中南大學劉偉《設計模式》實驗參考答案

1、設計模式實驗參考答案實驗11.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：I Client ICircleTriangleRecta ngle+ init ():void+ init ():void+ init ():void+ setColor () : void+ setColor () : void+ setColor () : void+ fill 0:void+ fill ():void+ fill 0:void+ setSize():void+ setSize () : void+ setSize ()

2、: void+ display () : void+ display () : void+ display () : void在該圖形庫中，每個圖形類(如Circle、Triangle等)的inH()方法用于初始化所創(chuàng)建的 圖形，setColorQ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,setSizeQ 方法用于設置圖形的人小，displayO方法用于顯示圖形?？蛻纛?Client)在使用該圖形庫吋發(fā)現(xiàn)存在如下問題： 由在創(chuàng)建'窗II時每次只需要使用圖形庫中的一種圖形，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

3、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(xiàn)需要根據(jù)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，哄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増圖形，無須針對只體圖形類編程，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。參考答案：四一config.xmlCirdeT riangleRectangle# setColor () : void fill ():void setSi

4、ze () : void display () : voidShape+ setColor ()void+仙()void+ setSize ()void+ display ()void |+ setColor () : void + fill ():void+ setSize () : void + display () : void setColor 0 : void fill ():void setSize () : voiddisplay () : void#2使用簡單工廠模式設計一個可以創(chuàng)建不同幾何形狀(Shape),如圓形(Circle).矩形 (Rectangle)和三角(Tria

5、ngle)等的繪圖工具類，每個幾何圖形均具有繪制draw()和擦除eiase()兩個方法，要求在繪制不支持的兒何圖形時.拋出一個UnsupportedShapeException異常,繪制類圖并編程模擬實現(xiàn)。參考答案：Un supportedShapeExceptionShape令 UnsupportedShapeException ( String message)+ draw () : void + erase () : voidShapeFactory+ createShape (String type) : Shape3現(xiàn)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

6、都設計 一個圖片讀取器(ImageReady,如GIF圖片讀取gg(GifReader)用于讀取GIF格式的圖片、JPG 圖片讀取器(JpgReader)用于讀収JPG格式的圖片。圖片讀取器刈象通過圖片讀取器工廠 IniageReaderFactory來創(chuàng)建 IniageReaderFactoiy是一個抽象類.用于定義創(chuàng)建圖片讀取器3的匸廠方法，其子類GifReaderFactory和JpgReadeiFactoiy用于創(chuàng)建只體的圖片讀取器對象。 試使用工廠方法模式設計該程序，繪制類圖并編程模擬實現(xiàn)。需充分考虔系統(tǒng)的靈活性和可 擴展性。參考答案:ImageReader read Image (

7、) : voidImageReaderFactocy createlmageReader () : ImageReaderGifReaderFactoryJpgReaderFactoryGifReader createknageReader () : ImageReader read Image () : void«create» createlmageReader () : ImageReaderir«create»#4.某軟件公司欲開發(fā)一套界面皮膚庫，可以對桌面軟件進行界而美化。不同的皮膚將提供視覺效果不同的按鈕.文本框.組合框等界面元索，其結構如卜

8、圖所示：該皮膚庫需要具備良好的靈活性和可擴展性，用戶可以自由選擇不同的皮膚，開發(fā)人員 可以在不修改既付代碼的基礎上增加新的皮膚。試使用抽象工廠模式設計該皮膚庫，繪制類 圖并編程模擬實現(xiàn)。參考答案：SkinFactory createButtcxi (): Button createTextFiekj (): TertField createCorrboBox 0 : ComboBoxSpringSkinFactorySummerSkinFactory createButton 0: Button createTextFiekj (): TextField createComboBox () :

9、 ComboBox createButton 0: BuHon createextFieW () : TextField令 createCocrboBox () : ComboBoxSpringButton!_ SummerButton«creaie»«crMle»«oiaie»«aeate» display 0 : void!L SumrrerTextFwIdSpringCocnboBoxSummerConiboBox display 0 : void display () : voiddisplay () :

10、void display 0 : void6 P& 0ButtonTerfFieldL ComboBox一 display () : vend display () : void display 0 : vod5使用單例模式的思想實現(xiàn)多例模式，確保系統(tǒng)中某個類的對彖只能存在冇限個，例 如兩個或三個，設計并編寫代碼實現(xiàn)一個多例類。參考答案：Multito n array : MultitonQ Multiton ()+ getlnstance () : Multiton + random (): int多例模式(Multiton Pattern)是單例模式的一種擴展形式，多例類可以有多個

11、實例，而且 必須白行創(chuàng)建和行理實例，并向外界提供門己的實例.可以通過靜態(tài)集合對彖來存儲這些實 例。多例類Multiton的代碼如下所示：import java.util.*;public class Multiton定義一個數(shù)組用于存儲四個實例private static Multiton airav new MultitonQ, new MultitonQ. new Multiton(). new Multiton();私有構造函數(shù)private Multiton()靜態(tài)工廠方法，隨機返回數(shù)組中的一個實例public static Multiton getlnstanceQreturn ai

12、Tavraiidom();隨機生成一個整數(shù)作為數(shù)組下標 public static mt randomQ Date d = new DateQ;Random random new Random(); mt value = Math.abs(iandom.nextlnt(); value = value % 4;retuin value;public static void main(Stnng args)siMultiton mLm2aii3,m4; ml = Multiton.getliistanceQ;m2 = Mu lti ton. getlnstanceQ; niB = Multito

13、n.getlnstance();ni4 Multiton.getlnstanccO;Svstem.out.prmtlii(m 1 =ni2);Svstem.ou=ni3);System.out.printlii(ml=m4);6.使用單例模式設計一個多文檔窗I I （注：在JavaAWT/Swmg發(fā)中可使用 JDesktopPane和JInteinalFrame來實現(xiàn)），要求在主窗體中某個內部子窗體只能實例化一次, 即只能彈出一個相冋的子窗體，如下圖所示，編程實現(xiàn)該功能。（注：用C#或C+實現(xiàn)類似功能也町以）參考答案:5SubFrame類充當單例類，在其中定義了靜態(tài)工廠方法getFiaine(

14、)o 代碼如下所示：nnport java.aul.*;import java.awl.event.*;import javax.swmg.*;import j avax. swmg. event. ;子窗口：單例類class SubFi ame extends JInternalFrameprivate static SubFrame flame;/靜態(tài)實例私有構造函數(shù)private SubFiameQsuper(M子窗體”,tine, tme, tme, false);tlus.setLocation(20,20); 設 St 內部窗體位置 tlus.sctSize(200,200); /

15、iS2 內部窗體人小this. addlntema IF i ameL istener(new MvIFListenerO); /監(jiān)聽窗體爭件 tlus. setVisible(tme);工廠方法，返回窗體實例public static SubFrame getFranie()如果窗體對象為空，則創(chuàng)建窗體，否則直接返回己有窗體 if(frame=null)frame=new SubFiame();renirn frame;事件監(jiān)聽器class MvIFLisrenei extends IntenialFrameAdapter子窗體關閉時.將窗體對象設為nullpublic void intei

16、nalFianieClosing(IntenialFianieEvent e) if(frame!=null)fiame=nulL/客戶端測試類class MainClass extends JFrameprivate JButton button;private JDesktopPane desktopPane;private SubFrame iFiame=null;public MamClassQsuper(M 主窗體”)；Contamei c=tlus.getContentPane(); c.setLavout(new BordeiLavoutQ);button=uew JButton

17、(M點擊創(chuàng)建一個內部窗體”)； button.addActionListener(new BtListeneiQ); c.add(button< BorderLavout.SOUTH);desktopPane = new JDesktopPaiie(); 創(chuàng)建 DesktopPane c.add(desktopPane);tlus.setDefaultCloseOperation(JFiame.EXIT_ON_CLOSE); tlus.setLocatiouRelativeTo(null);this.setSize(400,400);this.showQ;事件監(jiān)聽器class BtLis

18、tener implements ActionListenerpublic void actioiiPeifbrmed(ActioiiEvent e)if(iFrame!=null)desktopPane.remove(iFrame);iFiame-SubFrame.getFiame();desktopPane.add(iFrame);public static void main(String args)new MamClass();SubFrame類是JlnternalFrame類的子類，在SubFraine類中定義了一個靜態(tài)的SubFrame 類型的實例變屜，任掙態(tài)匸廠方法getFran

19、ie()中創(chuàng)建了 SubFiame對一象并將其返回。在 MamClass類中使用了該單例類，確保子窗I I在當前應用程序中只冇唯一一個實例，即只能 彈出一個子窗II。實驗21. 現(xiàn)有一個接I I DataOperation定義了排序方法son(mt)和查找方法search(int. mt), 已知類Quicksort的quickSort(mt)方法實現(xiàn)了快速排序算法，類BinaiySeaich的 binarySeaich(int, 方法實現(xiàn)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I、將類Quicksort和類BuiarySearch的方法適配到DataOperati

20、on I丨中。繪 制類圖并編程實現(xiàn)。(要求實現(xiàn)快速排序和：分查找，使用對象適配器實現(xiàn))DataOperation sort (int array): into令 search (int arrayO, int key) : intI參考答案：Operati on Adapter sortObj : Quicksort searchObj : BinarySearch+ OperationAdapter (Quicksort sortObj,BinarySearch searchObj)+ sort (int arrayfl): int今 search (int arrayQ, int key)

21、: int2. Windows Media Player和RealPlayer是兩種常用的媒體播放器.它們的API結構和調 用方法存在區(qū)別。現(xiàn)在你的應用程序備要支持這兩種播放器API,而且在將來可能還需要支 持新的媒體播放器，請問如何設計該應用程序？繪制類圖并編程模擬實現(xiàn)。參考答案:RealPlayeiFactoiv» 其中 MediaPlaverFactory 作為 Wmdows Media Player 播放器工廠可以創(chuàng) 建 Windows Media Player 的主窗 I 1 (Med laPlav er Window)和播放列表(Med laPlavei List)(為了

22、 簡化類圖，只列出主窗I I和播放列表這兩個播放器組成元素，實際情況下包含更多組成元 索):RealPlayeiFactoiy 作為 RealPlayei 播放器工廠，創(chuàng)建 RealPlayer 的主窗 I 1 (RealPlayeiWindow)和播放列(RealPlayerList),此時可以使用抽象工廠模式，客戶端針對 抽彖工廠PlaverFactorv編程，如果增加新的播放器，只需增加一個新的具體工廠來生產新 * "產品族中的產品即可。由于需要調用現(xiàn)有API中的方法，因此還需要使用適配器模式，在 JU本產品類如 MediaPlayerWmdow 和 MediaPlaveiLi

23、st 調用 Windows Media Plaver API 中的方 法，在 RealPlayeiWmdow 和 RealPlayerList 中調用 RealPlayei API 中的方法，實現(xiàn)対 API 中 Jj法的適配，此時體產nn如MediaPlayerWmdow、RealPlayei Window等充當適配器，而已 有的API如MediaPlayerAPI和RealPlaveiAPI是需要適配的適配者。3. 使用組合模式設計一個殺毒軟件(AiitiVims)的框架.該軟件既可以對某個文件夾 (Folder)殺埶 也可以對某個指定的文件(File)進行殺毒，文件種類包括文本文件Text

24、File. 圖片文件InngeFile.視頻文件VideoFileo繪制類圖并編程模擬實現(xiàn)。參考答案:AbstractFileabstractImageFile name7 String ImageFile (String name) add (AbstractFile file) : void romovo (AbstroctFilo filo) : void getChild (int i): AbstractFile killVirus (): void add (AbstractFile file) : void remove (AbstractFile file) : void ge

25、tChild (int i): AbstractFile killVirus (): void name : StringfileListVideoFi eFolder VideoFile (String name) add (AbstractFile file) : void romovo (AbstroctFilo filo) : void getChild (int i): AbstractFile killVirus (): void fileList : ArrayList name : String+ Folder (String name)* add (AbstractFile

26、file) : void+ remove (AbstractFile file) : void+ getChild (int i): AbstractFile+ killVirus (): voidTextFile name : String TextFile (String name) add (AbstractFile file) remove (AbstractFile file) getChild (int i) killVirus ()void void AbstractFile void11#4. 某教育機構組織結構如下圖所示:#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

27、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(xiàn)，在客戶端代碼中模擬下發(fā)公文。參考答案：參考類圖如下所示：本實例使用了安全組合模式，Unit充當抽象構件角色.Office允當葉子構件角色, Institution充當容器構件角色。本實例代碼如下所示：abstract class Unitpublic abstract void handleAicluvesQ;class Office extends Unitprivate Suing name;public Office(Stiing name) = name;public void haiidleAichi

28、vesQSystem.out.piintln( + "處理公文！ ”)；class Institution extends Unitprivate ArravList list = new ArrayListQ;private String name;public Institution(Stimg name) = name;public void add(Umt uiut)list.add(umt);public void haiidleAichivesQSystem.out.piintln(tliis.naine + "接收并下發(fā)公文

29、：H);foi(Object obj : list)(Umt)obj).liandleArchivcs(); 在客戶類中創(chuàng)建樹形結構，代碼如下所示： class Clientpublic static void main(String args)Institution bjHeadquaiteis,hiiSubSchooLcsTeacluiigPost,xtTeachmgPost; Unit tOffice 1 jOffice2,tOffice3jOffice4,aOffi?e 1 ,aOffice2,aOffice3,aOffice4; bj Headquarters = new Insti

30、tution(Hd 匕京總部”);lmSubSchool = new Institution(H)AIJ 南分校”)； csTeacluiigPost new Iiistinition(M 長沙教學點”)； xtTeachmgPost = new Institution湘潭教學點")； tOffice 1 = new Office(”北京教務辦公室”)； tOffice2 = new Office(“湖南教務辦公室”)； tOffice3 = new Office(”長沙教務辦公室”)； tOffice4 = new Office(”湘潭教務辦公室”)； aOfficel = new

31、 Office(M北京行政辦公室"); aOffice2 = new Office(”湖南行政辦公室”)； aOffice3 = new Office("長沙行政辦公室”)； aOffice4 = new Office(”湘潭行政辦公室”)； csTeacliuigPost.add(tOffice3);csTeacluiigPost.add(aOffice3); xtTeachmgPost.add(tOffice4); xtTeachmgPost.add(aOffice4); linSubSchool.add(csTeachingPost); lmSubSchool.add

32、(xtTeachingPost); hnSubSchool.add(tOffice2); hnSubSchool.add(aOffice2); bjHeadquaiteis.add(liiiSubScliool); bjHeadquaiteis.add(tOfficel); bjHeadquaiteis.add(aOffice 1); bjHeadquarters.handleAicluves();注：本題也可以將員工(Employee)作為葉子構件，將5山作為容器構件。5. 某軟件公司為新開發(fā)的智能手機控制與管理軟件提供了一鍵備份功能.通過該功能 可以將原本存儲在于機中的通信錄、短信、照片、

33、歌由等資料一次性全部拷貝到移動存儲介 質（例如MMC卡或SD卡）中。在實現(xiàn)過程中需要與多個己有的類進行交互，例如通訊錄 管理類、短信管理類等，為了降低系統(tǒng)的耦合度，試使用外觀模式來設il并編程模擬實現(xiàn)該 一鍵備份功能。參考答案：參考類圖如卜所示：OneKeyBackup cm : ContactManager mm : MessageManager -fm : FileManager+ click () : void/-/Con tactMa nagerMessageMa nagerFileMa nager backup () : void+ backup () : void+ backup

34、() : voidIt中，OneKeyBackup 允為外觀角色.ContactManager MessageManager 和 FileManag燈 充當子系統(tǒng)角色。6. 某信息系統(tǒng)需要提供一個數(shù)據(jù)處理和報表顯示模塊.該模塊可以讀取不同類型的文 件中的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)轉換成XML格式，然后對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，最后以報表方式來顯示 數(shù)據(jù)。rh于該過程需要涉及到多個類，試使用外觀模式設計該數(shù)據(jù)處理和報表顯示模塊?？?底到右些文件本身己經是XML格式，無須進行格式轉換，為了讓系統(tǒng)具右更好的擴展性， 在系統(tǒng)設計中町以引入抽象外觀類。參考答案:AbstractFacadeabstract+ execute

35、 ()*XMLDataConvertor+ convert ()DataAnalysis+ handle ()ReportDisplay+ display ()實驗3i. 在某應用軟件中需要記錄業(yè)務方法的調用口，忐，在不修改現(xiàn)有業(yè)務類的基礎上為每一個類提供一個口，忐記錄代理類，在代理類屮輸出口忐，例如在業(yè)務方法method()調用Z前 輸出“方methodO被調用，調用時間為2014-11-5 10:10:10",調用Z后如果沒有拋異常則 輸出“方法methodQ調用成功”，否則輸岀“方法methodO調用失敗”。在代理類中調用真實 業(yè)務類的業(yè)務方法，使用代理模式設計該口,忐記錄模塊

36、的結構，繪制類圖并編程模擬實現(xiàn)。參考答案：AbstractLog+ method () : void2. 某軟件公司承接了某信息咨詢公司的收費商務信息査詢系統(tǒng)的開發(fā)任務，該系統(tǒng)的 基本需求如下：(1) 在進行商務信息査詢之前用戶需要通過身份驗證，只何合法用戶才能夠使用該査詢 系統(tǒng)；(2) 在進行商務信息査詢時系統(tǒng)需要記錄查詢口志，以便根據(jù)查詢次數(shù)收収査詢費用。該軟件公司開發(fā)人員已完成了商務信息査詢模塊的開發(fā)任務，現(xiàn)希望能夠以一種松耦合 的方式向原有系統(tǒng)增加身份驗證和口，忐記錄功能，客戶端代碼可以無區(qū)別地対待原始的商務 信息査詢模塊和增加新功能之后的商務信息査詢模塊，而且可能在將來還要在該信息査

37、詢模 塊中增加一些新的功能。試使用代理模式設計并編程模擬實現(xiàn)該收費商務信息査詢系統(tǒng)?！咎崾荆菏褂帽Ｗo代理 和智能引用代理】參考答案：Searcher+ doSearch () : StringProxySearcherRealSearcher+ doSearch () : String searcher : RealSearcher-validator : AccessValidator logger : Logger+ doSearch () : String+ validate ():boolean+ log ():voidAccessValidator+ validate () : bo

38、olean17#金額V5萬元5萬元W金額V10萬元10萬元W金額V50萬元 金額M50萬尤主任副堇事長堇事長堇事會3. 某企業(yè)的SCM（Supply Cham Managements供應鏈管理）系纟充中包含一個采購審批子 系統(tǒng)。該企業(yè)的采購審批是分級進行的，即根據(jù)釆購金額的不同由不同層次的主管人員來審 批，主任町以審批5萬尤以卜.（不包括5萬元）的釆購單，副童事長可以審批5萬元至10 萬元（不包括10萬元）的采購單，童事長町以審批10萬元至50萬元（不包括50萬尤）的 采購單，50萬元及以上的釆購單就需要開董事會討論決定。如下圖所示：采購人員試使用職貴鏈模式設計并實現(xiàn)該系統(tǒng)。參考答案：4. 某

39、公司欲開發(fā)一個軟件系統(tǒng)的在線文檔幫助系統(tǒng)，用戶可以在任何一個査詢上卜文 中輸入査詢關鍵字，如果肖前資詢環(huán)境下沒仃相關內容，則系統(tǒng)會將杳詢按照一定的煩序轉 發(fā)給其他查詢環(huán)境?；谏鲜鲂枨?，試采用職責鏈模式對該系統(tǒng)進行設計。參考答案:5房間中的開關就是命令模式的一個實例現(xiàn)用命令模式來模擬開關的功能，町控制 對彖包括電燈和電風扇，繪制相應的類圖并編程模擬實現(xiàn)。參考答案：參考類圖如下所示：19Switch一Command on () : void 卜 off 6 : void executeOn () : void + executeOff () : voidLampCommanc lamp : La

40、mp令 executeOn () : void executeOff () : void fan : Fan+ executeOn () : void + executeOff () : voidlampfanLampFan+ lighten () : void + quench () : void run () : void stop () : void其中,Switch充當調用者(發(fā)送者)角色,Command 是 抽象命 令類，LainpConinuuid和FanCommand充為JI體命令角色，Lamp和Fan充"i接收者角色。6.某軟件公司欲開發(fā)一個基于Wmdows平臺的公告

41、板系統(tǒng)。系統(tǒng)捉供一個主菜單 (Menu),在主菜單屮包含了一些菜單項(Menuitem),川以通過Menu類的addMenuItein()方 法增加菜單項。菜單項的主要方法是clicko,每一個菜單項包含一個抽象命令類，只體命令 類包扌舌 OpenCommand(打開命令)，CieateConiniaiid(M建命令)，EditCoinmand(編輯命令)等, 命令類真令1個executcQ方法，用調用公告板系統(tǒng)界面類(BoaidScieen)的openQ create(). ed"()等方法?，F(xiàn)使用命令模式設計該系統(tǒng)，使得Menultem類與BoardScreen類的耦合度降 低，

42、繪制類圖并編程實現(xiàn)。參考答案：其中，BoardScreen Ai當接收者角色 Menuitem 調用者角色，Command充當抽彖 命令角色，OpenConimand、CreateComniand 和 EditConmiand 充肖貝體命令角色。實驗41. 某實時在線股票軟件需要提供如下功能：肖股票購買者所購買的某支股票價格變化 幅度達到5%時，系統(tǒng)將自動發(fā)送通知（包括新價格）給購買該股票的所有股民。試使用觀 察者模式設計并實現(xiàn)該系統(tǒng)，要求繪制相應的類圖并編程模擬實現(xiàn)。參考答案：Stock investors: ArrayList stockName : String-price: doubl

43、e* Stock (String stockName. double price) attach (Investor investor):void+ detach (Investor investor):void setStockName (String stockName):void今 getStockName ():String+ setPrice (double price):void getPrice ():double notifylnvestor ():voidInvestorinvestors + response (Stock stock) : voidConcretelnvestor name : String+ Concretelnvestor (String name)* response