哈工大软件构造lab3

2020年春季学期
计算机学院《软件构造》课程

Lab 3实验报告
1 实验目标概述 1
2 实验环境配置 1
3 实验过程 1
3.1 待开发的三个应用场景 1
3.2 面向可复用性和可维护性的设计：PlanningEntry 1
3.2.1 PlanningEntry的共性操作 1
3.2.2 局部共性特征的设计方案 2
3.2.3 面向各应用的PlanningEntry子类型设计（个性化特征的设计方案） 2
3.3 面向复用的设计：R 2
3.4 面向复用的设计：Location 2
3.5 面向复用的设计：Timeslot 2
3.6 面向复用的设计：EntryState及State设计模式 2
3.7 面向应用的设计：Board 2
3.8 Board的可视化：外部API的复用 2
3.9 可复用API设计及Façade设计模式 2
3.9.1 检测一组计划项之间是否存在位置独占冲突 2
3.9.2 检测一组计划项之间是否存在资源独占冲突 2
3.9.3 提取面向特定资源的前序计划项 2
3.10 设计模式应用 2
3.10.1 Factory Method 3
3.10.2 Iterator 3
3.10.3 Strategy 3
3.11 应用设计与开发 3
3.11.1 航班应用 3
3.11.2 高铁应用 3
3.11.3 进程应用 3
3.11.4 课表应用 3
3.11.5 学习活动应用 3
3.12 基于语法的数据读入 3
3.13 应对面临的新变化 3
3.13.1 变化1 3
3.13.2 变化2 4
3.13.3 变化3 4
3.14 Git仓库结构 4
4 实验进度记录 4
5 实验过程中遇到的困难与解决途径 4
6 实验过程中收获的经验、教训、感想 5
6.1 实验过程中收获的经验和教训 5
6.2 针对以下方面的感受 5

1 实验目标概述
本次实验覆盖课程第 3、4、5 章的内容，目标是编写具有可复用性和可维护性的软件，主要使用以下软件构造技术：

子类型、泛型、多态、重写、重载
继承、代理、组合
常见的 OO 设计模式
语法驱动的编程、正则表达式
基于状态的编程
API 设计、API 复用

本次实验给定了五个具体应用（高铁车次管理、航班管理、操作系统进程管理、大学课表管理、学习活动日程管理），学生不是直接针对五个应用分别编程实现，而是通过 ADT 和泛型等抽象技术，开发一套可复用的 ADT 及其实现，充分考虑这些应用之间的相似性和差异性，使 ADT 有更大程度的复用（可复用性）和更容易面向各种变化（可维护性）。
2 实验环境配置
在这里给出你的GitHub Lab3仓库的URL地址（Lab3-学号）。
https://github.com/ComputerScienceHIT/Lab3-1180300625
3 实验过程
请仔细对照实验手册，针对每一项任务，在下面各节中记录你的实验过程、阐述你的设计思路和问题求解思路，可辅之以示意图或关键源代码加以说明（但千万不要把你的源代码全部粘贴过来！）。
3.1 待开发的三个应用场景
我选择的三个应用场景：
• 航班管理
• 高铁车次管理
• 大学课表管理
异同点：
位置的数量：分别为2个、N个和1个
仅有大学课表的位置可更改
航班为单个资源，高铁为有序多个资源，大学课表为无序多个资源
仅有高铁车次可阻塞
3.2 面向可复用性和可维护性的设计：PlanningEntry
该节是本实验的核心部分。
3.2.1 PlanningEntry的共性操作
/**
* 开始计划项
*/
public void start();

/*** 取消计划项*/
public void cancel();/*** 完成计划项*/
public void complete();/*** 分配计划项*/
public void provide();/*** 获得计划项名称* * @return 字符串类型的计划项名称*/
public String getid();/*** 获得计划项状态* * @return 字符串类型的计划项状态*/
public String getstate();/*** 获得计划项在某位置处的预订时间对* * @param 位置* @return 计划项在该位置处的预订时间对*/
public Lot_time getTimeslot(Location location);/*** 创建计划项* * @param 计划项名称* @param 计划项类型,1为航班,2为高铁,4为课程* @return 一个计划项实例*/
public static <R> CPEimlements<Resource> create(String id, int intType)

3.2.2 局部共性特征的设计方案
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;}

方法也都是采用状态模式进行状态转换
3.2.3 面向各应用的PlanningEntry子类型设计（个性化特征的设计方案）
采用方案 5：CRP，通过接口组合实现局部共性特征的复用：针对方案4，通过delegation 机制进行改造。每个维度分别定义自己的接口，针对每个维度的不同特征取值，分别实现针对该维度接口的不同实现类，实现其特殊操作逻辑。进而，通过接口组合，将各种局部共性行为复合在一起，形成满足每个应用要求的特殊接口（包含了该应用内的全部特殊功能），从而该应用子类可直接实现该组合接口。在应用子类内，不是直接实现每个特殊操作，而是通过 delegation 到外部每个维度上的各具体实现类的相应特殊操作逻辑。

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分别表示课程为单个位置，单个资源，单个时间对,可变位置，课程名
// Representation invariant:
// sin1, sin2,sin3,id不能为null
// Safety from rep exposure:
// 所有属性均为private，id设为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分别表示课程为两个位置，单个资源，单个时间对，航班名
// Representation invariant:
// tle, arei,atei,id不能为null
// Safety from rep exposure:
// 所有属性均为private，id设为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分别表示课程为多个位置，可被阻塞，多个资源，多个时间对，高铁车次
// Representation invariant:
// mle,be, msre,mte,id不能为null
// Safety from rep exposure:
// 所有属性均为private，id设为private

public interface TrainPlanningEntryextendsManyLocationEntry,BlockableEntry, ManyResourceEntry, ManyTimeEntry {

接口大多相同，返回值的区别很小。
3.3 面向复用的设计：R
@Override
public boolean equals(Object obj);
/**
* 获得一个自己的相同的资源
*
* @return Resource类型的自己的clone
/
public Resource getResourece();
/*
* 获得一个资源的标志，例如名字
*
* @return 自己的最有特征的标志
*/
public String getbiaozhi() ;

/**

车厢类型的资源，不可变类
*/
public final class Carriage implements Resource {
private final String ID, type;
private final int capacity, year;

// Abstraction function:
// number, type, capacity, year分别表示车厢的编号，类型，定员数，出厂年份
// Representation invariant:
// 车厢编号不能为null，定员数，出厂年份是正数
// Safety from rep exposure:
// 所有属性均为private final

/**

飞机类型的资源，不可变类
*/
public final class Plane implements Resource {
private final String ID, model;
private final int seats,age;

// Abstraction function:
// ID, model, seats，age分别表示飞机的编号，机型号，座位数，机龄
// Representation invariant:
// 飞机编号不能为null，座位数和机龄是正数
// Safety from rep exposure:
// 所有属性均为private final
/**
教师类型的资源，不可变类
*/
public final class Teacher implements Resource {
private final String ID, name, position;
private final boolean sex;

// Abstraction function:
// ID, name, position分别表示教师的编号，姓名，职称
// sex为true表示该教师性别为男，false为女
// Representation invariant:
// 教师姓名和身份证号不能为null
// Safety from rep exposure:
// 所有属性均为private final
3.4 面向复用的设计：Location
/**
位置
/
public interface Location {
/*
- 获得该位置的地址名
- @return String类型的该位置的地址名
  /
  public String getPlace();
  /*
- 获得相同的位置
- @return Location类型位置的clone
  */
  public Location getLocation();
  @Override
  public boolean equals(Object obj);
  }

/**

机场,不可变类
*/
public final class Airport implements Location {

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

// Abstraction function:
// longitude,latitude,place分别表示机场所在位置的经度，纬度，机场名
// Share 表示机场是否可共享
// Representation invariant:
// 机场名不能为null，Share为true
// Safety from rep exposure:
// 所有属性均为private final
/**
教室，不可变类
*/
public final class Classroom implements Location {
private final String longitude, latitude, name;
private final boolean share;

// Abstraction function:
// longitude,latitude,place分别表示教室所在位置的经度，纬度，教室名
// Share 表示教室是否可共享
// Representation invariant:
// 教室名不能为null，Share为false
// Safety from rep exposure:
// 所有属性均为private final

/**

高铁站,不可变类
*/

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

// Abstraction function:
// longitude,latitude,place分别表示高铁站所在位置的经度，纬度，机场名
// Share 表示高铁站是否可共享
// Representation invariant:
// 高铁站不能为null，Share为true
// Safety from rep exposure:
// 所有属性均为private final

3.5 面向复用的设计：Timeslot
/**

起止时间，不可变类
*/
public final class Lot_time {
private final Calendar start, end;

// Abstraction function:
// start, end分别表示起止时间
// Representation invariant:
// 开始时间,结束时间不为空
// Safety from rep exposure:
// 所有属性均为private final
public Lot_time(Calendar start, Calendar end) {
this.start = start;
this.end = end;
checkRep();
}

/**
- 获得开始时间
- @return Calendar 开始时间
  */
  public Calendar getStartTime() {
  return (Calendar) start.clone();
  }
/**
- 获得结束时间
- @return Calendar 结束时间
  */
  public Calendar getEndTime() {
  return (Calendar) end.clone();
  }
// checkRep
public void checkRep() {
assert !(start == null || end == null);
}
3.6 面向复用的设计：EntryState及State设计模式

/**

一个能够改变状态和获得状态的接口
/
public interface EntryState {
/*
- 向下进行下一个状态 *
- @return 一个新状态的接口
  /
  public EntryState nextState();
  /*
- 撤销或阻塞一个状态
- @return 一个新状态的接口
  /
  public EntryState cancleState();
  /*
- 获得当前状态的信息
- @return 字符串类型的当前状态信息
  */
  3.7 面向应用的设计：Board
  import java.util.List;

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

将计划项可视化
/
public interface Board {
/*
- 将此处的计划项可视化
/
public void display();
/*
- 选择与自身位置匹配的计划项，加到可视化计划项列表中
- @param List<PlanEntry> 一组计划项
  */
  public void add(List<CPEimlements> entry);

*课程的可视化
*/
public class CourseBoard implements Board {
private final Location location;
private List<CPEimlements> entry;

// Abstraction function:
// location, entry分别表示位置与在此位置处的计划项集合
// Representation invariant:
// location不能为空
// Safety from rep exposure:
// location为private final，entries为private

/**

航班的可视化
*/
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分别表示位置与在此位置处的计划项集合
// Representation invariant:
// location不能为空
// Safety from rep exposure:
// location为private final，entries为private

/**

高铁的可视化
*/
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分别表示位置与在此位置处的计划项集合
// Representation invariant:
// location不为空
// Safety from rep exposure:
// location为private final，entries为private
3.8 Board的可视化：外部API的复用

调用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 可复用API设计及Façade设计模式
3.9.1 检测一组计划项之间是否存在位置独占冲突
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;
}
三个都差不多，故只放一个
3.9.2 检测一组计划项之间是否存在资源独占冲突
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 提取面向特定资源的前序计划项
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 设计模式应用
请分小节介绍每种设计模式在你的ADT和应用设计中的具体应用。
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
/**

希尔排序
*/
public class ShellSort implements Sort {

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

为数据进行排序
3.11 应用设计与开发
利用上述设计和实现的ADT，实现手册里要求的各项功能。
只需保留你选定的三个应用即可。
3.11.1 航班应用

3.11.2 高铁应用

3.11.3 进程应用
3.11.4 课表应用

3.11.5 学习活动应用
3.12 基于语法的数据读入
依据给定数据的格式，可以设计正则表达式，并保存在Pattern对象中。
“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”)

判读异常
异常就由顶层方法捕获，打印文件格式不符合的信息，把现有的计划项返回
反之就把新建的航班加入到计划项集合中

3.13 应对面临的新变化
只考虑你选定的三个应用的变化即可。
3.13.1 变化1
将航班的实现类的接口的继承由之前的TwoLocationEntry改为ThreeLocationEntry

3.13.2 变化2
课程：把接口继承由之前的SingleSortedResourceEntry改为MultipleSortedResourceEntry
3.13.3 变化3
高铁：把父类commonPlanningEntry中的cancel重写一下即可，让只有未分配与阻塞状态可取消

3.14 Git仓库结构
请在完成全部实验要求之后，利用Git log指令或Git图形化客户端或GitHub上项目仓库的Insight页面，给出你的仓库到目前为止的Object Graph，尤其是区分清楚314change分支和master分支所指向的位置。
6.2 针对以下方面的感受
(1) 重新思考Lab2中的问题：面向ADT的编程和直接面向应用场景编程，你体会到二者有何差异？本实验设计的ADT在五个不同的应用场景下使
用，你是否体会到复用的好处？
答：前者得先思考框架前期麻烦但是后期会变得更方便，后者前期可以随心所欲地写，但越到后面需要小心的地方就越多，出现问题多的话可能得重新开始写代码。修改和使用非常方便。
(2) 重新思考Lab2中的问题：为ADT撰写复杂的specification, invariants, RI,
AF，时刻注意ADT是否有rep exposure，这些工作的意义是什么？你是否愿意在以后的编程中坚持这么做？
答：帮助作者或者使用代码的人快速理解代码。愿意因为这个可以减少我花费的时间。
(3) 之前你将别人提供的API用于自己的程序开发中，本次实验你尝试着开发给别人使用的API，是否能够体会到其中的难处和乐趣？
答：深深的体会到了难处。
(4) 在编程中使用设计模式，增加了很多类，但在复用和可维护性方面带来了收益。你如何看待设计模式？
答：刚开始建的时候很难，但是后来就会很好用。
(5) 你之前在使用其他软件时，应该体会过输入各种命令向系统发出指令。本次实验你开发了一个解析器，使用语法和正则表达式去解析输入文件并据此构造对象。你对语法驱动编程有何感受？
答：考虑的东西非常多，一错就是一大片。
(6) Lab1和Lab2的大部分工作都不是从0开始，而是基于他人给出的设计方案和初始代码。本次实验是你完全从0开始进行ADT的设计并用OOP实现，经过五周之后，你感觉“设计ADT”的难度主要体现在哪些地方？你是如何克服的？
答：主要难在框架的构建。我向很多同学咨询了。
(7) “抽象”是计算机科学的核心概念之一，也是ADT和OOP的精髓所在。本实验的五个应用既不能完全抽象为同一个ADT，也不是完全个性化，如何利用“接口、抽象类、类”三层体系以及接口的组合、类的继承、设计模式等技术完成最大程度的抽象和复用，你有什么经验教训？
答：熟练掌握接口的使用能让代码复用率变高，代码量减少。
(8) 关于本实验的工作量、难度、deadline。
答：工作量很大，难度其次。就是需要一直不厌其烦的修改。
(9) 到目前为止你对《软件构造》课程的评价。
答:学到很多的知识，但难度很大，很有挑战。

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