软件构造 Lab3

实验目的：
本次实验覆盖课程第 3、5、6 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（径赛方案编排、太阳系行星模拟、原子结构 可视化、个人移动 App 生态系统、个人社交系统），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）

需要用到的知识： JAVA文件读写、正则表达式、第三方API复用、设计模式应用。

实验任务：

待开发的三个应用场景
TrackGame
AtomStructure
SocialNetworkCircle

基于语法的图数据输入
基于语法的图数据输入，这部分是要使用正则表达式进行文件内容的读取。
三个场景的正则表达式如下：
TrackGame：

AtomStructure：

SocialNetworkCircle：

以SocialNetworkCircle为例：

首先定义正则表达式。

之后按行读取文件内容，分别用以上正则表达式进行匹配。
匹配到相应信息，就创建相应的对象，加入程序的数据集中。

面向复用的设计：CircularOrbit
CircularOrbit使用泛型编程，作为其他子类的接口。
其中定义了如下函数：

/**
	 * Use: 创建一个空的 CircularOrbit对象.
	 * 
	 * @param L为中心物体类，E为轨道物体类。
	 * @return 返回一个空的 CircularOrbit对象。
	 */
	public static  CircularOrbit empty() {
    	return null;
    }
	
	
	/**
	 * Use: 添加一条轨道。
	 * 
	 * @param 输入一条轨道。
	 * @return 添加是否成功，若已存在就返回失败，否则成功。
	 */
	public boolean AddTrack(Track track);
	
	/**
	 * Use: 删除一条轨道。
	 * 
	 * @param 输入一条轨道。
	 * @return 删除是否成功。
	 */
	public boolean DeleteTrack(Track track);
	
	/**
	 * Use: 添加一个中心物体。
	 * 
	 * @param 中心物体。
	 */
	public void AddCentralObject(L centralObject);
	
	/**
	 * Use: 在特定轨道上增加一个物体。
	 * 
	 * @param （1）轨道， （2）物体。	要求轨道和物体已经存在。
	 * @return 添加是否成功。
	 */
	public boolean AddPhysicalObjectToTrack(Track track, E physicalObject);
	
	/**
	 * Use: 增加中心点物体和一个轨道物体之间的关系
	 * 
	 * @param （1）轨道物体。	要求中心点物体和轨道物体已经存在。
	 * @return 无
	 */
	public void AddRelation_CentralToPhysical(E physicalObject, float intimacy);
	
	/**
	 * Use: 增加两个轨道物体之间的关系
	 * 
	 * @param （1）轨道物体1，（2）轨道物体2。	要求轨道物体已经存在。
	 * @return 无
	 */
	public void AddRelation_PhysicalToPhysical(E physicalObject_1, E physicalObject_2,  float intimacy);
	
	/**
	 * Use: 从外部文件读取数据构造轨道系统对象
	 * 
	 * @param （1）文件地址。
	 * @return 无。
	 */
	public void readFile(String pathname);
	
	/**
	 * Use: 将 object 从当前所在轨道迁移到轨道 t
	 * 
	 * @param （1）轨道物体 （2）目标轨道。
	 * @return 无。
	 */
	public void transit (E object, Track t);
	
	/**
	 * Use: 将 object 从 当前位置移动到新的 sitha 角度所对应的位置
	 * 
	 * @param （1）轨道物体 （2）新的 sitha 角度。
	 * @return 无。
	 */
	public void move(E object, double sitha);
	
	/**
	 * Use: 将 object 从系统中移除
	 * 
	 * @param （1）轨道物体
	 * @return 无。
	 */
	public void remove(E object);

函数作用已写在相应注释中。

面向复用的设计：Track

Track，轨道类。
这个类下没有太多属性，因为三个应用中都不存在半径长度的概念，因此在Track中只有轨道编号的属性。为Immutable不可改变类型。

面向复用的设计：L
面向复用设计。L为中心物体类。
中心物体同样也没有太多属性，除了TrackGame外，SocialNetworkCircle和AtomStructure两个应用的中心物体的共同属性只有name一个，因此抽象出来，成为父类。

面向复用的设计：PhysicalObject
面向复用设计。PhysicalObject为轨道物体类。
与中心物体的情况类似，三个应用中，轨道物体分别为：运动员、电子和朋友。
它们的共同属性只有name一个，因此抽象出来，成为父类。

可复用API设计

可复用API写在CircularOrbitAPIs里，有四个功能：
计算熵值、计算逻辑距离、计算物理距离、返回不同。
这里因为三个应用中不存在物理距离，因此直接返回-1；
计算逻辑距离只对SocialNetworkCircle有效，因此只有在是SocialNetworkCircle才被调用。
查询不同时，有一个类Difference：
它内部记录了轨道数的不同、各轨道上物体数的不同和各轨道物体的不同。

图的可视化：第三方API的复用
可视化部分写在CircularOrbitHelper.java文件里。
这部分主要实现了图的可视化。
首先CircularOrbitHelper继承了JFrame类，有常量窗口图的位置。

这个类中最关键的部分是visualize函数。
它负责生成窗口和面板。输入为一个CircularOrbit，根据其类型来生成对应的图。
如下：

之后有一个Scean类，它继承了面板Panel类。负责图的绘制。如下：

首先它获取到图位置信息常量，之后进行绘制。
如下，它判断了输入的图的类型，根据其类型的不同，以不同的方式绘制图。

最后的效果：

设计模式应用
factory method设计模式：

首先，有四个工厂负责各个类型的对象生成。
以PhysicalObject的factory为例：

这里我使用的是static factory的方式，根据输入参数的不同，来对应生成相应的PhysicalObject。

strategy设计模式：

在TrackGame中，使用strategy设计模式，根据输入要求的不同，使用相应的策略进行分组编排（随机/按分数）。

façade 设计模式：
将所有 API 放置在 helper 类 CircularOrbitAPIs 当中。

state 设计模式：

这里我使用一个Map来保存跃迁前的信息。

之后在每次跃迁之前，都对信息进行一次保存更新，这样就能保存下来电子的跃迁前状态，以便于以后的恢复。