面向对象设计 - 形状

Question

经过多年的面向对象编程，我从大学课程中得到了一个非常简单的作业任务，要求我实现一个简单的面向对象结构。

要求的设计：

• 实现一种面向对象的解决方案来创建以下形状：

• 椭圆、圆形、正方形、矩形、三角形、平行四边形。

• 每个创建的形状都必须具有以下参数：唯一的ID、颜色。

以及以下函数：颜色更改、移动、面积、周长、内部是否包含、复制。

不需要进行有效性测试（不在类中，也不需用户输入）。

我的设计：

总体上是一个相当简单的方法，shape_class / 非圆形是抽象的，矩形/正方形合并为一个类，因为它们包含完全相同的参数，而且不需要进行有效性测试（没有将它们分成两个类的原因）。

形状类 - 实现静态ID（唯一ID）和一个处理颜色名称的init函数。

public abstract class shape_class {

    static int STATIC_ID;
    int id;
    String color_name;

    public shape_class(String color_name_input) {
        this.id = STATIC_ID;
        shape_class.STATIC_ID+=1;
        if (Arrays.asList(toycad_globals.ALLOWED_COLORS).contains(color_name_input))
        {
            this.color_name = color_name_input;
        }
    }

    public void change_color(String color_name_input) {
        if (Arrays.asList(toycad_globals.ALLOWED_COLORS).contains(color_name_input)) {
            this.color_name = color_name_input;
        }
    }

    public abstract shape_class return_copy();
    public abstract void move(double x, double y);
    public abstract double area();
    public abstract double circumference();
    public abstract boolean is_inside(double x, double y);
}

**非圆形** - 接收一个点数组（用于定义对象），并实现几乎所有所需的函数。

public abstract class non_circullar extends shape_class {
    List<line> line_list = new ArrayList<line>();
    List<point> point_list = new ArrayList<point>();

    non_circullar(String color_name, point...input_point_list) {
        super(color_name);
        this.point_list = Arrays.asList(input_point_list);
        for (int current_index =0; current_index< (input_point_list.length); current_index++) {
            point current_first_point = input_point_list[current_index];
            point current_second_point = input_point_list[(current_index+1)%input_point_list.length];
            this.line_list.add(new line(current_first_point, current_second_point));
        }
    }

    public point[] get_point_list_copy() {
        int index = 0;
        point [] new_array = new point[this.point_list.size()];
        for (point current_point:this.point_list) {
            new_array[index] = current_point.return_copy();
            index+=1;
        }
        return new_array;
    }

    public double circumference() {
        double sum = 0;
        for (line current_line :this.line_list) {
            sum += current_line.get_length();
        }
        return sum;
    }

    public void move(double x, double y) {
        for (point current_point :this.point_list) {
            current_point.move(x, y);
        }
    }

    public boolean is_inside(double x, double y) {
        int i;
        int j;
        boolean result = false;
        for (i = 0, j = this.point_list.size() - 1; i < this.point_list.size(); j = i++) {
            if ((this.point_list.get(i).y > y) != (this.point_list.get(j).y > y) &&
                (x < (this.point_list.get(j).x - this.point_list.get(i).x) * (y - this.point_list.get(i).y) / 
                        (this.point_list.get(j).y-this.point_list.get(i).y) + this.point_list.get(i).x)) 
           {
              result = !result;
           }
        }
        return result;
    }

    int get_top_left_line_index() {
        int top_left_line_index = 0;
        int index = 0;
        point best_point = this.line_list.get(0).get_average_point();
        point current_point;
        for (line current_line :this.line_list) {
            current_point = current_line.get_average_point();

            if (current_point.x < best_point.x) {
                best_point = current_point;
                top_left_line_index = index;
            } else if (current_point.x == best_point.x && current_point.y > best_point.y) {
                best_point = current_point;
                top_left_line_index = index;
            }
            index +=1;
        }
        return top_left_line_index;
    }
}

问题：

在这个任务中，由于设计问题减去了40分：

1）圆是一个椭圆，因此需要从它继承（即使它们没有共享参数）。

2）矩形/正方形是两个不同的实体，尽管在这个实现中它们完全相同（没有有效性测试）。

我很乐意听取社区对这个设计的意见，这些设计问题是否合理，以及有什么可以做得更好的地方？

编辑1：

一个椭圆由两个点和d表示（对于一个点在椭圆上，它与两个点之间的距离必须相等）。

一个圆由中心和半径表示。

我发现很难理解它们如何共享公共参数。

- Rohi

---

你为什么需要一个“非循环”的类，有没有什么理由让你更加重视圆和椭圆？此外，我认为Ellipse可以是Circle的子类，因为这是一个有两个“中心”的圆。然后，每个四边形都根据特定规则链接在一起（正方形是一个特定的矩形），因此您可以创建更好的设计。为圆形、三边形、四边形、n边形创建一个抽象类可能是更好的方法。 - AxelH

我猜你不需要非循环类。 - bit-shashank

@FedericoklezCulloca 是的，我不小心把它换掉了，问题是即使你的具体实现没有共同点，你是否总是选择继承？ - Rohi

@AxelH 我想我可以这样做，但是区域函数的实现会非常复杂。将其重命名为多边形是一个非常合理的要求。 - Rohi

我只需要给你一个理由：“为了未来的改进”！不需要实现验证层并不意味着它永远不会被需要。未来的开发人员会感激你的！ - AxelH

Answer 1

我建议您遵循这个方案：

您需要首先按边数对形状进行分类，然后再按共同特征进行分类。接下来您需要认识以下事实：

- 圆只是椭圆的一种特殊类型。 - 正方形只是矩形的一种特殊类型。 - 矩形和平行四边形都有4条边。 - 与平行四边形不同，矩形所有角度都为90°。

这是根据您的需求简化的方案：

椭圆、圆、正方形、矩形、三角形、平行四边形

编辑：请注意还存在以下层次结构。 矩形和平行四边形具有相等长度的对边。最终取决于首选解释以及适合您情况的内容（感谢@Federico klez Culloca）。

Quadrilateral <- Parallelogram <- Rectangle <- Square

使其可伸缩：如果包括更复杂的基本几何形状，则我可能会将 polygon 放在 shape 下方，然后首先通过凸性和非凸性区分后代。

- Nikolas Charalambidis

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好的，但是“矩形”不是所有角度都为90°的“平行四边形”的一个特例吗？ - Federico klez Culloca

@FedericoklezCulloca：同意。我根据角度将rectangle和parallelogram分开（rectangle和square都有90°，而parallelogram不是）。另一方面，rectangle和parallelogram都有两条相等长度的边（周长都为2*（a+b）） - 这是另一个划分的标准。我认为你的版本更准确。然而，最终选择取决于OP。我会根据你的提示编辑我的答案。谢谢 :) - Nikolas Charalambidis

Answer 2

您使用的设计（依我看）不是很理想。

首先，将“non-circular”重命名为“Polygon”(同时，第一个字母也要用大写)。

根据实现方式，一个圆是一个特定的椭圆，所以我会在这里使用继承。

Shape < -- Circular < -- Ellipse < -- Circle
      < -- Polygon < -- Triangle      < -- Equilateral
                                      < -- ... //don't know the english names of those triangles 
                   < -- Quadrilateral < -- Square
                                      < -- Rectangle
                                      < -- ...
                   < -- Hexagon
                   < -- ...

每个Polygon的子类都是抽象的，用于验证角落的数量。

通常情况下，我会基于几何规则（相同的宽度和高度）将Square和Rectangle链接起来（Square extends Rectangle），但基于您使用Point和Line的实现，这不是必需的。
但是使用两个类仍然可以在未来进行一些验证（每个正方形的Line需要具有相同的长度，...）。

这表明设计主要取决于要求，而不仅仅是主题。

关于Ellipse和Circle。椭圆是由两个点组成的形状，如果这些点相同，则为Circle，这可以成为一个链接；)

- AxelH