一、前言

1. 核心知識點 

• 編程實現：正則表達式解析文本（元件、引腳、輸入信號），Map/List/Queue 等數據結構管理元件與信號，面向對象編程（封裝元件屬性與行為、繼承多態拓展元件類型），信號傳播的迭代模擬邏輯，自定義排序規則實現結果輸出。
• 電路原理：第一次覆蓋與、或、非、異或、同或 5 類基礎門電路的邏輯規則；第二次新增三態門、譯碼器、數據選擇器、數據分配器 4 類元件，涉及控制引腳、輸入輸出引腳的分類管理及不同元件的有效工作條件與輸出規則。

2. 題量與難度 

• 兩次均為單道綜合編程題，第二次在第一次基礎上拓展元件類型（5 類→9 類）、引腳規則（新增控制引腳分類）、輸出格式（譯碼器 / 數據分配器特殊輸出），代碼量與邏輯複雜度顯著提升，難度從基礎門電路模擬升級為複雜數字元件的綜合系統模擬。

二、設計與分析

1.源碼量化分析

• 核心指標對比

數電1：

第一次題目複雜度集中在Gate.calculateOutput()，僅處理基礎門電路的分支邏輯，代碼層級較淺（最大深度 8）。

數電2：

第二次題目Main.main()複雜度飆升至 39，因需處理元件解析、引腳分類、特殊輸出等多分支邏輯；代碼深度達 9+，反映嵌套層級增加。

2.代碼結構設計分析

（1） 第一次作業：扁平式封裝

      分析：該架構僅包含Main、Gate、GateType3 個類：

• Gate類集中封裝所有門電路的屬性（輸入引腳、輸出值）與行為（calculateOutput()計算輸出），通過GateType枚舉區分 5 類基礎門電路；
• 所有邏輯以硬編碼分支實現，新增元件需修改Gate類的switch邏輯，擴展性差；
• 未區分引腳類型，僅用Map管理輸入，無法適配複雜元件的控制邏輯。

（2） 第二次作業：抽象分層架構

分析：該架構採用抽象基類 + 子類多態設計：

• 抽象Component類定義通用方法（calculate()、getOutputString()），封裝輸入 / 輸出引腳管理；
• 新增Pin類區分引腳類型（控制 / 輸入 / 輸出），貼合數字電路語義；
• 派生BasicGate（基礎門電路）、ComplexComponent（譯碼器 / 分配器）等子類，各自實現專屬邏輯。
• 優勢：新增元件僅需擴展子類，符合 “開閉原則”，適配控制引腳、特殊輸出等複雜規則。

3.設計心得

1. 抽象設計適配擴展：從 “扁平封裝” 到 “抽象基類 + 子類”，代碼從 “硬編碼” 轉向 “多態擴展”，能低成本適配元件類型、引腳規則的新增需求；
2. 量化工具暴露問題：SourceMonitor 的複雜度指標直接指出Main.main()的 “臃腫” 問題，需拆分輸入解析、信號傳播等邏輯；
3. 語義化封裝提升可讀性：Pin類對引腳類型的封裝，相比第一次的 “數字編號 + 布爾值”，更貼合電路語義，降低理解成本；
4. 待優化點：補充註釋、拆分高複雜度方法、完善異常處理，進一步提升代碼可維護性。

4.課堂測驗分析

4.1 答題概況

測驗覆蓋判斷、單選、多選、填空四類題型，整體正確率較高，但存在 5 類核心錯誤，集中在語法細節、概念理解、版本特性等維度。

4.2 核心錯誤拆解

• 語法細節：誤記 int 佔 2 字節（實際 4 字節）、包聲明（package myPackage;）/ 編譯命令（javac Hello.java）格式錯誤；
• 概念理解：異常處理核心是 “捕獲” 而非 “識別”，數組非 3 倍數元素累加結果計算錯誤；
• 版本特性：未掌握 Java 8 + 接口可定義默認 / 靜態方法，誤判 “接口僅含抽象方法”；
• 邏輯分析：對象類型轉換規則理解偏差，認為父類對象可強制轉為子類對象；
• 語法規範：String 常量池機制、構造方法調用格式理解淺層化。

4.3 錯誤根源

• 基礎語法細節記憶不精準，缺乏實操驗證；
• 核心概念（如類型轉換、異常處理）僅字面記憶，未理解底層邏輯；
• Java 版本特性更新不及時，代碼邏輯分析能力不足。

4.4 改進方向

• 整理語法規則清單（編譯命令、包聲明等），結合實操強化記憶；
• 編寫測試代碼驗證類型轉換、常量池等難點；
• 學習 Java 8 + 接口新特性，手動梳理循環 / 條件判斷執行流程。

三、採坑心得

1. 踩坑點

（1）代碼耦合嚴重，擴展難：

  問題：把所有元件邏輯堆在一個Gate類裏，用if-else區分類型，引腳僅用普通Map存儲（無輸入 / 控制 / 輸出區分）。新增三態門時，需大幅修改核心邏輯，還會混淆控制引腳和普通輸入，導致測試輸出錯誤

// 單一類耦合所有邏輯
class Gate {
    String type;
    Map<Integer, Boolean> inputs; // 無引腳類型區分
    // 所有元件計算邏輯擠在一個方法裏
    public void calculate() {
        if (type.equals("AND")) { /* 與門邏輯 */ }
        else if (type.equals("OR")) { /* 或門邏輯 */ }
        // 加新元件需改此處，易出錯
    }
}

改進：採用 “抽象基類 + 子類” 架構，用 Pin 類區分引腳類型，抽象出通用的Component基類封裝引腳校驗等通用邏輯，每個元件單獨寫子類，新增元件只需寫子類，無需修改原有代碼：

（2）信號傳播無序，計算出錯：

  問題：按 “線性遍歷” 計算所有元件，忽略元件間的輸入依賴（比如先算與門，再算給它供輸入的非門），導致 測試用

例因 “輸入未就緒” 輸出空值： 

for (Gate gate : allGates) {
    gate.calculate(); // 依賴未滿足就計算，易出錯
}

改進：用 “隊列” 實現異步信號傳播，先算有外部輸入的元件，再算依賴其輸出的元件：

Queue<String> pinQueue = new LinkedList<>();
// 先將外部輸入引腳加入隊列
pinQueue.addAll(inputSignals.keySet());
while (!pinQueue.isEmpty()) {
    String currentPin = pinQueue.poll();
    // 計算當前引腳對應的元件輸出
    // 將輸出引腳加入隊列，供後續元件使用
}

2. 心得

1. 拆分代碼結構：別把所有邏輯堆在一個類裏，按 “一個元件一個子類” 設計，像整理書包一樣分類存放，邏輯清晰易擴展；
2. 信號異步計算：用隊列管理信號傳播順序，避免 “未就緒輸入就計算”，就像排隊辦事，前序沒完成不着急處理後續。

四、改進建議

1. 基礎優化：給代碼加輸入校驗（如檢查信號是否為 0/1、引腳是否接全），避免閃退；把硬編碼的符號 / 元件標識（如 "-"、"A" 代表與門）集中成常量，改起來更方便；給關鍵邏輯加簡短註釋。
2. 代碼拆分：把 main 裏 “讀輸入、創元件、算信號、輸結果” 的雜活拆成獨立小方法，每個方法只做一件事；新增元件時用 “抽象類 + 子類”，比如加加法器只寫新子類，不動原有門電路代碼。
3. 長期維護：用配置文件存元件規則（如輸入數、輸出格式），新增元件只改配置不用改代碼；寫簡單測試用例（如與門輸入雙 1 測輸出），改代碼後驗證功能沒壞；加基礎日誌，方便定位報錯原因。

核心原則：代碼拆成小塊寫，新增功能只加代碼不改老代碼，改完記得測試，保證改得動、不返工。

五、總結

1. 數字電路模擬作業總結

通過兩次數字電路模擬綜合編程題實踐，我掌握了正則表達式解析、Map/Queue 等數據結構應用，實現了從基礎門電路到複雜數字元件的模擬開發，代碼架構從扁平硬編碼升級為 “抽象基類 + 子類” 的分層設計，同時理解了信號異步傳播的實現邏輯，完成了編程能力與數字電路原理的結合；作業中暴露出核心問題：Main 方法邏輯耦合嚴重、複雜度過高，代碼缺乏註釋與異常處理，新增元件需修改核心代碼，維護與擴展成本高。後續將拆分耦合邏輯、補充註釋與校驗機制，引入配置化管理和測試用例，提升代碼可維護性與擴展性。

 2. 課堂測驗總結

課堂測驗檢驗了 Java 基礎語法掌握情況，發現自身存在語法細節記憶不精準（如 int 字節數、包聲明格式）、核心概念理解淺層化（異常處理、類型轉換）、Java 新版本特性掌握不足等問題，反映出實操驗證與底層邏輯理解的欠缺；後續將整理核心語法清單，通過編寫測試代碼強化記憶，深入學習核心概念的底層邏輯，主動跟進 Java 版本特性更新，補齊基礎短板。