現在物件導向程式設計的風格已被大家普遍認可,成為計算機語言的主流, 並且越來越流行,它既是一門科學, 又是一門藝術[9] 。物件導向程式設計思想是現在很多領域中程式設計的首選方法, 具有很強的生命力,這與其獨特的優點密切相關它具有很多優於過程化語言技術的特點[10] 。(1) 一種更為自然的程式設計方法。
物件導向程式設計語言對於問題的解決比傳統的過程化程式語言具有更自然的方法, 它更符合人類的一般思維過程當乙個工程的有限元分析中包含不同的單元型別時, 這在過程化程式設計中是較難處理的,而在物件導向程式設計中,只需針對不同的單元型別建立不同的類物件便可使問題得到解決。由此可以看出物件導向程式設計思想與人類對事物的認識過程相一致, 不像面向過程方法中對事物還需進行不同程度的轉化和抽象。(2) **的可重用性。
在物件導向程式設計中,可利用繼承的方法, 從基類( 父類) 派生出它的派生類( 子類) , 使派生類中成員可以訪問基類的成員, 進而實現程式**的重用。如將程式從3結點三角形單元過渡到6 結點三角形單元, 只需在常應變三角形單元所在類的基礎上派生出線應變三角形單元的類, 便可以重用原來大部分的程式**。(3) 可靠性。
物件導向程式設計採用封裝技術限制其他外部變數對類(結構)成員的訪問。封裝指實現資料抽象的技術, 它隱含著提供機制以支援模組化和資訊隱藏類, 通過封裝成員變數( 資料成員)和成員函式來封裝資料, 從而將這些資料結合為乙個內聚單元適當的封裝可以向使用者隱藏複雜性, 使複雜的過程變得簡單, 從外界的角度來看, 類的複雜性隱藏在它的介面之後, 這一點對於大型有限元程式設計顯得尤為重要。(4)靈活性和高效性。
靈活性是指物件導向程式設計中採用了多型性和過載技術, 多型性的強有力之處在於它支援更靈活的計算模型。在多型環境中,分類可以重疊和相交, 因此使得乙個物件可以屬於多個分類, 共享相同的資訊而做出不同的響應。例如, 當從平面三角形單元的類派生出四邊形單元的類, 要得出不同單元的面積, 只需向類物件發出乙個求面積的資訊, 程式便會針對不同的單元型別做出相應的處理。
20 世紀90 年代興起了物件導向新的程式設計技術。物件導向程式設計方法是電腦程式開發方法的一種變革, 是利用計算機解決問題的一種新的思維方式, 它使程式設計更加貼近現實。這一方法將待解決的問題進行實體分解, 實體的選擇不是基於計算機本身的能力, 而是因為實際中確實存在, 並具有某些物理或概念性界限。
實體在電腦程式中表示為物件, 其目的在於使實際問題中的實體與程式中的物件具有一一對應關係。用物件導向的語言進行程式編制意味著將實體物件抽象建立為新的資料型別( 稱為類class) , 以及使這些資料型別能夠通過建立僅與類相關的方法( 函式) 來處理資訊, 將資料結構和其操作封裝在類物件中, 達到類物件中資料結構與其操作過程彼此不分離, 從而提高了程式的易重用性、易維護性、易擴充性。使用者建立類物件的變數, 並將資訊傳送給類物件, 實現利用計算機解決實際問題的目的。
目前, 物件導向方法已不僅侷限於一般的程式設計領域, 而且已經逐步應用於軟體開發、系統模擬和**、cad、cims、圖形處理、資料庫組織與管理、人工智慧和體系結構等計算機領域的各個方面。許多專家學者已開始從認識方**等基礎理論的角度研究這一方法。物件導向方法已經出現了系統、技術、語言、工具、環境和方法學等方面的研究分支。
隨著物件導向程式設計方法的興起, 在科學計算領域內, 有限元程式的設計開發也迎來了新的發展契機。因此, 針對有限元分析程式本身的複雜性和易錯性, 以及在程式設計方法上的不足, 結合物件導向技術提供的新的、先進的設計方法, 採用物件導向技術原理進行有限元分析程式的開發就成為有限元分析程式發展的必然結果[11] 。
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有限元方法
有限元方法 fem 的基礎是變分原理和加權餘量法。其基本求解思想是把計算域劃分為有限個互不重疊的單元，在每個單元內，選擇一些合適的節點作為求解函式的插值點，將微分方程中的變數改寫成由各變數或其導數的節點值與所選用的插值函式組成的線性表示式，借助於變分原理或加權餘量法，將微分方程離散求解。採用不同的權...
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