饮料自动售货机用于顾客自助购买饮料。不同的饮料有不同的价格，顾客自助购买饮料的过理是这样的：饮料自动售货机接受投入的硬币并判断硬币是否有效及面值，金额计算器负责累计金额，将金额计算器累加到以科售价时该饮料的选择键就会亮起米，顾客可以按选择键购买该收料，顾容在按选择健前，若按饮料自动售货机上的退币键，则将所有金额退还顾客。试用面向对象的方法设计该系统。

<think>嗯，用户想用面向对象的方法设计一个饮料自动售货机系统。首先，我得确定主要的类和它们的职责。自动售货机通常有商品管理、硬币处理、交易逻辑这些部分。所以可能需要类比如VendingMachine作为主类，然后CoinHandler处理硬币，Product管理商品，Transaction处理交易。接下来，硬币判断功能。这里可能需要一个硬币识别器，判断投入的硬币是否有效，比如根据重量、大小等属性。可以用策略模式，这样不同的硬币类型有不同的判断策略，方便扩展。比如CoinValidator接口，然后有具体的类如DollarCoinValidator、QuarterCoinValidator实现验证方法。金额累计的话，当用户投入硬币，系统需要累加到当前金额，并显示出来。这里可能需要一个Balance类，负责管理金额的加减，同时记录用户投币的金额总和。每次投币有效后，调用Balance的add方法，然后更新显示。退币功能需要考虑两种情况，一种是用户取消交易，退还全部金额；另一种是找零，当用户支付的金额超过商品价格时，退回多余的部分。退币可能需要处理不同面额的硬币组合，比如优先退大面额的，可以使用状态模式或者简单的算法来计算如何退币。此外，可能需要一个CoinDispenser类来管理可用的硬币库存，确保有足够的硬币可以退还。商品库存管理也是关键，每个Product对象应该有名称、价格和库存数量。当用户选择商品时，检查库存是否足够，以及余额是否足够支付。如果都满足，则减少库存，完成交易，并调用退币找零。 在类之间的关系方面，VendingMachine可能会聚合CoinHandler、ProductManager、TransactionProcessor等类。比如，CoinHandler负责处理硬币的识别和累计，ProductManager管理商品信息，TransactionProcessor处理购买逻辑和退币。另外，异常处理也很重要。比如，用户投入无效硬币，应该提示并退回；库存不足时提示；余额不足时提醒继续投币或取消。这些异常情况需要在各个类的方法中进行检查和处理。可能还需要考虑扩展性，比如未来支持不同的支付方式，如刷卡或移动支付，可以通过接口和策略模式来方便扩展。比如，Payment接口，然后有CashPayment、CardPayment等实现。状态模式可能适用于售货机的不同状态，比如待机状态、投币状态、选择商品状态、出货状态等。每个状态处理不同的用户操作，这样可以更清晰地管理状态转换和限制无效操作。最后，测试用例也要考虑，比如模拟用户投币、选择商品、退币等流程，确保各个类之间的协作正确，特别是硬币识别、金额累计、退币逻辑是否正确处理各种情况。</think>### 面向对象设计的饮料自动售货机系统架构 #### 1. 核心类设计 - **`VendingMachine`（主控制器）** - 聚合`CoinHandler`, `ProductManager`, `TransactionProcessor` - 处理用户交互流程（投币→选择商品→出货→退币） - **`CoinHandler`（硬币处理器）** - 验证硬币有效性（例如使用策略模式`CoinValidator`接口，实现类如`DollarCoinValidator`）[^1] - 管理硬币存储状态：$$硬币库存量 = \sum_{i=1}^{n} (面额_i \times 数量_i)$$ - **`ProductManager`（商品管理器）** - 存储商品属性：`name`, `price`, `inventory` - 实现库存扣减逻辑：$$剩余库存 = 当前库存 - 请求数量$$ - **`TransactionProcessor`（交易处理器）** - 计算余额：$$应退金额 = 投入总额 - 商品价格$$ #### 2. 硬币判断实现 ```python class CoinValidator: def validate(self, coin_properties): pass class DollarCoinValidator(CoinValidator): def validate(self, coin): return coin.weight == 8.1 and coin.diameter == 26.5 # 美元硬币特征参数 class CoinHandler: def __init__(self): self.validators = { 'dollar': DollarCoinValidator(), 'quarter': QuarterCoinValidator() } def process_coin(self, coin): for validator in self.validators.values(): if validator.validate(coin): return coin.value raise InvalidCoinException() ``` #### 3. 金额累计与退币 - **金额累计** ```python class Balance: def __init__(self): self.total = 0 self.coin_buffer = [] def add(self, value): self.total += value self.coin_buffer.append(value) ``` - **退币策略** - 使用贪心算法优先退还大面额硬币： $$退币组合 = \arg\min_{组合} \left| 应退金额 - \sum(面额_i \times 数量_i) \right|$$ #### 4. 状态转换设计 ```mermaid stateDiagram-v2 [*] --> Idle Idle --> CoinInserted: 投币 CoinInserted --> ProductSelected: 选择商品 ProductSelected --> Dispensing: 库存充足 Dispensing --> Idle: 完成出货 ProductSelected --> Refunding: 库存不足/余额不足 Refunding --> Idle: 退还硬币 ``` #### 5. 异常处理机制 - **`InsufficientFundsException`**：余额不足时触发 - **`ProductOutOfStockException`**：库存为0时触发 - **`CoinJammingException`**：硬币卡顿时触发传感器报警