间（只能精确到小数点后2位，因为bat不支持浮点数）

• 学会了在bat中调用其他bat的用法

• 学会了C/C++在控制台输出彩色内容

第四章 课程收获

• 学会了Markdown的使用

• 锻炼了presentation与PPT能力，在第一单元研讨课进行了27分钟的分享

• 重视测试，这是第二单元第三次作业61分的教训

• 合作，第四单元仅仅顺序图的数据生成器就达到了412行C++，类图+状态图更是达到了1200行python之巨，一个人干太难了

• UML图：

  • 超越了UML类图，例如UML顺序图，UML状态图

  • 学会了UML图的结构，其中每个元素都是一个UML对象，以及UMLAssotiion，UMLAssociationEnd的含义

  • 学会了画漂亮的UML图，例如ctrl+l快捷键将UML类如的线变成竖直与水平的，学会了画包图（上面的图就是）

• 重视架构，架构架得好，头发掉得少，第一单元我没有重构，就是因为第一单元架构很好

• 算法：

  • 重温dijkstra，prim算法，还是堆优化的算法，实现数据结构课程的超越

  • 重温堆，自己手动搭建了堆

  • 学会了递归下降算法

  • 学会了提取有向图所有环路的简单版算法

  • 学会了并查集

第五章 课程建议

• 提高互测分值比例，不然大家到后期因为学业压力都不愿意互测了。

• 三单元的作业可以新增图论算法的指令，减少对算法要求不高的指令。目前第三单元考察了图的并查集，最短路径，最小生成树算法，其实还可以考察图的割点，环路等算法，这样可以提高我们的算法能力，同时不耽误JML的学习。第三单元是最简单的单元，是训练算法的好时机。

• 当提交不了hack数据时，显示数据不合法的原因。当前hack数据提交不上去时，只会说数据不合法，并不能知道具体不合法的原因。

• 希望前几次上机实验不要局限于黑盒测试，而是像后几次上机一样，按照空给分。上机实验通常就10多个空，有时候一个空错误就会导致黑盒数据点全错，这样扣完分数的话其实不太合理。如果按照空给分不太方便，希望对于错了很多个数据点的同学，老师助教们能手动查一下同学们填写的空。