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实验报告 - 图形面积计算器重构

一、实验目的

学习使用抽象类和继承实现代码重构
理解多态的概念和应用
掌握"组合 vs 继承"的设计选择

二、实验内容

1. 设计抽象类 Shape

public abstract class Shape {
    public abstract double getArea();
}

2. 三个图形类继承 Shape

Circle.java

public class Circle extends Shape {
    private double radius;
    
    public Circle(double radius) {
        this.radius = radius;
    }
    
    @Override
    public double getArea() {
        return Math.PI * radius * radius;
    }
}

Rectangle.java

public class Rectangle extends Shape {
    private double width;
    private double height;
    
    public Rectangle(double width, double height) {
        this.width = width;
        this.height = height;
    }
    
    @Override
    public double getArea() {
        return width * height;
    }
}

Triangle.java

public class Triangle extends Shape {
    private double base;
    private double height;
    
    public Triangle(double base, double height) {
        this.base = base;
        this.height = height;
    }
    
    @Override
    public double getArea() {
        return 0.5 * base * height;
    }
}

3. ShapeUtil 工具类

public class ShapeUtil {
    public static void printArea(Shape shape) {
        String shapeName = shape.getClass().getSimpleName();
        double area = shape.getArea();
        System.out.println(shapeName + " 的面积是: " + area);
    }
}

4. 运行结果

=== 图形面积计算器 ===
Circle 的面积是: 78.53981633974483
Rectangle 的面积是: 24.0
Triangle 的面积是: 12.0

三、AI 使用情况记录

使用环节	AI 辅助内容	说明
代码编写	完全由 AI 生成	根据实验要求生成完整代码
类图绘制	AI 生成文本版类图	使用 Markdown 格式展示
报告撰写	AI 生成报告模板	包含完整的实验内容

四、"组合 vs 继承"问题回答

继承（Inheritance）- 本次实验使用

优点：

代码复用：子类自动获得父类的属性和方法
多态性：可以用父类引用统一处理子类对象
层次清晰：IS-A 关系明确，Circle IS-A Shape

缺点：

耦合度高：子类与父类紧密绑定，父类修改可能影响所有子类
灵活性差：Java 只支持单继承，一个类只能继承一个父类
破坏封装：子类可能依赖父类的实现细节

组合（Composition）

优点：

松耦合：类之间通过接口或引用关联，相互独立
灵活性高：可以在运行时动态组合对象
更好的封装：每个类只关注自己的职责

缺点：

代码量可能增加：需要显式委托方法调用
关系不够直观：HAS-A 关系不如 IS-A 直观

本实验的选择分析

为什么选择继承：

IS-A 关系明确：Circle、Rectangle、Triangle 都是 Shape，符合继承的语义
多态需求：ShapeUtil.printArea() 需要统一处理不同类型的图形
代码简洁：继承使得代码更加简洁，不需要额外的委托代码

什么情况下应该用组合：

如果图形类需要同时拥有多种特性（如"可旋转"、"可填充颜色"），而这些特性之间没有层次关系，则应该使用组合。例如：

public class Circle {
    private Rotatable rotator;  // 组合：可旋转特性
    private Fillable filler;    // 组合：可填充特性
}

设计原则

"组合优于继承"（Favor Composition Over Inheritance）

这是面向对象设计的重要原则。继承适合表达 IS-A 关系，而组合适合表达 HAS-A 关系。在实际开发中：

当类之间存在自然的层次关系时，使用继承
当需要复用功能但不存在层次关系时，使用组合
优先使用组合，除非继承明显更合适

本实验中，图形与形状之间是自然的 IS-A 关系，因此继承是合适的选择。

五、总结

通过本次实验，我学会了：

如何使用抽象类定义通用接口
如何通过继承实现代码复用和多态
理解了组合与继承的区别及适用场景
掌握了面向对象设计的核心思想

重构后的代码结构清晰，易于扩展。如果需要添加新的图形（如 Square、Ellipse），只需继承 Shape 类并实现 getArea() 方法即可，符合开闭原则。

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