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图形面积计算器重构 实验报告

一、实验目的

1. 掌握 Java 抽象类与抽象方法的使用。
2. 理解面向对象的继承、多态特性。
3. 实现不同图形类的统一处理，提高代码扩展性。

二、实验任务

1. 设计抽象类 Shape，包含抽象方法 getArea()。
2. 让 Circle、Rectangle、Triangle 继承 Shape 并实现面积计算。
3. 编写工具类 ShapeUtil，提供统一打印面积的方法。
4. 绘制 UML 类图。
5. 完成代码测试与实验报告。

三、实验环境

• 开发工具：Eclipse
• 编程语言：Java
• 版本控制：Git

四、项目结构

src/
├── Shape.java        // 抽象类
├── Circle.java       // 圆形类
├── Rectangle.java    // 矩形类
├── Triangle.java     // 三角形类
├── ShapeUtil.java    // 工具类
└── ShapeTest.java    // 测试主类

五、核心代码实现

1. 抽象类 Shape

public abstract class Shape {
    // 抽象方法：计算面积，子类必须实现
    public abstract double getArea();
}

2. 圆形类 Circle

public class Circle extends Shape {
    // 私有属性：半径
    private double radius;

    // 构造方法：初始化半径
    public Circle(double radius) {
        this.radius = radius;
    }

    // 重写父类抽象方法：计算圆面积 πr²
    @Override
    public double getArea() {
        return Math.PI * radius * radius;
    }
}

3. 矩形类 Rectangle

public class Rectangle extends Shape {
    // 私有属性：宽、高
    private double width;
    private double height;

    // 构造方法：初始化宽和高
    public Rectangle(double width, double height) {
        this.width = width;
        this.height = height;
    }

    // 重写父类抽象方法：计算矩形面积 宽×高
    @Override
    public double getArea() {
        return width * height;
    }
}

4. 三角形类 Triangle

public class Triangle extends Shape {
    // 私有属性：底、高
    private double base;
    private double height;

    // 构造方法：初始化底和高
    public Triangle(double base, double height) {
        this.base = base;
        this.height = height;
    }

    // 重写父类抽象方法：计算三角形面积 底×高/2
    @Override
    public double getArea() {
        return base * height / 2;
    }
}

5. 工具类 ShapeUtil

public class ShapeUtil {
    // 统一打印任意图形的面积（多态实现）
    public static void printArea(Shape shape) {
        System.out.println("图形面积：" + shape.getArea());
    }
}

6. 测试主类 ShapeTest

public class ShapeTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 创建不同图形对象（向上转型为Shape父类）
        Shape circle = new Circle(5);
        Shape rectangle = new Rectangle(4, 6);
        Shape triangle = new Triangle(3, 4);

        // 2. 统一调用工具类打印面积（多态自动调用子类方法）
        System.out.print("圆形：");
        ShapeUtil.printArea(circle);

        System.out.print("矩形：");
        ShapeUtil.printArea(rectangle);

        System.out.print("三角形：");
        ShapeUtil.printArea(triangle);
    }
}

六、UML 类图

见提交作业

七、运行结果

圆形：图形面积：78.53981633974483
矩形：图形面积：24.0
三角形：图形面积：6.0

八、实验总结

1. 抽象类的作用：Shape 作为抽象父类，定义了所有图形的统一行为规范，强制子类必须实现 getArea() 方法，保证了代码的一致性。
2. 多态的优势：通过父类引用指向子类对象，ShapeUtil 可以统一处理所有图形，无需为每个图形单独写打印方法，大幅提升了代码的扩展性。
3. 面向对象思想：本次实验完整实践了封装（私有属性+构造方法）、继承（子类继承父类）、多态（方法重写+父类引用）三大面向对象核心特性。
4. 代码扩展性：后续新增图形（如正方形、梯形），只需继承 Shape 并实现 getArea()，无需修改 ShapeUtil 等已有代码，符合开闭原则。

九、AI 使用情况

1. 使用 AI 辅助理解抽象类、多态的核心概念，梳理代码结构。
2. AI 提供了代码规范优化、类图绘制、实验报告撰写的指导。
3. 自主完成代码编写、调试、测试，以及实验报告的最终整理。