设计模式实验报告.docx

实验二 设计模式实验一一、实验目的熟练使用面向对象设计原则对系统进行重构；熟练使用PowerDesigner和任意一种面向对象编程语言实现几种常见的设计模式，包括简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、适配器模式、桥接模式和组合模式，理解每一种设计模式的模式动机，掌握模式结构，学习如何使用代码实现这些模式，并学会分析这些模式的使用效果。二、实验内容使用面向对象设计原则对系统进行重构；使用PowerDesigner和任意一种面向对象编程语言实现简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、适配器模式、桥接模式和组合模式，包括根据实例绘制模式结构图、编写模式实例模拟实现代码，运行并测试所编写代码。(1) 面向对象设计原则在某图形库API中提供了多种矢量图模板，用户可以基于这些矢量图创建不同的显示图形，图形库设计人员设计的初始类图如下所示：在该图形库中，每个图形类（如Circle、Triangle等）的init()方法用于初始化所创建的图形， setColor()方法用于给图形设置边框颜色，fill()方法用于给图形设置填充颜色，setSize()方法用于设置图形的大小，display()方法用于显示图形。客户类(Client)在使用该图形库时发现存在如下问题： 由于在创建窗口时每次只需要使用图形库中的一种图形，因此在更换图形时需要修改客户类源代码； 在图形库中增加并使用新的图形时需要修改客户类源代码； 客户类在每次使用图形对象之前需要先创建图形对象，有些图形的创建过程较为复杂，导致客户类代码冗长且难以维护。现需要根据面向对象设计原则对该系统进行重构，要求如下： 隔离图形的创建和使用，将图形的创建过程封装在专门的类中，客户类在使用图形时无须直接创建图形对象，甚至不需要关心具体图形类类名； 客户类能够方便地更换图形或使用新增图形，无须针对具体图形类编程，符合开闭原则。绘制重构之后的类图并说明在重构过程中所运用的面向对象设计原则。(2) 简单工厂模式使用简单工厂模式设计一个可以创建不同几何形状(Shape)，如圆形(Circle)、矩形(Rectangle)和三角形(Triangle)等的绘图工具类，每个几何图形均具有绘制Draw()和擦除Erase()两个方法，要求在绘制不支持的几何图形时，抛出一个UnsupportedShapeException异常，绘制类图并编程模拟实现。(3) 工厂方法模式现需要设计一个程序来读取多种不同类型的图片格式，针对每一种图片格式都设计一个图片读取器(ImageReader)，如GIF图片读取器(GifReader)用于读取GIF格式的图片、JPG图片读取器(JpgReader)用于读取JPG格式的图片。图片读取器对象通过图片读取器工厂ImageReaderFactory来创建，ImageReaderFactory是一个抽象类，用于定义创建图片读取器的工厂方法，其子类GifReaderFactory和JpgReaderFactory用于创建具体的图片读取器对象。试使用工厂方法模式设计该程序，绘制类图并编程模拟实现。(4) 抽象工厂模式某软件公司欲开发一套界面皮肤库，可以对桌面软件进行界面美化。不同的皮肤将提供视觉效果不同的按钮、文本框、组合框等界面元素，其结构如下图所示：该皮肤库需要具备良好的灵活性和可扩展性，用户可以自由选择不同的皮肤，开发人员可以在不修改既有代码的基础上增加新的皮肤。试使用抽象工厂模式设计该皮肤库，绘制类图并编程模拟实现。(5) 单例模式使用单例模式的思想实现多例模式，确保系统中某个类的对象只能存在有限个，例如两个或三个，设计并编写代码实现一个多例类。(6) 单例模式使用单例模式设计一个多文档窗口（注：在Java AWT/Swing开发中可使用JDesktopPane和JInternalFrame来实现），要求在主窗体中某个内部子窗体只能实例化一次，即只能弹出一个相同的子窗体，如下图所示，编程实现该功能。（注：用C#或C+实现类似功能也可以）(7) 适配器模式现有一个接口DataOperation定义了排序方法sort(int) 和查找方法search(int, int)，已知类QuickSort的quickSort(int)方法实现了快速排序算法，类BinarySearch 的binarySearch (int, int)方法实现了二分查找算法。现使用适配器模式设计一个系统，在不修改源代码的情况下将类QuickSort和类BinarySearch的方法适配到DataOperation接口中。绘制类图并编程实现。（要求实现快速排序和二分查找） (8) 适配器模式Windows Media Player和RealPlayer是两种常用的媒体播放器，它们的API结构和调用方法存在区别。现在你的应用程序需要支持这两种播放器API，而且在将来可能还需要支持新的媒体播放器，请问如何设计该应用程序？选择一种合适的设计模式，绘制类图并编程模拟实现。(9) 桥接模式某软件公司欲开发一个跨平台图像浏览系统，要求该系统能够显示BMP、JPG、GIF、PNG等多种格式的文件，并且能够在Windows、Linux、Unix等多个操作系统上运行。系统首先将各种格式的文件解析为像素矩阵(Matrix)，然后将像素矩阵显示在屏幕上，在不同的操作系统中可以调用不同的绘制函数来绘制像素矩阵。系统需具有较好的扩展性，以便在将来支持新的文件格式和操作系统。试使用桥接模式设计该跨平台图像浏览系统，绘制类图并编程模拟实现。(10) 组合模式某教育机构组织结构如下图所示：在该教育机构的OA系统中可以给各级办公室下发公文，现采用组合模式设计该机构的组织结构，绘制相应的类图并编程模拟实现，在客户端代码中模拟下发公文。三、实验要求1. 选择合适的面向对象设计原则对系统进行重构，正确无误绘制重构之后的类图；2. 正确无误绘制简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、适配器模式、桥接模式和组合模式实例的模式结构图；3. 使用任意一种面向对象编程语言实现简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、适配器模式、桥接模式和组合模式实例，代码运行正确无误。四、实验步骤1. 选择合适的面向对象设计原则对系统进行重构，使用PowerDesigner绘制重构之后的类图；2. 使用PowerDesigner绘制简单工厂模式实例结构图并用面向对象编程语言实现该模式实例；3. 使用PowerDesigner绘制工厂方法模式实例结构图并用面向对象编程语言实现该模式实例；4. 使用PowerDesigner绘制抽象工厂模式实例结构图并用面向对象编程语言实现该模式实例；5. 使用PowerDesigner绘制单例模式实例结构图并用面向对象编程语言实现该模式实例；6. 使用PowerDesigner绘制适配器模式结构图并用面向对象编程语言实现该模式；7. 使用PowerDesigner绘制桥接模式结构图并用面向对象编程语言实现该模式；8. 使用PowerDesigner绘制组合模式结构图并用面向对象编程语言实现该模式。五、实验报告要求1. 提供重构之后的类图，简要说明重构过程中所运用的面向对象设计原则；2. 提供简单工厂模式实例结构图及实现代码；3. 提供工厂方法模式实例结构图及实现代码；4. 提供抽象工厂模式实例结构图及实现代码；5. 提供单例模式实例结构图及实现代码；6. 提供适配器模式实例结构图及实现代码；7. 提供桥接模式实例结构图及实现代码；8. 提供组合模式实例结构图及实现代码；9. 注意调整类图中文字的字体及字号，注意图的整体布局和图的大小，避免使用交叉线，注意代码字体和颜色，代码字体需一致，颜色需统一；10. 认真写好实验总结；11. 提交电子版实验报告，格式为“学号-姓名-实验2.doc”，如“060102-张三-实验2.doc”，所有材料（包括类图和源代码）均放在一个Word文件中，格式为doc或docx，不需要提交PowerDeigner所保存的oom模型，也无须单独提交源代码。六、实验结果1. 重构之后的类图：重构过程中所使用的面向对象设计原则及简要说明：1).重构之后实现了开闭原则:在增加一个新图形时,只需要增加一个新图形类和一个新图形的工厂类,然后将新图形的工厂类放入配置文件,从而使增加新图形时不用修改源代码,完全符合“开闭原则”；2).还实现了单一职责原则：原先的客户端类，需要创建具体的用户对象，承担了过多的职责，重构之后的客户端只需要创建抽象工厂，由具体的图形工厂创建具体的图形对象，实现了单一职责原则；3).另外还实现了依赖倒转原则：客户端完全只针对抽象编程，没有依赖于具体的细节，只需要针对ShapeFactory和Shape编程；2. 类图：实现代码：/代码颜色使用黑色，字体使用Times New Roman或Arial，字号为五号，(1)抽象产品类：Shapepublic interface Shape public void draw();public void erase();(2)具体产品类：Circlepublic class Circle implements Shape public void draw()System.out.println(draw Circle.);public void erase()System.out.println(erase Circle!);(3)具体产品类：Trianglepublic class Triangle implements Shape public void draw()System.out.println(draw Triangle.);public void erase()System.out.println(erase Triangle!);(4)具体产品类：Rectanglepublic class Rectangle implements Shape public void draw() System.out.println(draw Rectangle.);public void erase() System.out.println(erase Rectangle!);(5)工厂类：ShapeFactorypublic class ShapeFactory public static Shape produceShape(String shape) throws Exception if (shape.equalsIgnoreCase(Circle) System.out.println(生产一个Circle对象！);return new Circle();else if(shape.equalsIgnoreCase(Triangle)System.out.println(生产一个Triangle对象！);return new Triangle();else if(shape.equalsIgnoreCase(Rectangle)System.out.println(生产一个Rectangle对象！);return new Rectangle();else throw new Exception(UnsupportedShapeException!);(6)XML操作工具类：XMLUtilimport java.io.File;public class XMLUtil public static String getClassName() import javax.xml.parsers.DocumentBuilder;import javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory;import org.w3c.dom.Document;import org.w3c.dom.Node;import org.w3c.dom.NodeList;try DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();Document doc;doc = builder.parse(new File(src/com/config.xml);NodeList nl = doc.getElementsByTagName(className);Node classNode = nl.item(0).getFirstChild();String className = classNode.getNodeValue().trim();return className; catch (Exception e) e.printStackTrace();return null;(7)配置文件：config.xmlTriangle(8)客户端测试类：Clientpublic class Client public static void main(String args) tryShape shape;String className = XMLUtil.getClassName();shape = ShapeFactory.produceShape(className);shape.draw();shape.erase(); catch(Exception e)System.out.println(e.getMessage();3. 类图：实现代码：(1)抽象产品类：ImageReaderFactorypublic interface ImageReader public void readImage();(2)具体产品类：JpgReaderpublic class JpgReader implements ImageReader public void readImage()System.out.println(read jgp iamge.);(3)具体产品类：JifReaderpublic class JifReader implements ImageReader public void readImage()System.out.println(read jif iamge.);(4)抽象工厂类：ImageReaderFactorypublic interface ImageReaderFactory public ImageReader produceImageReader();(5)具体工厂类：JpgReaderFactorypublic class JpgReaderFactory implements ImageReaderFactory public ImageReader produceImageReader()System.out.println(生产一个 jpgreader.);return new JpgReader();(6)具体工厂类：JifReaderFactorypublic class JifReaderFactory implements ImageReaderFactory public ImageReader produceImageReader()System.out.println(生产一个 jifreader.);return new JifReader();(7)XML操作工具类：XMLUtilimport java.io.File;import javax.xml.parsers.DocumentBuilder;import javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory;import org.w3c.dom.Document;import org.w3c.dom.Node;import org.w3c.dom.NodeList;public class XMLUtil public static Object getBean() try DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();Document doc;doc = builder.parse(new File(src/config.xml);NodeList nl = doc.getElementsByTagName(className);Node classNode = nl.item(0).getFirstChild();String cName = classNode.getNodeValue();Class c = Class.forName(cName);Object obj = c.newInstance();return obj; catch (Exception e) e.printStackTrace();System.out.println(出错啦啊啊啊啊！);return null;(8)配置文件：config.xmlJpgReaderFactory(9)客户端测试类：Clientpublic class Client public static void main(String args)tryImageReader imageReader;ImageReaderFactory imageReaderFactory;imageReaderFactory = (ImageReaderFactory)XMLUtil.getBean();imageReader = imageReaderFactory.produceImageReader();imageReader.readImage(); catch(Exception e)System.out.println(e.getMessage();4. 类图：实现代码：(1)抽象产品类：AbstractButtonpublic interface AbstractButton public void action();(2)具体产品类：GreenButtonpublic class GreenButton implements AbstractButton public void action()System.out.println(Spring 风格的 green button.);(3)具体产品类：BlueButtonpublic class BlueButton implements AbstractButton public void action() System.out.println(Summer 风格的 blue button.);(4)抽象产品类：AbstractTextpublic interface AbstractText public void action();(5)具体产品类：GreenTextpublic class GreenText implements AbstractText public void action() System.out.println(Spring 风格的 green text.);(6)具体产品类：BlueTextpublic class BlueText implements AbstractText public void action() System.out.println(Summer 风格的 blue text.);(7)抽象产品类：AbstractComboxpublic interface AbstractCombox public void action();(8)具体产品类：GreenComboxpublic class GreenCombox implements AbstractCombox public void action() System.out.println(Spring 风格的 green combox.);(9)具体产品类：BlueComboxpublic class BlueCombox implements AbstractCombox public void action() System.out.println(Summer 风格的 blue combox.);(10)抽象工厂类：SkinFactorypublic interface SkinFactory public AbstractButton createButton();public AbstractText createText();public AbstractCombox createCombox();(11)具体工厂类：SpringSkinFactorypublic class SpringSkinFactory implements SkinFactory public AbstractButton createButton() System.out.println(SpringSkinFactory 生产 green button.);return new GreenButton();public AbstractText createText() System.out.println(SpringSkinFactory 生产 green text.);return new GreenText();public AbstractCombox createCombox() System.out.println(SpringSkinFactory 生产 green combox.);return new GreenCombox();(12)具体工厂类：SummerSkinFactorypublic class SummerSkinFactory implements SkinFactory public AbstractButton createButton() System.out.println(SummerSkinFactory 生产 blue button.);return new BlueButton();public AbstractText createText() System.out.println(SummerSkinFactory 生产 blue text.);return new BlueText();public AbstractCombox createCombox() System.out.println(SummerSkinFactory 生产 blue combox.);return new BlueCombox();(13)配置文件：config.xmlSpringSkinFactory(14)XML操作工具类：XMLUtil(与第三题中的XMLUtil相同)(15)客户端测试类：Clientpublic class Client public static void main(String args)trySkinFactory sFactory;AbstractButton button;AbstractText text;AbstractCombox combox;sFactory = (SkinFactory)XMLUtil.getBean();button = sFactory.createButton();text = sFactory.createText();combox = sFactory.createCombox();button.action();text.action();combox.action(); catch (Exception e)System.out.println(e.getMessage();5. 类图：实现代码：(1)多例类：Printerpublic class Printer private volatile static Printer instance1 = null;private volatile static Printer instance2 = null;public Printer() public static Printer getInstance(int no) if (no = 1) if (instance1 = null) synchronized (Printer.class) if (instance1 = null) System.out.println(创建第一台打印机.);instance1 = new Printer();System.out.println(调用第一台打印机.);return instance1; else if (no = 2) if (instance2 = null) synchronized (Printer.class) if (instance2 = null) System.out.println(创建第二台打印机.);instance2 = new Printer();System.out.println(调用第二台打印机.);return instance2; else System.out.println(找不到对应的实例！);return null;(2)客户端测试类：Clientpublic class Client public static void main(String args)Printer p1, p2;p1 = Printer.getInstance(1);p2 = Printer.getInstance(2);p1 = Printer.getInstance(1);p2 = Printer.getInstance(2);6. 类图：实现代码：(1)单例类：JinternalFrameimport java.awt.BorderLayout;import java.awt.Container;import java.awt.Dimension;import java.awt.event.ActionEvent;import java.awt.event.ActionListener;import java.awt.event.WindowAdapter;import java.awt.event.WindowEvent;import javax.swing.JButton;import javax.swing.JDesktopPane;import javax.swing.JFrame;import javax.swing.JInternalFrame;import javax.swing.JTextArea;public class JInternalFrameDemol extends JFrame implements ActionListener JDesktopPane desktopPane;JInternalFrame internalFrame;public JInternalFrameDemol()super(JInternalFrameDemo1);Container contentPane = this.getContentPane();contentPane.setLayout(new BorderLayout();JButton button = new JButton(Crate New Internal Frames);button.addActionListener(this);contentPane.add(button, BorderLayout.SOUTH);desktopPane = new JDesktopPane();contentPane.add(desktopPane);this.setSize(new Dimension(300, 300);this.setVisible(true);this.addWindowListener(new WindowAdapter() Overridepublic void windowClosing(WindowEvent e) System.exit(0););public void actionPerformed(ActionEvent e) if(internalFrame = null)internalFrame = new JInternalFrame(Internale Frame, true, true, true, true);internalFrame.setLocation(20,20);internalFrame.setSize(new Dimension(200, 200);internalFrame.setVisible(true);Container icontentPane = internalFrame.getContentPane();JTextArea textArea = new JTextArea();JButton b = new JButton(Internale Frame Button);icontentPane.add(textArea, Center);icontentPane.add(b, South);desktopPane.add(internalFrame);/ this.getContentPane().add(internalFrame);try internalFrame.setSelected(true); catch (java.beans.PropertyVetoException ex) System.out.println(Exception while selecting);(2)客户端类：Clientpublic class Client public static void main(String args) new JInternalFrameDemol();7. 类图：实现代码：(1)目标类：DataOperationpublic class DataOperation public int search(int list, int no)return 0;public void sort(int list)(2)适配器类：QBAdapterpublic class QBAdapter extends DataOperation private QuickSort qs;private BinarySearch bs;public QBAdapter()qs = new QuickSort();bs = new BinarySearch();public void sort (int list)System.out.println(调用QuickSort中的quickSort方法.);qs.quickSort(list);public int search(int list, int no)int result;System.out.println(调用BinartSearch中的binarySearch方法.);result = bs.binarySearch(list, no);return result;(3)适配者类：QuickSortpublic class QuickSort public QuickSort() public void quickSort(int list) int size = list.length;quickSortMethod(list, 0, size - 1);private void quickSortMethod(int list, int left, int right) int q;if (left right) q = partition(list, left, right);quickSortMethod(list, left, q - 1);quickSortMethod(list, q + 1, right);private int partition(int list, int left, int right) int shaft = listleft;int temp = 0;while (left shaft)right-;while (listleft shaft)left+;if (listleft = listright) right-; else temp = listleft;listleft = listright;listright = temp;listleft = shaft;return left;(4)适配者类：BinarySearchpublic class BinarySearch public int binarySearch(int list, int no)int left = 0;int right = list.length;try while(left no)right = middle - 1;else left = middle + 1; catch (Exception e) System.out.println(没有找到可以匹配的值.);return -1;(5)XML文件操作工具类：XMLUtilimport java.io.File;import javax.xml.parsers.DocumentBuilder;import javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory;import org.w3c.dom.Document;import org.w3c.dom.Node;import org.w3c.dom.NodeList;public class XMLUtil public static Object getBean() try DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();Document doc;doc = builder.parse(new File(src/config.xml);NodeList nl = doc.getElementsByTagName(className);Node classNode = nl.item(0).getFirstChild();String cName = classNode.getNodeValue();Class c = Class.forName(cName);Object obj = c.newInstance();return obj; catch (Exception e) e.printStackTrace();System.out.println(出错啦啊啊啊啊！);return null;(6)配置文件：config.xmlQBAdapter(7)客户端测试类：Clientpublic class Client public static void main(String args)int list = 5, 3, 7, 6, 2, 1, 9, 8 ,4, 5, 5, 5;DataOperation dataoperation;dataoperation = (DataOperation)XMLUtil.getBean();dataoperation.sort(list);for(int i=0; i list.length; i+)System.out.print(listi + );System.out.println();System.out.println(list + dataoperation.search(list, 5) + = 5);8. 类图：实现代码：(1)目标抽象类：Playerimport java.io.File;public class Player public void playMedia(File fileURL)System.out.println(no no no);(2)适配器类：RealPlayerAdapterimport java.io.File;public class RealPlayerAdapter extends Player private RealPlayer realPlayer;public RealPlayerAdapter()realPlayer = new RealPlayer();public void playMedia(File fileURL)System.out.println(选择了RealPlayer适配器.);realPlayer.play(fileURL);(3)适配器类：WindowsMediaPlayerAdapterimport java.io.File;public class WindowsMediaPlayerAdapter extends Player private WindowsMediaPlayer windowsMediaPlayer;public WindowsMediaPlayerAdapter()windowsMediaPlayer = new WindowsMediaPlayer();public void playMedia(File fileURL)System.out.println(选择了WindowsMediaPlayer适配器.);windowsMediaPlayer.play(fileURL);(4)适配者类：RealPlayerimport java.io.File;public class RealPlayer public void play(File fileURL)System.out.println(调用RealPlayer中的API.);System.out.println(开始播放 + fileURL.getName();(5)适配者类：WindowsMediaPlayerimport java.io.File;public class WindowsMediaPlayer public void play(File fileURL)System.out.println(调用WindowsMediaPlayer中的API.);System.out.println(开始播放 + fileURL.getName();(6)XML文件操作工具类：XMLUtilimport java.io.File;import javax.xml.parsers.DocumentBuilder;import javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory;import org.w3c.dom.Document;import org.w3c.dom.Node;import org.w3c.dom.NodeList;public class XMLUtil public static Object getBean() try DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory