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### 44. 学习如何建模E-关系图）** 是一种用于表示数据库中实体及其关系的图形工具。E-R图主要包含三个基本元素：

1. **实体（Entity）**：代表数据库中的对象或概念，用矩形表示。
2. **属性（Attribute）**：描述实体的特征，用椭圆表示，并连接到相应的实体。
3. **关系（Relationship）**：表示实体之间的联系，用菱形表示，并连接到相关的实体。

#### 如何建模E-R图

1. **识别实体**：确定系统中的主要对象或概念，将其作为实体。
2. **定义属性**：为每个实体定义其属性，包括主键（唯一标识实体的属性）。
3. **确定关系**：识别实体之间的关系，并定义关系的类型（一对一、一对多、多对多）。
4. **绘制图形**：使用矩形表示实体，椭圆表示属性，菱形表示关系，并用线条连接它们。

### 45. 给出下列一段材料，请根据该“状态迁移表”画出其分析状态图和设计状态图。之后，（1）思考如何得到某对象的状态迁移表的；（2）请自行总结“状态建模”的方法；（3）请自行总结“从状态图中获取类的方法”；（4）如何将状态图映射为代码

#### 材料
假设有一个简单的订单处理系统，订单的状态迁移如下：
- 初始状态：待支付
- 支付成功后变为：已支付
- 取消订单后变为：已取消
- 发货后变为：已发货
- 确认收货后变为：已完成

#### 分析状态图
1. **初始状态**：待支付
2. **状态迁移**：
- 待支付 -> 支付成功 -> 已支付
- 待支付 -> 取消订单 -> 已取消
- 已支付 -> 发货 -> 已发货
- 已发货 -> 确认收货 -> 已完成

#### 设计状态图
1. **状态**：待支付、已支付、已取消、已发货、已完成
2. **迁移条件**：支付成功、取消订单、发货、确认收货

#### 如何得到状态迁移表
1. **需求分析**：详细了解系统的需求，特别是涉及到状态变化的业务流程。
2. **业务规则**：记录每个状态下的业务规则和触发条件。
3. **状态迁移**：整理出每个状态下可能的迁移路径和条件。

#### 状态建模的方法
1. **识别状态**：确定系统中对象的所有可能状态。
2. **定义迁移**：确定状态之间的迁移路径和条件。
3. **绘制状态图**：使用图形工具绘制状态图，标明每个状态和迁移条件。

#### 从状态图中获取类的方法
1. **定义状态类**：为每个状态创建一个类，包含状态特有的属性和方法。
2. **定义状态迁移方法**：在状态类中定义触发状态迁移的方法。
3. **状态管理**：创建一个状态管理类，负责状态的切换和管理。

#### 将状态图映射为代码
1. **状态类**：

   public interface OrderState {
       void pay(Order order);
       void cancel(Order order);
       void ship(Order order);
       void confirmDelivery(Order order);
   }

   public class PendingPayment implements OrderState {
       @Override
       public void pay(Order order) {
           order.setState(new Paid());
       }
       // 其他方法...
   }

   public class Paid implements OrderState {
       @Override
       public void ship(Order order) {
           order.setState(new Shipped());
       }
       // 其他方法...
   }

   // 其他状态类...

2. **状态管理类**：

   public class Order {
       private OrderState state;

       public Order() {
           this.state = new PendingPayment();
       }

       public void setState(OrderState state) {
           this.state = state;
       }

       public void pay() {
           state.pay(this);
       }

       public void cancel() {
           state.cancel(this);
       }

       public void ship() {
           state.ship(this);
       }

       public void confirmDelivery() {
           state.confirmDelivery(this);
       }
   }

### 46. 给出下列一段材料，请画出其分析状态图。之后，思考如何基于需求/设计的文本陈述建立状态模型

#### 材料
假设有一个简单的用户认证系统，用户的状态迁移如下：
- 初始状态：未认证
- 输入用户名和密码后变为：认证中
- 认证成功后变为：已认证
- 认证失败后变为：未认证
- 注销后变为：未认证

#### 分析状态图
1. **初始状态**：未认证
2. **状态迁移**：
- 未认证 -> 输入用户名和密码 -> 认证中
- 认证中 -> 认证成功 -> 已认证
- 认证中 -> 认证失败 -> 未认证
- 已认证 -> 注销 -> 未认证

#### 如何基于需求/设计的文本陈述建立状态模型
1. **提取状态**：从需求中提取所有可能的状态。
2. **识别迁移**：确定每个状态下的迁移路径和条件。
3. **绘制状态图**：使用图形工具绘制状态图，标明每个状态和迁移条件。

### 47. 状态图是对一个对象的行为建模，给出下列一段材料，请画出其类图，注释其中的方法`put(char c)`，并说明这时的源代码存在什么问题。找出问题，然后用状态模式进行重构，画出重构后的类图。之后，（1）请自行总结“从状态图导出类图”的方法；（2）总结应用设计模式进行重构的过程；（3）以及代码映射技术

#### 材料
假设有一个简单的缓冲区类，其行为如下：
- 初始状态：空
- 添加字符后变为：非空
- 缓冲区满后变为：满
- 清空缓冲区后变为：空

#### 类图
1. **Buffer类**：

   public class Buffer {
       private String content = "";
       private int capacity = 10;

       public void put(char c) {
           if (content.length() < capacity) {
               content += c;
           } else {
               System.out.println("Buffer is full");
           }
       }

       public void clear() {
           content = "";
       }

       public boolean isEmpty() {
           return content.isEmpty();
       }

       public boolean isFull() {
           return content.length() == capacity;
       }
   }

#### 问题
1. **单一职责原则**：`Buffer`类既负责管理状态，又负责具体的操作，职责过于集中。
2. **扩展性差**：如果需要添加新的状态或行为，需要修改现有代码，违反了开闭原则。

#### 重构后的类图
1. **引入状态模式**：

   public interface BufferState {
       void handlePut(Buffer buffer, char c);
       void handleClear(Buffer buffer);
   }

   public class EmptyState implements BufferState {
       @Override
       public void handlePut(Buffer buffer, char c) {
           buffer.setContent(c + "");
           buffer.setState(new NonEmptyState());
       }

       @Override
       public void handleClear(Buffer buffer) {
           // Do nothing
       }
   }

   public class NonEmptyState implements BufferState {
       @Override
       public void handlePut(Buffer buffer, char c) {
           if (buffer.getContent().length() < buffer.getCapacity()) {
               buffer.setContent(buffer.getContent() + c);
           } else {
               buffer.setState(new FullState());
           }
       }

       @Override
       public void handleClear(Buffer buffer) {
           buffer.setContent("");
           buffer.setState(new EmptyState());
       }
   }

   public class FullState implements BufferState {
       @Override
       public void handlePut(Buffer buffer, char c) {
           System.out.println("Buffer is full");
       }

       @Override
       public void handleClear(Buffer buffer) {
           buffer.setContent("");
           buffer.setState(new EmptyState());
       }
   }

   public class Buffer {
       private String content = "";
       private int capacity = 10;
       private BufferState state = new EmptyState();

       public void put(char c) {
           state.handlePut(this, c);
       }

       public void clear() {
           state.handleClear(this);
       }

       public void setContent(String content) {
           this.content = content;
       }

       public String getContent() {
           return content;
       }

       public int getCapacity() {
           return capacity;
       }

       public void setState(BufferState state) {
           this.state = state;
       }

       public boolean isEmpty() {
           return content.isEmpty();
       }

       public boolean isFull() {
           return content.length() == capacity;
       }
   }

#### 总结
1. **从状态图导出类图的方法**：
- **识别状态**：从状态图中提取所有状态，每个状态对应一个类。
- **定义状态类**：为每个状态创建一个类，实现统一的接口。
- **定义状态迁移方法**：在状态类中实现状态迁移的方法。
- **状态管理**：创建一个状态管理类，负责状态的切换和管理。

2. **应用设计模式进行重构的过程**：
- **识别问题**：分析现有代码的问题，确定需要重构的原因。
- **选择设计模式**：根据问题选择合适的设计模式，如状态模式。
- **设计新类图**：根据设计模式重新设计类图。
- **实现新代码**：根据新类图实现代码。

3. **代码映射技术**：
- **状态类**：为每个状态创建一个类，实现统一的接口。
- **状态管理类**：创建一个状态管理类，负责状态的切换和管理。
- **状态迁移方法**：在状态类中实现状态迁移的方法。

### 48. 理解下列设计概念，它们是在开发中需要遵循的设计原则

1. **抽象（Abstraction）**：抽象是将复杂系统简化为更容易管理的概念和技术。通过抽象，我们可以忽略不必要的细节，专注于核心功能。
2. **求精（Refinement）**：求精是从高层次的抽象逐渐细化到具体的实现细节的过程。通过逐步求精，可以确保设计的每个步骤都是对前一步骤的改进。
3. **体系结构（Architecture）**：体系结构是系统的基本结构，包括组件、连接器和约束。良好的体系结构可以提高系统的可维护性和可扩展性。
4. **关注点分离（Separation of Concerns）**：关注点分离是将系统分解为独立的模块，每个模块负责特定的功能。这有助于减少耦合，提高代码的可维护性。
5. **模块化（Modularity）**：模块化是将系统划分为功能独立的组件，使得系统更易管理、升级和替换。
6. **信息隐藏（Information Hiding）**：信息隐藏是通过访问控制机制限制对内部数据的直接访问，保证系统的安全性。
7. **功能独立（Functional Independence）**：功能独立是确保每个模块具有单一的责任，减少模块之间的依赖。
8. **方面（Aspects）**：方面是横切关注点的处理方式，如日志记录、事务管理等。通过面向切面编程（AOP），可以将这些关注点从业务逻辑中分离出来。

### 49. 设计概念：抽象

**材料**
假设有一个简单的缓冲区类，其行为如下：
- 初始状态：空
- 添加字符后变为：非空
- 缓冲区满后变为：满
- 清空缓冲区后变为：空

#### 问题
1. **单一职责原则**：`Buffer`类既负责管理状态，又负责具体的操作，职责过于集中。
2. **扩展性差**：如果需要添加新的状态或行为，需要修改现有代码，违反了开闭原则。

#### 重构
1. **引入状态模式**：

   public interface BufferState {
       void handlePut(Buffer buffer, char c);
       void handleClear(Buffer buffer);
   }

   public class EmptyState implements BufferState {
       @Override
       public void handlePut(Buffer buffer, char c) {
           buffer.setContent(c + "");
           buffer.setState(new NonEmptyState());
       }

       @Override
       public void handleClear(Buffer buffer) {
           // Do nothing
       }
   }

   public class NonEmptyState implements BufferState {
       @Override
       public void handlePut(Buffer buffer, char c) {
           if (buffer.getContent().length() < buffer.getCapacity()) {
               buffer.setContent(buffer.getContent() + c);
           } else {
               buffer.setState(new FullState());
           }
       }

       @Override
       public void handleClear(Buffer buffer) {
           buffer.setContent("");
           buffer.setState(new EmptyState());
       }
   }

   public class FullState implements BufferState {
       @Override
       public void handlePut(Buffer buffer, char c) {
           System.out.println("Buffer is full");
       }

       @Override
       public void handleClear(Buffer buffer) {
           buffer.setContent("");
           buffer.setState(new EmptyState());
       }
   }

   public class Buffer {
       private String content = "";
       private int capacity = 10;
       private BufferState state = new EmptyState();

       public void put(char c) {
           state.handlePut(this, c);
       }

       public void clear() {
           state.handleClear(this);
       }

       public void setContent(String content) {
           this.content = content;
       }

       public String getContent() {
           return content;
       }

       public int getCapacity() {
           return capacity;
       }

       public void setState(BufferState state) {
           this.state = state;
       }

       public boolean isEmpty() {
           return content.isEmpty();
       }

       public boolean isFull() {
           return content.length() == capacity;
       }
   }

### 50. 设计概念：方面

**材料**
已知需求“身份验证”的设计表示B*是“ATM交易，如取款、转账（设计表示为 A*）的”一个方面(B*横切A*)。

#### 问题
1. **横切关注点**：身份验证是横切关注点，不应该分散在多个交易方法中。
2. **代码重复**：每个交易方法都需要进行身份验证，导致代码重复。

#### 重构
1. **使用AOP**：

   public aspect AuthenticationAspect {
       pointcut transactionMethods(): execution(* com.example.atm.Atm.*(..));

       before(): transactionMethods() {
           if (!authenticate()) {
               throw new SecurityException("Authentication failed");
           }
       }

       private boolean authenticate() {
           // 身份验证逻辑
           return true;
       }
   }

   public class Atm {
       public void withdraw(double amount) {
           // 取款逻辑
       }

       public void transfer(double amount, String accountNumber) {
           // 转账逻辑
       }
   }

### 51. 设计准则：高内聚

**材料**
假设有一个`LoginController`类，其设计如下：

public class LoginController {
    private UserService userService;
    private SessionService sessionService;
    private NotificationService notificationService;

    public boolean login(String username, String password) {
        User user = userService.getUser(username);
        if (user != null && user.getPassword().equals(password)) {
            sessionService.createSession(user);
            notificationService.notifyLoginSuccess(user);
            return true;
        } else {
            notificationService.notifyLoginFailure(username);