面向对象有限元编程|整体结构类(上)

Python是一个动态语言，在list等容器类里，我们可以放入任何类型的数据(字符串，浮点数等)：

a = [1, 2.3, 'n']

这个方便也会带来问题。说的高大上点，就是这样的代码不安全。

比如这段：

scores = [11, 22, 33, 44]  #列表元素都是int类型
#list可以添加任何类型，不小心加进去一个字符串
scores.append('88')
#求和：下面这行会报错，因为字符串'88'不能和其他数字相加。
sum(scores)

#Python3.9可直接将scores定义成为只能存放整数的列表，这和C++的泛型容器很像了。
scores = list[int]()
#这就意味着scores里面的东西一定是数字，我们后面对它的操作可以放心大胆的去做。也就意味着更安全的程序。
#添加字符串进去是不允许的，在写代码的时候就会提示出错了。
scores.append('88')

对于下面的结构，有铰接点，也有刚接点，有杆单元，也有梁单元。

在创建结构对象时，要把所有的结点对象和单元对象放入列表nodeList和elementList中，从前面对Python语法的讨论可知，这是可行的，也很简便。假定nd1，nd2，nd3，nd4，nd5是5个节点对象，elem1，elem2，elem3，elem4是4个单元对象，那么

nodeList = [nd1,nd2,nd3,nd4,nd5]
elementList = [elem1，elem2，elem3，elem4]

C++要实现类似的功能，就要从抽象的节点(单元)类着手了。

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

//抽象的单元类
class AbstractElement
{
public:

    virtual ~AbstractElement() = default;
    virtual size_t getID() const = 0;   // 纯虚函数 
};

//杆单元类
class Truss : public AbstractElement
{
protected:
    size_t id{ 0 };

public:
    Truss() = default;
    Truss(size_t id_) : id{ id_ } {}
    size_t getID() const override { return id; }


};

//梁单元类
class Beam : public AbstractElement
{
protected:
    size_t id{ 0 };

public:
    Beam() = default;
    Beam(size_t id_) : id{ id_ } {}
    size_t getID() const override { return id; }
};

int main()
{
    Truss t1{ 1 }; //杆单元对象
    Beam  b1{ 2 }; //梁单元对象
     
     //泛型容器的存储类型为抽象单元类型指针
    std::vector<AbstractElement*> elems{ &t1, &b1 };

    return 0;

}

同样，如果一个结构对象包含多种材料，也可以定义一个matrialList列表。如何定义节点类和单元类可参考话题#面向对象有限元编程#前3篇。