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分享2026面向对象设计与构造第一单元总结
基于度量来分析自己的程序结构
类的 OO 度量
| Class | OCavg | OCmax | WMC |
|---|---|---|---|
| ExpandedExpr | 2.93 | 7 | 44 |
| ExprFormatter | 4.22 | 9 | 38 |
| FunctionDef | 1.00 | 1 | 4 |
| FunctionDefParser | 2.50 | 4 | 5 |
| FunctionTable | 1.25 | 2 | 5 |
| Main | 2.00 | 2 | 2 |
| MonoKey | 1.93 | 4 | 27 |
| Parser | 3.23 | 6 | 42 |
| Simplifier | 2.70 | 9 | 27 |
| Substitute | 6.00 | 10 | 12 |
| element.AddExpr | 1.00 | 1 | 3 |
| element.ConditionalExpr | 1.00 | 1 | 5 |
| element.ExpExpr | 1.00 | 1 | 2 |
| element.FunctionCallExpr | 1.00 | 1 | 3 |
| element.MulExpr | 1.00 | 1 | 3 |
| element.NumberExpr | 1.00 | 1 | 2 |
| element.PowExpr | 1.00 | 1 | 3 |
| element.VariableExpr | 1.00 | 1 | 2 |
方法的 OO 度量
| Method | CogC | ev(G) | iv(G) | v(G) |
|---|---|---|---|---|
| ExpandedExpr.ExpandedExpr() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| ExpandedExpr.ExpandedExpr(HashMap<MonoKey, BigInteger>) | 3 | 1 | 3 | 3 |
| ExpandedExpr.add(ExpandedExpr) | 11 | 1 | 5 | 5 |
| ExpandedExpr.appendTerm(StringBuilder, BigInteger, MonoKey) | 4 | 2 | 4 | 4 |
| ExpandedExpr.compareMonoKey(MonoKey, MonoKey) | 1 | 2 | 1 | 2 |
| ExpandedExpr.constant(BigInteger) | 1 | 1 | 2 | 2 |
| ExpandedExpr.expAtom(String, BigInteger) | 2 | 3 | 2 | 3 |
| ExpandedExpr.isZero() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| ExpandedExpr.multiply(ExpandedExpr) | 16 | 1 | 6 | 6 |
| ExpandedExpr.negate() | 1 | 1 | 2 | 2 |
| ExpandedExpr.one() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| ExpandedExpr.pow(BigInteger) | 5 | 3 | 4 | 5 |
| ExpandedExpr.toCanonicalString() | 12 | 5 | 4 | 7 |
| ExpandedExpr.toString() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| ExpandedExpr.variable() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| ExprFormatter.ExprFormatter() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| ExprFormatter.findMatchingRightParenthesis(String, int) | 9 | 6 | 4 | 8 |
| ExprFormatter.formatAsExpArgument(ExpandedExpr) | 2 | 2 | 1 | 2 |
| ExprFormatter.formatAsExpr(ExpandedExpr) | 0 | 1 | 1 | 1 |
| ExprFormatter.isInteger(String) | 7 | 6 | 3 | 6 |
| ExprFormatter.isPurePowerOfX(String) | 6 | 6 | 2 | 6 |
| ExprFormatter.isSimpleAtom(String) | 3 | 4 | 1 | 4 |
| ExprFormatter.isSingleExpAtom(String) | 9 | 9 | 2 | 9 |
| ExprFormatter.needsParenthesesInExpArgument(ExpandedExpr, String) | 2 | 3 | 1 | 3 |
| FunctionDef.FunctionDef(String, List, Expr) | 0 | 1 | 1 | 1 |
| FunctionDef.getBody() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| FunctionDef.getFunctionName() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| FunctionDef.getParameters() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| FunctionDefParser.parse(String) | 4 | 3 | 2 | 6 |
| FunctionDefParser.removeSpaces(String) | 0 | 1 | 1 | 1 |
| FunctionTable.FunctionTable() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| FunctionTable.addFunction(FunctionDef) | 0 | 1 | 1 | 1 |
| FunctionTable.contains(String) | 0 | 1 | 1 | 1 |
| FunctionTable.getFunction(String) | 1 | 2 | 1 | 2 |
| Main.main(String[]) | 1 | 1 | 2 | 2 |
| MonoKey.MonoKey() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| MonoKey.MonoKey(BigInteger, TreeMap<String, BigInteger>) | 3 | 1 | 3 | 3 |
| MonoKey.appendExp(StringBuilder, String, BigInteger) | 1 | 1 | 2 | 2 |
| MonoKey.appendX(StringBuilder, BigInteger) | 1 | 1 | 2 | 2 |
| MonoKey.equals(Object) | 3 | 3 | 2 | 4 |
| MonoKey.expFactor(String, BigInteger) | 1 | 1 | 2 | 2 |
| MonoKey.getExpFactors() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| MonoKey.getXExponent() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| MonoKey.hashCode() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| MonoKey.isOne() | 1 | 1 | 2 | 2 |
| MonoKey.multiply(MonoKey) | 8 | 1 | 4 | 4 |
| MonoKey.one() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| MonoKey.toFactorString() | 4 | 1 | 4 | 4 |
| MonoKey.variable() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| Parser.Parser(String) | 0 | 1 | 1 | 1 |
| Parser.parse() | 1 | 2 | 1 | 2 |
| Parser.parseAtomicFactor() | 3 | 4 | 4 | 4 |
| Parser.parseConditionalFactor() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| Parser.parseExpression() | 5 | 4 | 4 | 4 |
| Parser.parseFactor() | 7 | 5 | 5 | 5 |
| Parser.parseFunctionCallAfterName(String) | 11 | 6 | 7 | 10 |
| Parser.parseIdentifier() | 4 | 2 | 3 | 5 |
| Parser.parseIdentifierBasedFactor() | 11 | 6 | 8 | 11 |
| Parser.parsePower() | 5 | 2 | 4 | 5 |
| Parser.parseTerm() | 2 | 1 | 3 | 3 |
| Parser.parseUnsignedInteger() | 3 | 2 | 2 | 4 |
| Parser.skipSpaces() | 2 | 1 | 2 | 3 |
| Simplifier.Simplifier(FunctionTable) | 0 | 1 | 1 | 1 |
| Simplifier.simplify(Expr) | 8 | 9 | 9 | 9 |
| Simplifier.simplifyAdd(AddExpr) | 0 | 1 | 1 | 1 |
| Simplifier.simplifyConditional(ConditionalExpr) | 2 | 2 | 2 | 2 |
| Simplifier.simplifyExp(ExpExpr) | 1 | 2 | 2 | 2 |
| Simplifier.simplifyFunctionCall(FunctionCallExpr) | 2 | 2 | 3 | 3 |
| Simplifier.simplifyMul(MulExpr) | 4 | 3 | 7 | 7 |
| Simplifier.simplifyNumber(NumberExpr) | 0 | 1 | 1 | 1 |
| Simplifier.simplifyPow(PowExpr) | 4 | 2 | 4 | 4 |
| Simplifier.simplifyVariable(VariableExpr) | 1 | 2 | 2 | 2 |
| Substitute.substitute(Expr, Map<String, Expr>) | 21 | 9 | 9 | 10 |
| Substitute.substituteVariable(VariableExpr, Map<String, Expr>) | 1 | 2 | 1 | 2 |
| element.AddExpr.AddExpr(Expr, Expr) | 0 | 1 | 1 | 1 |
| element.AddExpr.getLeft() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| element.AddExpr.getRight() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| element.ConditionalExpr.ConditionalExpr(Expr, Expr, Expr, Expr) | 0 | 1 | 1 | 1 |
| element.ConditionalExpr.getFalseBranch() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| element.ConditionalExpr.getLeftFactor() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| element.ConditionalExpr.getRightFactor() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| element.ConditionalExpr.getTrueBranch() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| element.ExpExpr.ExpExpr(Expr) | 0 | 1 | 1 | 1 |
| element.ExpExpr.getArgument() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| element.FunctionCallExpr.FunctionCallExpr(String, List) | 0 | 1 | 1 | 1 |
| element.FunctionCallExpr.getArguments() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| element.FunctionCallExpr.getFunctionName() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| element.MulExpr.MulExpr(Expr, Expr) | 0 | 1 | 1 | 1 |
| element.MulExpr.getLeft() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| element.MulExpr.getRight() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| element.NumberExpr.NumberExpr(BigInteger) | 0 | 1 | 1 | 1 |
| element.NumberExpr.getValue() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| element.PowExpr.PowExpr(Expr, BigInteger) | 0 | 1 | 1 | 1 |
| element.PowExpr.getBase() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| element.PowExpr.getExponent() | 0 | 1 | 1 | 1 |
| element.VariableExpr.VariableExpr(String) | 0 | 1 | 1 | 1 |
| element.VariableExpr.getName() | 0 | 1 | 1 | 1 |
作业类图
每个类的设计考虑
Parser
负责将输入字符串解析为 AST。尽管 Parser 类的 WMC 和 OCavg 都相对较高，但这是由于所有（非函数调用）语法解析逻辑都集中在该类中完成。这样的设计使解析过程统一管理，避免解析逻辑分散在多个类中，从而保证了解析模块的高内聚。同时，解析阶段仅负责构建 AST，不涉及表达式化简，从而实现了解析与语义处理的解耦。
element 包中的各类
element 包中的类用于表示 AST 的不同节点类。这些类只负责描述表达式结构，而不包含复杂的运算逻辑。Parser 在解析过程中构建这些节点对象，而后续的化简逻辑由 Simplifier 处理。
Simplifier
Simplifier 是表达式语义简化的核心类。在第一次作业中，该类主要负责对 AST 表达式进行基本的代数化简与合并同类项；在第二次作业中，其功能进一步扩展，同时负责处理新增的选择式结构以及辅助进行函数调用等。Simplifier 通过递归遍历 AST，将表达式转换为统一的规范表示。
ExpandedExpr
ExpandedExpr 用于表示化简后的表达式结构，是 Simplifier 输出结果的统一表示形式。其内部使用 HashMap<MonoKey, BigInteger> 存储表达式中的各个项，实现了同类项合并和代数运算。
FunctionDefParser
FunctionDefParser 用于解析输入中的函数定义语句。该类负责提取函数名、形参以及函数体表达式，并构造 FunctionDef 对象存储解析结果。通过将函数定义解析逻辑单独封装在该类中，可以避免函数处理逻辑混入主表达式解析流程，从而提高 OO 程度。
总体来说，就是解析与化简分开，函数解析与表达式解析分开。
架构设计体验
第一次迭代
建立了 Main -> Lexer/Parse -> (AST) -> Simplifier -> Monokey 解析/化简流程，最后输出 Monokey 的哈希表作为化简出的多项式结果。
第二次迭代
因为最后输出的项变得更复杂了，还要考虑提 gcd，所以在 Simplifier -> Monokey 的化简流程中加了 ExpandedExpr，ExpandedExpr 类在内部实现了提形如 exp((...)) 因子的 gcd。
同时，为支持函数调用，在表达式解析流程之外加了函数解析类 FunctionDefParser 和形参替换类 Substitute，处理表达式解析类 Parser 输出的 AST。
第三次迭代
没做出来。
重构
没有进行重构
分析自己程序的bug
公测
幂次爆 int
错误原因：幂次没有范围
解决方法：全开 BigInteger
互测
不能识别形如 -+<数字> 的格式
错误原因：解析具有连续 +/- 时 Parse 遇到困难
解决方法：首先扫描一遍输入表达式字符串，遇到连续 +/- 只保留一个
遇到形如 x^+<数字> 格式报错
错误原因；第二次作业重写了解析幂次的 Parse 方法，改错了
解决方法：首先扫描一遍输入表达式字符串，不必要的 + 号删掉
分析自己发现别人程序bug所采用的策略
利用选择式的 Cost 规则，在未选择的的选择式分支插大量的递归，引起 TLE。
用上次作业的 bug 构造测试案例，先在本地对别人的代码跑一遍，如果依然出现 bug 则提交。
结合被测程序的代码设计结构来设计测试用例，特别寻找可以构建 TLE 的代码结构。
分析自己进行的优化
做了提 gcd 优化，可以保证代码的简洁性与正确性。首先，耗时不长，不会 TLE。其次，由于表达式解析和化简在一个流程中解耦进行，所以可以直接在 Simplifier 类和 Monokey 类中插入一个专门类负责提 gcd 等。
大模型相关使用
使用了大模型提供提 gcd 优化思路，完成效果很好。
心得体会
第一次作业到第二次作业难度跨度太大。
未来方向
第二次作业可以像第一次/第三次作业那样，有类似实验课提供思路。
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