Java中封装HashMap的存取与高效遍历策略

import java.util.Collections;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * Marks类封装了学生在一个学期的所有科目成绩。
 */
public class Marks {
    private final Map<String, Integer> subjectMark = new HashMap<>();

    /**
     * 向当前学期添加或更新科目成绩。
     *
     * @param subject 科目名称，不能为空或仅包含空格。
     * @param mark    成绩。
     * @throws IllegalArgumentException 如果科目名称无效。
     */
    public void addSubjectMark(String subject, int mark) {
        if (subject == null || subject.trim().isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("Subject cannot be null or empty.");
        }
        subjectMark.put(subject, mark);
    }

    /**
     * 获取当前学期的所有科目成绩。
     * 为了保护内部数据结构，此方法返回一个不可修改的Map视图，
     * 外部代码无法直接修改Marks对象内部的成绩映射。
     *
     * @return 包含科目名称和分数的Map的不可修改视图。
     */
    public Map<String, Integer> getSubjectMark() {
        return Collections.unmodifiableMap(subjectMark);
    }
}

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * RecordBook类管理学生的多个学期成绩，每个学期由一个Marks对象表示。
 */
public class RecordBook {

    private final Map<Integer, Marks> semesterSubjectMark = new HashMap<>();

    /**
     * 向指定学期添加或更新科目成绩。
     * 如果该学期尚不存在，则会创建一个新的Marks对象。
     *
     * @param semester 学期号。
     * @param subject  科目名称。
     * @param mark     成绩。
     */
    public void addSemester(int semester, String subject, int mark) {
        // 尝试获取指定学期的Marks对象
        Marks marks = semesterSubjectMark.get(semester);
        // 如果该学期尚未有记录，则创建一个新的Marks对象并放入map
        if (marks == null) {
            marks = new Marks();
            semesterSubjectMark.put(semester, marks);
        }
        // 向获取到的（或新建的）Marks对象中添加科目成绩
        marks.addSubjectMark(subject, mark);
    }

    /**
     * 计算学生的平均绩点（GPA）。
     * 遍历所有学期及其内部的科目成绩。
     * 这是一个示例方法，实际GPA计算可能涉及学分转换、加权平均等更复杂的逻辑。
     */
    public void gpa() {
        int totalMarkPoints = 0; // 总分点 (成绩 * 学分)
        int totalCredits = 0;    // 总学分

        // 遍历所有学期
        for (Map.Entry<Integer, Marks> semesterEntry : semesterSubjectMark.entrySet()) {
            // Integer semester = semesterEntry.getKey(); // 当前学期号，如果需要可以获取
            Marks marksForSemester = semesterEntry.getValue(); // 当前学期的Marks对象

            // 通过Marks对象的getSubjectMark方法获取内部的科目成绩Map，并遍历
            for (Map.Entry<String, Integer> subjectMarkEntry : marksForSemester.getSubjectMark().entrySet()) {
                String subject = subjectMarkEntry.getKey(); // 科目名称
                int mark = subjectMarkEntry.getValue();     // 成绩

                // 示例：根据科目分配学分，实际应用中这部分逻辑会更复杂，可能从配置或数据库获取
                int credit = getCreditForSubject(subject); // 假设有一个方法获取学分

                totalMarkPoints += mark * credit;
                totalCredits += credit;
            }
        }

        if (totalCredits == 0) {
            System.out.println("没有记录带有学分的科目，无法计算GPA。");
        } else {
            double averageGpa = (double) totalMarkPoints / totalCredits;
            System.out.println("总学分: " + totalCredits);
            System.out.println("总绩点: " + totalMarkPoints);
            System.out.printf("平均绩点 (GPA): %.2f%n", averageGpa);
        }
    }

    /**
     * 辅助方法：根据科目名称获取学分。
     * 实际应用中，学分信息应从更可靠的来源（如数据库、配置文件）获取，
     * 而不是硬编码在代码中。
     *
     * @param subject 科目名称。
     * @return 对应的学分。如果科目未知，返回0。
     */
    private int getCreditForSubject(String subject) {
        // 这是一个简化示例，实际应有更完善的学分管理机制
        switch (subject) {
            case "Math":
                return 4; // 示例学分
            case "English":
                return 3;
            case "Physics":
                return 3;
            case "Computer Science":
                return 5;
            default:
                return 0; // 未知科目默认0学分
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        RecordBook recordBook = new RecordBook();

        // 添加成绩
        System.out.println("添加学生成绩...");
        recordBook.addSemester(1, "Math", 85);
        recordBook.addSemester(1, "English", 90);
        recordBook.addSemester(2, "Physics", 78);
        recordBook.addSemester(2, "Computer Science", 92);
        recordBook.addSemester(1, "Math", 88); // 更新第一学期Math成绩

        // 尝试添加无效科目
        try {
            recordBook.addSemester(3, "", 70);
        } catch (IllegalArgumentException e) {
            System.out.println("错误: " + e.getMessage());
        }

        System.out.println("\n计算并打印GPA:");
        recordBook.gpa();
    }
}