一、面向对象分析（OOA）：需求提取与实体识别

1.1 核心业务需求

本系统旨在实现以下关键功能：

  1. 支持对多种基础几何图形，包括矩形、圆形和三角形的面积计算；

  2. 以统一的方式展示不同类型图形的名称及其对应的面积计算结果；

  3. 构建具有高度扩展性的系统架构，确保在新增图形类型时，现有计算逻辑无需进行任何修改。

1.2 核心实体识别（3 个以上核心实体）

经过严谨的需求分析，本研究确定了以下核心业务实体，并对各实体的属性、行为及业务约束进行了详细定义：

实体名称 核心属性 核心行为 业务约束
图形（Figure） 无直接属性（抽象概念） 获取名称、计算面积 作为抽象基类，不可实例化，需由具体图形类继承
矩形（Rectangle） 长度（length）、宽度（width） 计算面积、返回名称 长度和宽度必须为正数
圆形（Circle） 半径（radius） 计算面积、返回名称 半径必须为正数
三角形（Triangle） 三边长度（a、b、c） 计算面积、返回名称 三边长度需满足三角不等式（a+b>c 等）
图形管理器（FigureManager） 图形集合（figures） 展示图形信息、批量计算 支持图形的添加与移除操作

1.3 行为需求梳理

本系统涉及的行为需求可分为抽象行为、具体行为和辅助行为三类，具体如下：

  1. 抽象行为：定义getName()方法用于获取图形名称，getArea()方法用于计算图形面积，这些方法将在具体图形类中实现；

  2. 具体行为：针对不同图形类型，采用相应的计算公式，如矩形面积通过长乘宽计算，圆形面积基于圆周率与半径平方的乘积，三角形面积则依据海伦公式进行计算；

  3. 辅助行为：display()方法用于展示图形的详细信息，addFigure()方法用于向系统中添加新的图形对象。

二、面向对象设计（OOD）：类结构设计与 StarUML 建模

2.1 StarUML 建模准备（步骤 2）

建模准备工作包括以下具体步骤：

  1. 启动 StarUML 软件，创建新的项目，选择默认的 "UML Project" 模板；
  2. 在左侧的 Model Explorer 中，通过右键菜单依次选择 "Model" → "Add Diagram" → "Class Diagram"，并将新建的类图命名为 "图形面积计算类图"；
  3. 建立统一的建模规范：
    • 类命名采用 "首字母大写驼峰式"（如Figure、Rectangle）；
    • 属性命名采用 "首字母小写驼峰式"（如length、radius）；
    • 方法命名采用 "首字母小写驼峰式"（如getName()、getArea()）；
    • 使用+（public）、-（private）、#（protected）标注成员的可见性。

2.2 类图结构化设计（步骤 3：5 个类及关系）

2.2.1 类图核心元素

本研究设计了包含五个核心类的类图结构，各成员的可见性、属性和方法定义如下：

类名 可见性 属性（可见性 + 类型 + 名称） 方法（可见性 + 返回类型 + 名称 (参数)）
Figure（抽象类） - 无 + getName(): string（纯虚）+ getArea(): double（纯虚）
Rectangle - - length: double- width: double + Rectangle(len: double, wid: double)+ getName(): string（重写）+ getArea(): double（重写）
Circle - - radius: double- PI: double（static） + Circle(r: double)+ getName(): string（重写）+ getArea(): double（重写）
Triangle - - a: double- b: double- c: double + Triangle(a: double, b: double, c: double)+ getName(): string（重写）+ getArea(): double（重写）
FigureManager - - figures: List<Figure*> + addFigure(fig: Figure*): void+ displayAll(): void+ calculateTotalArea(): double

2.2.2 类间关系定义（明确标注关系类型）

本系统类间存在三种关系，其具体定义和在 StarUML 中的绘制方式如下：

继承关系（Generalization）：

  • Rectangle、Circle和Triangle均继承自Figure类；

  • 在 StarUML 中，使用 "Generalization" 工具，从子类指向父类绘制空心三角形箭头。

聚合关系（Aggregation）：

  • FigureManager类聚合多个Figure对象，被聚合的图形对象可以独立存在；

  • 在 StarUML 中，使用 "Aggregation" 工具，从FigureManager指向Figure绘制空心菱形箭头。

依赖关系（Dependency）：

  • display()函数依赖Figure对象获取图形信息；

  • 在 StarUML 中，使用 "Dependency" 工具，从display()指向Figure绘制虚线空心箭头。

2.2.3 StarUML 类图审查（行为准则）

类图设计完成后，需进行严格审查，具体操作和检查要点如下：

  1. 在 StarUML 中，通过右键点击类图并选择 "Validate Diagram" 进行验证；
  2. 重点检查内容包括：
    • 每个类至少包含一个属性和一个方法，满足面向对象设计的基本规则；
    • 继承关系中，父类作为抽象类，子类必须正确重写所有纯虚方法；
    • 静态属性（如Circle.PI）需正确标注 "static" 关键字；
    • 类间关系类型标注清晰，不存在模糊或错误的关联。

三、面向对象编程（OOP）：模型验证与代码同步

3.1 代码生成（StarUML 正向工程）

代码生成步骤如下：

  1. 在 StarUML 中选中所有类，通过右键菜单选择 "Code Engineering" → "Generate Code"；

  2. 选择 C++ 作为目标编程语言，并配置以下生成参数：

    • 勾选 "Generate Constructor" 以生成构造函数；
    • 若需要属性访问接口，勾选 "Generate Getter/Setter"；
    • 勾选 "Generate Documentation" 生成注释文档；

  3. 在生成的代码框架基础上，补充具体业务逻辑，如海伦公式的实现和圆周率的定义，并与示例代码进行对比验证。

3.2 逆向工程验证（模型与代码同步）

逆向工程验证过程如下：

  1. 在 StarUML 中，通过 "Tools" → "Code Engineering" → "Import Code" 导入示例代码；
  2. 选择相应的 C++ 代码文件（.cpp/.h），执行逆向工程操作；
  3. 对比逆向生成的类图与原始设计类图，确保：
    • 类的结构，包括属性、方法和可见性完全一致；
    • 继承关系和静态属性标注准确无误；
    • 抽象方法（纯虚函数）被正确识别。