OO Unit4 Summary

[刘发源-19373612]

一、正向建模与开发

正向建模是指从需求或功能规格开始，逐步推进设计、开发、测试等阶段的软件开发过程。

本单元通过图书馆管理系统实现了完整的正向建模与开发流程：基于图书借阅、预约、逾期管理等核心需求，抽象出Book、Appointment、Students等关键实体类，每个类聚焦单一职责（如Appointment专管预约逻辑）。在抽象出类之后，我为每个类分配了明确的职责。以Library类为例，它作为整个图书馆管理系统的核心，负责协调各个子系统的工作。Students类则专注于管理学生的借阅信息、信用积分等。

正向建模并不是一次性完成的，而是一个迭代的过程。在开发过程中，每次作业我都根据实际情况对模型进行了多次调整和优化。在开发过程中，我们遵循了面向对象的设计原则，如单一职责原则（每个类负责一个明确的部分）、开闭原则（通过组合和扩展，而不是修改已有代码）等。

二、架构设计

系统的核心是Library类，它整合了所有子模块：

- BookShelf`和HotBookShelf`：分别管理普通图书和热门图书。

- Appointment：处理预约逻辑，记录预约信息，并在预约过期时进行清理。

- BorrowReturn：临时存储归还的图书，等待每天开馆整理。

- ReadingRoom：管理当天在阅览室阅读的图书。

- Students：管理学生的状态，包括借阅的图书、预约信息、信用积分等。

本作业的架构设计采用了分层架构的思想，将系统分为多个层次，每个层次负责不同的功能。主要层次包括：

• 数据层：负责数据的存储和管理，如BookShelf、HotBookShelf类负责图书的存储，Students类负责学生信息的管理。
• 业务逻辑层：处理具体的业务逻辑，如Library类负责图书馆的整体管理，BorrowReturn、Appointment类负责借阅和预约业务的处理。
• 控制层：负责接收用户的输入，调用业务逻辑层的方法进行处理，如Main类负责读取用户的命令，调用Library类的相应方法。

在开发过程中，我先根据需求绘制了 UML 模型图，明确了类的结构和关系，然而，在实际开发过程中，由于一些细节的调整和优化，也会进行修改。最后的UML类图如下所示：

 

三、大模型辅助

1、场景拆解与渐进式引导

就像在实验中所练习的那样，我们需要拆解问题，逐步引导大模型。对于复杂的架构设计任务，不要期望大模型一次性给出完整的解决方案。可以将问题分解为多个小问题，逐步引导大模型进行思考。例如，先让大模型设计系统的整体架构，然后再让它设计各个模块的具体实现。

• 错误示范：
  “设计一个图书馆系统” → 模型生成泛化代码

• 正确做法：
  分步提示：
  (1) “如何实现预约超时自动取消？” → 得到Appointment类框架
  (2) “信用分如何关联预约行为？” → 补充Students.updateCredit()

2、prompt设计

借用一些JML的思想，让大模型设计单独的方法，自己设计整体架构，效果会更好，如：

设计方法：boolean ordered(String studentId, LibraryBookIsbn isbn)
前置条件：学生信用分≥100 且 无重复预约
后置条件：更新热门书队列(hbs.addOrderMessage())

模型据此生成高匹配度代码，避免过度设计。

3、整体流程

需求分解：将复杂的图书馆管理系统分解为多个子需求，如借书、还书、预约、取书、阅读、整理等，并针对每个子需求进行详细描述。

模块化设计：引导大模型为每个子需求设计独立的模块（类），并明确模块的职责和接口。

类关系设计：明确类之间的关联关系（如Library聚合多个子模块），并让大模型生成类图草稿。

关键算法逻辑：对于复杂的业务流程（如开馆整理arrange方法），逐步描述流程步骤，让大模型生成伪代码，再转化为具体实现。

迭代优化：根据测试反馈和设计原则，对大模型生成的代码进行优化调整。例如，我们发现初始的预约管理逻辑需要处理过期预约，于是引导大模型在Appointment类中增加了removeOutDateBook方法。

四、架构设计思维的演进

1、第一单元：聚焦于多项式化简，这是我接触面向对象编程思想的起点。最初，对 Java 语法和面向对象思维的陌生，让我不自觉地依赖面向过程的方式解决问题。但随着学习的深入，通过递归下降法实现语法解析，我逐渐领悟到层次化设计的精妙之处。从项 — 因子 — 表达式，单项式 — 多项式的结构设计，结合递归调用，能够巧妙处理复杂的表达式，这种思想不仅适用于编译前端语法解析，更为后续解决同类型问题提供了思路。同时，我也认识到将功能不同的类单独提出，能够增强代码的可拓展性，为新功能的添加奠定良好基础。​

2、第二单元：多线程学习堪称 “噩梦” 与成长并存。作为四个单元中最难的部分，其内核的复杂性让人望而生畏。在保证线程安全的前提下提升并发效率，需要对多线程机制有深刻理解。采用生产者消费者模型设计电梯作业时，尽管对多线程部分有一定掌握，但类间过高的耦合度成为后续迭代和调试的巨大阻碍，这让我深刻记住了高内聚低耦合原则的重要性。不过，也正是在不断的摸索和请教中，我构建起自己的逻辑，学会了多线程之间的协调调度，形成了 “一个调度器类，多个被调度的执行类” 的基本架构，这一架构在后续学习中持续发挥作用。​

3、第三单元：围绕 JML 展开，相对而言，其思维难度较低，只需依据 JML 架构进行代码编写。但部分方法对时间复杂度的高要求，使得算法成为主要难点。并查集算法路径压缩与按秩合并的实现，让我在算法学习上更进一步。同时，我也掌握了如何依据 JML 规格要求编写代码，这种 “按图索骥” 的方式，培养了我精准解读需求并转化为代码的能力。​

4、第四单元：以 UML 图绘制和正向建模为核心，标志着我在编程思维上的重大转变。我真正实现了先设计再编码，通过 UML 图清晰呈现架构设计。在这一过程中，虽然初期为类的构建和容器的选择绞尽脑汁，且容器在后续作业中多次更改，但稳定的架构为功能实现提供了保障。测试方面回归功能验证，简洁高效地确保代码正确性。

5、测试思维演进：首先根据作业提供的样例进行基础测试，再直接提交，根据公开的样例检查代码，在公开样例基础上，自己构造一些更极端的样例进行测试。

五、课程收获

OO重修第二次终于通过了，原先觉得复杂的大规模代码任务能够自己完成了。最大的收获是能够顺利毕业。