面向对象有限元编程|节点类

封装，继承和多态是面向对象的三大特征。

• 封装

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

• 继承

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

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。