中南大學設計模式實驗2

1、.軟件體系結構 實驗報告項目名稱設計模式實驗二專業(yè)班級軟件 1501學號姓名實驗成績 ：批閱教師 ：2017 年12月12日.專業(yè)專注.實驗 2 設計模式實驗一實驗學時 ：4每組人數 ：1實驗類型 ：3（ 1：基礎性2：綜合性3：設計性4：研究性 ）實驗要求 ：1（ 1：必修2：選修3：其它）實驗類別 ：3（ 1：基礎2：專業(yè)基礎3：專業(yè)4：其它 ）一、實驗目的1 熟練使用面向對象設計原則對系統(tǒng)進行重構；2 熟練使用 PowerDesigner和任意一種面向對象編程語言實現幾種常見的創(chuàng)建型設計模式和結構型設計模式 ，包括簡單工廠模式 、工廠方法模式 、抽象工廠模式 、單例模式 、適配器模式 、

2、橋接模式和組合模式 ，理解每一種設計模式的模式動機 ，掌握模式結構 ，學習如何使用代碼實現這些模式 。二、實驗內容1 在某圖形庫API 中提供了多種矢量圖模板，用戶可以基于這些矢量圖創(chuàng)建不同的顯示圖形 ，圖形庫設計人員設計的初始類圖如下所示：ClientCircleTriangleRectangle+init (): void+init (): void+init (): void+setColor (): void+setColor (): void+setColor (): void+fill (): void+fill (): void+fill (): void+setSize ():

3、 void+setSize (): void+setSize (): void+display (): void+display (): void+display (): void.在該圖形庫中，每個圖形類 （如 Circle 、Triangle 等）的 init() 方法用于初始化所創(chuàng)建的.專業(yè)專注.圖形 ， setColor() 方法用于給圖形設置邊框顏色， fill() 方法用于給圖形設置填充顏色，setSize() 方法用于設置圖形的大小， display() 方法用于顯示圖形?？蛻纛?(Client) 在使用該圖形庫時發(fā)現存在如下問題： 由于在創(chuàng)建窗口時每次只需要使用圖形庫中的一種圖

4、形，因此在更換圖形時需要修改客戶類源代碼； 在圖形庫中增加并使用新的圖形時需要修改客戶類源代碼； 客戶類在每次使用圖形對象之前需要先創(chuàng)建圖形對象，有些圖形的創(chuàng)建過程較為復雜，導致客戶類代碼冗長且難以維護?，F需要根據面向對象設計原則對該系統(tǒng)進行重構，要求如下 ： 隔離圖形的創(chuàng)建和使用，將圖形的創(chuàng)建過程封裝在專門的類中，客戶類在使用圖形時無須直接創(chuàng)建圖形對象，甚至不需要關心具體圖形類類名； 客戶類 能夠方便地更換圖形或使用新增圖形，無須針對具體圖形類編程，符合開閉原則 。繪制重構之后的類圖并說明在重構過程中所運用的面向對象設計原則。2 在某 RPG 游戲中使用簡單工廠模式創(chuàng)建游戲角色，該游戲可根據

5、用戶所選擇的參數來創(chuàng)建不同的角色(Role) ，例如參數為 “angel ”時創(chuàng)建一個天使角色，參數為 “hero ”時創(chuàng)建一個英雄角色，參數為 “witch ”時創(chuàng)建一個女巫角色。繪制類圖并使用Java 語言編程模擬實現 。3. 現需要設計一個程序來讀取多種不同類型的圖片格式，針對每一種圖片格式都設計一個圖片讀取器(ImageReader) ，如 GIF 圖片讀取器 (GifReader) 用于讀取GIF 格式的圖片 、JPG 圖片讀取器 (JpgReader) 用于讀取JPG 格式的圖片 。圖片讀取器對象通過圖片讀取器工.專業(yè)專注.廠 ImageReaderFactory來創(chuàng)建 ， Ima

6、geReaderFactory是一個抽象類，用于定義創(chuàng)建圖片讀取器的工廠方法，其子類 GifReaderFactory和 JpgReaderFactory用于創(chuàng)建具體的圖片讀取器對象 。 使用工廠方法模式設計該程序，繪制類圖并編程模擬實現。需充分考慮系統(tǒng)的靈活性和可擴展性。4. 某系統(tǒng)為了改進數據庫操作的性能，用戶可以自定義數據庫連接對象Connection和語句對象Statement ，針對不同類型的數據庫提供不同的連接對象和語句對象，例如提供 Oracle 或 MySQL 專用連接類和語句類，而且用戶可以通過配置文件等方式根據實際需要動態(tài)更換系統(tǒng)數據庫。 使用抽象工廠模式設計該系統(tǒng)，要求繪

7、制對應的類圖并使用Java語言編程模擬實現。5. 使用單例模式的思想實現多例模式 (Multiton) ，確保系統(tǒng)中某個類的對象只能存在有限個 ，例如兩個或三個 ，設計并編寫代碼實現一個多例類 。6. 使用單例模式設計一個多文檔窗口（注：在 Java AWT/Swing開發(fā)中可使用JDesktopPane和 JInternalFrame來實現 ）， 要求在主窗體中某個內部子窗體只能實例化一次，即只能彈出一個相同的子窗體，如下圖所示 ，編程實現該功能。.專業(yè)專注.（注：用 C# 或 C+ 實現類似功能也可以）7. 現有一個接口DataOperation定義了排序方法sort(int)和查找方法s

8、earch(int,int) ，已知類 QuickSort的 quickSort(int)方法實現了快速排序算法，類 BinarySearch的binarySearch(int, int)方法實現了二分查找算法。試使用適配器模式設計一個系統(tǒng)，在不修改源代碼的情況下將類QuickSort和類 BinarySearch的方法適配到DataOperation接口中。繪制類圖并編程實現。（ 要求實現快速排序和二分查找，使用對象適配器實現）8. 空客 (Airbus) 、波音 (Boeing) 和麥道 (McDonnell-Douglas)都是飛機制造商，它們都生產載客飛機 (Passenger Pla

9、ne) 和載貨飛機 (Cargo Plane) 。 現需要設計一個系統(tǒng)，描述這些飛機制造商以及它們所制造的飛機種類。繪制類圖并編程模擬實現。9. 某移動社交軟件欲增加一個群組(Group) 功能 。 通過設置 ，用戶可以將自己的動態(tài)信息 ，包括最新動態(tài) 、新上傳的視頻以及分享的鏈接等，分享給某個特定的成員(Member) ，也可以分享給某個群組中的所有成員；用戶可以將成員添加至某個指定的群組；此外 ，還允許用戶在一個群組中添加子群組，以便更加靈活地實現面向特定人群的信息共享 。選擇一種合適的設計模式來設計該群組功能，要求給出該模式的名稱及定義，結合場景繪制相應的結構圖并編程模擬實現（類名、方法

10、名和屬性名可自行定義）。10. 某教育機構組織結構如下圖所示：.專業(yè)專注.北京總部教務辦公室湖南分校行政辦公室教務辦公室長沙教學點湘潭教學點行政辦公室教務辦公室行政辦公室教務辦公室行政辦公室在該教育機構的 OA 系統(tǒng)中可以給各級辦公室下發(fā)公文 ，試采用組合模式設計該機構的組織結構 ，繪制相應的類圖并編程模擬實現 ，在客戶端代碼中模擬下發(fā)公文 。三、實驗要求1. 選擇合適的面向對象設計原則對系統(tǒng)進行重構，正確無誤地繪制重構之后的類圖；2. 結合實例 ，正確無誤地繪制簡單工廠模式 、工廠方法模式 、抽象工廠模式 、單例模式、適配器模式 、橋接模式和組合模式的模式結構圖 ；3. 使用任意一種面向對象

11、編程語言實現簡單工廠模式、工廠方法模式、抽象工廠模式、單例模式 、適配器模式 、橋接模式和組合模式實例，代碼運行正確無誤。四、實驗步驟1. 選擇合適的面向對象設計原則對系統(tǒng)進行重構，使用 PowerDesigner繪制重構之后的類圖 ；2. 結合實例 ，使用 PowerDesigner 繪制簡單工廠模式實例結構圖并用面向對象編程語言實現該模式實例 ；3. 結合實例 ，使用 PowerDesigner 繪制工廠方法模式實例結構圖并用面向對象編程語言實現該模式實例 ；4. 結合實例 ，使用 PowerDesigner 繪制抽象工廠模式實例結構圖并用面向對象編程語言實現該模式實例 ；5. 結合實例

12、，使用 PowerDesigner 繪制多例模式實例結構圖并用面向對象編程語言實現該模式實例 ；.專業(yè)專注.6. 結合實例 ，使用 PowerDesigner 繪制單例模式實例結構圖并用面向對象編程語言實現該模式實例 。7. 結合實例 ，使用 PowerDesigner 繪制適配器模式實例結構圖并用面向對象編程語言實現該模式實例 ；8. 結合實例 ，使用 PowerDesigner 繪制橋接模式實例結構圖并用面向對象編程語言實現該模式實例 ；9. 結合實例 ，使用 PowerDesigner 繪制組合模式實例結構圖并用面向對象編程語言實現該模式實例 。五 、實驗結果1. 重構之后的類圖 ：重構

13、過程中所使用的面向對象設計原則及簡要說明：根據題意采用了工廠方法模式，所謂工廠模式則是定義一個用于創(chuàng)建對象的接口，但是讓子類決定將哪一個類實例化。工廠方法模式讓一個類的實例化延遲到子類。使用了開閉原則 ，單一職責原則 。.專業(yè)專注.2. 類圖 ：實現代碼 ：/ 代碼顏色使用黑色，字體使用Times New Roman或 Arial ，字號為五號 ，如Role 類：public abstract class Role publicabstract void display();Angle 類：public class Angle extends Role public Angle()public

14、 voiddisplay().專業(yè)專注.Hero 類：public class Hero extends Role public Hero()public voiddisplay()Witch 類：public class Witch extends Role publicWitch()public voiddisplay()RoleFactory 類：public class RoleFactory public static Role getRole(String type)Role role = null;if (type.equalsIgnoreCase("angle&quo

15、t;)role = new Angle();.專業(yè)專注.if (type.equalsIgnoreCase("witch")role = new Witch();if (type.equalsIgnoreCase("Hero")role = new Hero();return role;Main 類 (客戶端 )：public class Main public static void main(String args) Role role;role= RoleFactory.getRole("hero");if (role=null

16、)創(chuàng)建角色失敗 .請檢查參數 ");else.專業(yè)專注.role.display();/3. 類圖：實現代碼 ：ImageReadeFactary類：public abstract class ImageReaderFactory public abstract ImageReader createImageReadeer();GifReaderFactory類：public class GifReaderFactory extends ImageReaderFactory .專業(yè)專注.public ImageReader createImageReadeer() GifReader

17、 gifReader = new GifReader();return gifReader;JpgReaderFactory類：public class JpgReaderFactory extends ImageReaderFactory public ImageReader createImageReadeer() JpgReader jpgReader = new JpgReader();return jpgReader;ImageReader類：public abstract class ImageReader publicvoidreadImage()GifReader類：publi

18、c class GifReader extends ImageReaderpublicvoidreadImage().專業(yè)專注.通過 GifReader 讀取圖片 ");JpgReader類：public class JpgReader extends ImageReaderpublicvoidreadImage()通過 JpgReader 讀取圖片 ");XMLUtil類：public class XMLUtil .專業(yè)專注./ 該方法用于從 XML 配置文件中提取具體類類名 ，并返回一個實例對象public static Object getBean() throws

19、Exception / 創(chuàng)建 DOM 文檔對象DocumentBuilderFactorydocumentBuilderFactory=DocumentBuilderFactory.newInstance();DocumentBuilderdocumentBuilder=documentBuilderFactory.newDocumentBuilder();Document document;document = documentBuilder.parse(new File("config.xml");/ 獲取包含類名的文本結點NodeList nodeList = doc

20、ument.getElementsByTagName("imageType");Node imageTypeNode = nodeList.item(0).getFirstChild();String imageType = imageTypeNode.getNodeValue().trim();/ 通過類名生成實例對象并將其返回Class clazz= Class.forName(imageType+"ReaderFactory");Object object = clazz.newInstance();return object;Main類（客戶端

21、）：.專業(yè)專注.public class Main public static void main(String args) ImageReaderFactory imageReaderFactory = null;ImageReader imageReader;try imageReaderFactory = (ImageReaderFactory)XMLUtil.getBean(); catch (Exception e) e.printStackTrace();imageReader = imageReaderFactory.createImageReadeer();imageReade

22、r.readImage();4. 類圖 ：.專業(yè)專注.實現代碼 ：抽象工廠databaseFactory類：publicabstract class databaseFactory public abstract Connection createConnection();public abstract Statement createStatement();具體工廠MysqlFactory類：public class MysqlFactory extends databaseFactory Overridepublic Connection createConnection() return

23、 new mysqlConnection();Override.專業(yè)專注.public Statement createStatement() return new mysqlStatement();具體工廠OracleFactory類：public class OracleFactory extends databaseFactory Overridepublic Connection createConnection() return new oracleConnection();Overridepublic Statement createStatement() return new o

24、racleStatement();抽象產品Connection類：public class Connectionpublic void connection().專業(yè)專注.抽象產品Statement類：public class Statement public void sattement()具體產品mysqlConnection類：public class mysqlConnection extends Connection public void connection() 提供 MySql 連接對象 ");具體產品mysqlStatement類：public class mysq

25、lStatement extends Statementpublic void sattement() 提供 mysql 語句對象 ");.專業(yè)專注.具體產品oracleConnection類：public class oracleConnection extends Connection public void connection() 提供 oracle 連接對象 ");具體產品oracleStatement類：public class oracleStatement extends Statement public void sattement() 提供 oracle

26、 語句對象 ");工具類 XMLUtil：.專業(yè)專注.public class XMLUtil / 該方法用于從 XML 配置文件中提取具體類類名 ，并返回一個實例對象public static Object getBean() throws Exception / 創(chuàng)建 DOM 文檔對象DocumentBuilderFactorydocumentBuilderFactory=DocumentBuilderFactory.newInstance();DocumentBuilderdocumentBuilder=documentBuilderFactory.newDocumentBui

27、lder();Document document;document = documentBuilder.parse(new File("config.xml");/ 獲取包含類名的文本結點NodeList nodeList = document.getElementsByTagName("databaseType");Node databaseTypeNode = nodeList.item(0).getFirstChild();String databaseType = databaseTypeNode.getNodeValue().trim();/

28、通過類名生成實例對象并將其返回Class clazz= Class.forName(databaseType+"Factory");Object object = clazz.newInstance();return object;客戶端 Main 類:public class Main .專業(yè)專注.public static void main(String args) databaseFactory daFactory = null;Connection connection ;Statement statement;try daFactory = (databaseF

29、actory)XMLUtil.getBean(); catch (Exception e) e.printStackTrace();if (daFactory=null)未獲取到對象 ");else connection = daFactory.createConnection();statement = daFactory.createStatement();connection.connection();statement.sattement();.專業(yè)專注.5. 類圖 ：實現代碼 ：單例類 Multiton：package Singleton;public class Mult

30、iton / 兩個或者三個private static ArrayList<Multiton> multitonList = new ArrayList<>();private final static int NUMBER=3;private Multiton()public static Multiton getInstance() / TODO: implementif (multitonList.size()<NUMBER).專業(yè)專注.創(chuàng)建新實例成功");Multiton current =new Multiton();multitonList.

31、add(current);return current;else不能創(chuàng)建更多的實例");return multitonList.get(new Random().nextInt(multitonList.size();客戶端類Client：package Singleton;public class Client public static void main(String args) Multiton m1 = Multiton.getInstance();Multiton m2 = Multiton.getInstance();Multiton m3 = Multiton.get

32、Instance();Multiton m4 = Multiton.getInstance();.專業(yè)專注.6運行結果 ：.類圖 ：.專業(yè)專注.實現代碼 ：客戶端類Main:public class Main public static void main(String args)new JInternalFrameDemo();類 JInternalFrameDemo：.專業(yè)專注.public class JInternalFrameDemo extends JFrame implements ActionListener private static JInternalFrame1 int

33、ernalFrame;Container contentPane = this.getContentPane();public JInternalFrameDemo() super(" 主窗體 ");contentPane.setLayout(new BorderLayout();JButton button = new JButton("創(chuàng)建一個子窗體");button.addActionListener(this);contentPane.add(button, BorderLayout.SOUTH);this.setSize(new Dimensi

34、on(300, 300);.專業(yè)專注.this.setVisible(true);this.addWindowListener(new WindowAdapter() Overridepublic void windowClosing(WindowEvent e) System.exit(0););public void actionPerformed(ActionEvent e) internalFrame = JInternalFrame1.getJInternalFrame1("子窗體 ", true, true, true,true);internalFrame.s

35、etSize(new Dimension(200, 200);internalFrame.setVisible(true);JDesktopPane desktopPane = new JDesktopPane();contentPane.add(desktopPane);desktopPane.add(internalFrame);try internalFrame.setSelected(true);.專業(yè)專注.類 JInternalFrame1 ：public class JInternalFrame1 extends JInternalFrame private static JInt

36、ernalFrame1 JIF1 = null;private JInternalFrame1(String name, boolean b1, boolean b2, boolean b3, booleanb4) super(name, b1, b2, b3, b4);public static JInternalFrame1 getJInternalFrame1(String name, boolean b1, booleanb2, boolean b3, boolean b4) if (JIF1 = null) JIF1 = new JInternalFrame1(name, b1, b

37、2, b3, b4);return JIF1;.專業(yè)專注.7. 類圖 ：實現代碼 ：目標抽象類DataOperation：public interface DataOperation public void sort(int a,int low,int high);public int search(int srcArray, int start, int end, int key);適配者類QuickSort ：public class QuickSort publicvoid quickSout(int a,int low,int high)int start = low;int end = high;int key = alow;while(end>start).專業(yè)專注./ 從后往前比較while(end>start&&aend>=key)/ 如果沒有比關鍵值小的，比較下一個，直到有比關鍵值小的交換位置，然后又從前往后比較end-;if(aend<=key)int temp = aend;aend = astart;astart = temp;/ 從前往后比較while(end>start&&astart<=key)/如果沒有比關鍵值大的，比較下一個，直到