封装,继承和多态是面向对象的三大特征。
封装(Encapsulation)包括两个层次的概念。第一个层次是将对象的属性和方法集中起来--即对象本身。第二个层次是隐藏类的内部数据,以避免外部代码(客户端代码)直接访问。许多编程语言允许自定义私有变量和私有方法,对象可以访问这些变量和方法,外部代码却不行。Python中所有的变量都是可以公开访问的,若在变量名称前加下划线,可以起到私有变量的作用。
class RF
def __init__(self):
self._r = r
#r相当于私有,外部不能访问
子女会从父母那里继承血型,肤色等特征。类似地,在创建类时,该类也可以从另一个类那里继承属性和方法。被继承的类称为父类,继承的类则被成为子类。这个过程称为继承(Inheritance)。编写有限元程序时,先创建一个抽象的节点类:
class AbstractNode:
def __init__ (self, id):
self.id = id
然后其他的节点类可以从它这里继承,这样提高了代码的逻辑性,简洁性。比如创建一个桁架节点类,将抽象类的id属性继承过来,在此基础上扩展。
class TrussNode2D( AbstractNode ):
def __init__ (self, id, coord_X, coord_Y, RX, RY, fx, fy):
super().__init__(id)
self.coord_X = coord_X #X坐标
self.coord_Y = coord_Y #Y坐标
self.RX = RX #X约束
self.RY = RY #Y约束
self.fx = fx #X节点力
self.fy = fy #Y节点力
还可以将约束和节点力单独定义为类:
#include "AbstractNode.h"
#include "TrussRestrain.h"
#include "TrussNodeForce.h"
class TrussNode : public AbstractNode
{
protected:
size_t id;
double coordX, coordY;
TrussRestrain nodeRestrain;
TrussNodeForce nodeForce;
public:
TrussNode() = default;
TrussNode(size_t id_, double x_, double y_, int rx, int ry,
double fx_, double fy_) :
id{ id_ }, coordX{ x_ }, coordY{ y_ }, nodeRestrain{ rx, ry },
nodeForce{ fx_, fy_ } { }
virtual ~TrussNode() = default;
double getCoordX() const { return coordX; }
double getCoordY() const { return coordY; }
size_t getID() const { return id; }
void setCoordX(int x_) { coordX = x_; }
void setCoordY(int y_) { coordY = y_; }
size_t getNodeRX() const { return nodeRestrain.getRX(); }
size_t getNodeRY() const { return nodeRestrain.getRY(); }
void setNodeRX(int x_) { nodeRestrain.setRX(x_); }
void setNodeRY(int y_) { nodeRestrain.setRY(y_); }
double getNodeFx() const { return nodeForce.getFx(); }
double getNodeFy() const { return nodeForce.getFy(); }
};
多态(Polymorphism)指的是“为不同数据类型”提供相关接口,即函数或者方法。下面就是一个多态的实例:print为字符串、整数和浮点数这3种数据类型提供了相同的接口。
print("hello world!")
print(2)
print(3.14)
如果一个有限元模型包含多种的节点和单元,则考虑多态。以后再谈。