设计模式实验报告

1、15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

2、，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：Clie nt+init ():void+setColor ():void+fill ():void+setSize ():void+display ():void+ini t ():void+setColor ():void+fill ():void+setSize ():void+display ():voidCircleRecta ngletTrian gle+in it ():void+setColor ():void

3、+fill ():void+setSize ():void+display ():void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

4、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D

5、raw()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Un supportedShapeException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

6、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

7、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。nt, int)，已 知类 QuickSort 的 quicksort。nt)方法实现了快速排序算法，类 BinarySearch 的 binarySearch(int,

8、 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

9、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.

10、 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

11、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

12、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

13、，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

14、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，抽象产品类：Shapepublic in terface Shape public void draw();public void erase();具体产品类：Circlepublic class Circle impleme nts Shape public void draw()"draw Circle");public void erase()"erase Circle!&quo

15、t;);具体产品类：Trianglepublic class Trian gle impleme nts Shape public void draw()"draw Triangle");public void erase()"erase Trian gle!");具体产品类：Rectanglepublic class Recta ngle impleme nts Shape public void draw() "draw Rectangle");public void erase() "erase Recta ngle!

16、");(5) 工厂类：ShapeFactorypublic class ShapeFactory public static Shape produceShape(Stri ng shape) throws Excepti on if (shape.equalsIg no reCase("Circle") "生产一个 Circle对象！ ”)；return new Circle();else if(shape.equalslg no reCase("Tria ngle")"生产一个Triangle对象！");ret

17、urn new Tria ngle();else if(shape.equalslg no reCase("Recta ngle")"生产一个Rectangle对象！"); return new Recta ngle();else throw new Excepti on (” Un supportedShapeExcepti on!");(6) XML操作工具类：XMLUtilimport ;public class XMLUtil public static String getClassName() import ;import ;imp

18、ort ;import ;import ;try Docume ntBuilderFactory dFactory = Docume ntBuilderFactory .newln sta nce();Docume ntBuilder builder = dFactory .n ewDocume ntBuilder(); Docume nt doc;doc = builder.parse( new File("src/com/c on fig.xml");NodeList nl = doc.getEleme ntsByTagName("className"

19、;);Node classNode = nl.item(0).getFirstChild();String className = classNode.getNodeValue().trim();retur n className; catch (Excepti on e) e.pri ntStackTrace();return nu II;(7) 配置文件：config.xml<?xml version = "1.0"?><con fig><className>Tria ngle</className></con fi

20、g>(8)客户端测试类：Clientpublic class Clie nt public static void main(String args) tryShape shape;Stri ng className = XMLUtil.getClassName(); shape = ShapeFduceShape(className); shape.draw();shape.erase(); catch(Excepti on e)53.类图:Clie ntJifReaderFactory<<create>>JifReader+ produce

21、ImageReader (): ImageReader+ readImage (): voidImageReaderFactoryImageReader+ produceImageReader (): ImageReader+ readImage (): voidJpgReaderFactory<<create>>JpgReader+ produceImageReader (): ImageReader+ readImage (): voidreturn new JpgReader();return new JpgReader();(1)抽象产品类：ImageReade

22、rFactory实现代码:public interface ImageReader pu blic void readImage();(2)具体产品类:JpgReaderpublic class JpgReader impleme nts ImageReader public void readlmage()"read jgp iamge");具体产品类：JifReaderpublic class JifReader impleme nts ImageReader public void readImage()"read jif iamge");(4)

23、抽象工厂类：ImageReaderFactorypublic in terface ImageReaderFactory public ImageReader producelmageReader();(5) 具体工厂类：JpgReaderFactorypublic class JpgReaderFactory impleme nts ImageReaderFactory public ImageReader produceImageReader()"生产一个jpgreader");retur n new JpgReader();(6) 具体工厂类：JifReaderFac

24、torypublic class JifReaderFactory impleme nts ImageReaderFactory public ImageReader produceImageReader()"生产一个jifreader");return new JifReader();(7) XML操作工具类：XMLUtilimport ;import ;import ;import ;import ;import ;public class XMLUtil public static Object getBea n() try Docume ntBuilderFacto

25、ry dFactory = Docume ntBuilderFactory.newln sta nce();Docume ntBuilder builder = dFactory .n ewDocume ntBuilder();Docume nt doc;doc = builder.parse( new File("src/c on fig.xml");NodeList nl = doc.getEleme ntsByTagName("className");Node classNode = nl.item(O).getFirstChild();Strin

26、g cName = classNode.getNodeValue();Class c = Class.forName(cName);Object obj = c.newln sta nce();return obj; catch (Excepti on e) e.pri ntStackTrace();"出错啦啊啊啊啊！ !");return nu II;(8) 配置文件：config.xml<?xml versio n="1.0"?><con fig><className>JpgReaderFactory</cl

27、assName></con fig>(9) 客户端测试类：Clientpublic class Clie nt public static void main(String args)tryImageReader imageReader;ImageReaderFactory imageReaderFactory;imageReaderFactory = (ImageReaderFactory)XMLUtil.getBea n(); imageReader = imageReaderFducelmageReader(); imageReader.readlm

28、age(); catch(Excepti on e)54.类图:23VAbstractButton+ acti on (): voidSkinFactorySkinFactoryGreenButton+ createButt on ()+ createText ()+ createCombox ()r:AbstractButt on:AbstractText:AbstractCombox+ acti on (): voidBlueButtonaction (): voidj AbstractTextSpringSkinFactorycreateButt on () createText ()

29、createCombox ():AbstractButt on:AbstractText:AbstractCombox+ acti on (): voidGreenTextBlueTextSummerSkinFactory+ createButt on ()+ createText ()+ createCombox ():AbstractButt on:AbstractText:AbstractComboxaction (): void+ acti on (): voidAbstractCombox+ actio n (): void11GreenComboxBlueComboxI1+ act

30、i on (): void+ actio n (): void实现代码：(1)抽象产品类：AbstractButtonpublic in terface AbstractButt on public void acti on();具体产品类：Gree nButt onpublic class Gree nButt on impleme nts AbstractButt on public void acti on()"Spri ng 风格的 green butt on.");具体产品类：BlueButt onpublic class BlueButt on impleme

31、nts AbstractButt on public void acti on() "Summer 风格的 blue butt on.");抽象产品类：AbstractTextpublic in terface AbstractText public void acti on();具体产品类：Gree nTextpublic class Gree nText impleme nts AbstractText public void acti on() "Spring 风格的 green text.");具体产品类：BlueTextpublic class

32、 BlueText impleme nts AbstractText public void acti on() "Summer 风格的 blue text.");(7) 抽象产品类：AbstractComboxpublic in terface AbstractCombox public void acti on();(8) 具体产品类：Gree nComboxpublic class Gree nCombox impleme nts AbstractCombox public void acti on() "Spring 风格的 green combox.&q

33、uot;);(9) 具体产品类：BlueComboxpublic class BlueCombox impleme nts AbstractCombox public void acti on() "Summer 风格的 blue combox.");(10) 抽象工厂类：Skin Factorypublic in terface SkinF actory public AbstractButt on createButt on();public AbstractText createText();public AbstractCombox createCombox();(

34、11) 具体工厂类：Spri ngSki nFactorypublic class Sprin gSk inF actory impleme nts SkinF actory public AbstractButt on createButt on() "Spri ngSk inF actory 生产 gree n butt on."); return new Gree nButt on();public AbstractText createText() "SpringSkinFactory 生产 green text."); return new G

35、ree nText();public AbstractCombox createCombox() "SpringSkinFactory 生产 green combox."); return new Gree nCombox();(12) 具体工厂类：SummerSki nFactorypublic class SummerSk inF actory impleme nts SkinF actory public AbstractButt on createButt on() "SummerSki nFactory 生产 blue butt on.");

36、return new BlueButt on();public AbstractText createText() "SummerSk in Factory 生产 blue text.");return new BlueText();public AbstractCombox createCombox() "SummerSkinFactory 生产 blue combox."); retur n new BlueCombox();(13) 配置文件：con fig.xml<?xml versio n="1.0"?><

37、con fig><className>Spri ngSk inF actory</className></con fig>(14) XML操作工具类：XMLUtil(与第三题中的XMLUtil相同)(15) 客户端测试类：Clie ntpublic class Clie nt public static void main(String args)trySkinF actory sFactory;AbstractButt on butt on;AbstractText text;AbstractCombox combox;sFactory = (Sk

38、in Factory)XMLUtil.getBea n(); butt on = sFactory.createButt on();text = sFactory.createText();combox = sFactory.createCombox();butt on.action();text.act ion();combox.acti on(); catch (Excepti on e)5.类图:实现代码：(1)多例类：Prin terpublic class Prin ter private volatile static Prin ter in sta ncel = n ull;pr

39、ivate volatile static Prin ter in sta nce2 = n ull;public Prin ter() public static Prin ter get In sta nce(i nt no) if (no = 1) if (in sta nce1 = n ull) synchroni zed (Pri nter.class) if (in sta nce1 = n ull) "创建第一台打印机."); in sta nce1 = new Prin ter();"调用第一台打印机”)；retur n in sta ncel;

40、else if (no = 2) if (in sta nce2 = n ull) synchroni zed (Pri nter.class) if (in sta nce2 = n ull) "创建第二台打印机."); in sta nce2 = new Prin ter();"调用第二台打印机.");retur n in sta nce2; else "找不到对应的实例！! !");return n ull;(2)客户端测试类：Clie ntpublic class Clie nt public static void main

41、(String args)Printer p1, p2;p1 = Prin ter.getI nsta nce(1);p2 = Prin ter.getI nsta nce(2);p1 = Prin ter.getI nsta nce(1);p2 = Prin ter.getI nsta nce(2);6.类图:实现代码:单例类：JinternalFrameimport ;import ;import ;import ;import ;import ;import ;import ;import ;import ;import ;import ;public class Jlntern alF

42、rameDemol exte nds JFrame impleme nts Action Liste ner JDesktopPa ne desktopPa ne;Jin ternalFrame in ternalFrame;public Jlntern alFrameDemol()super("JI nternalFrameDemol");Container conten tPa ne = this.getC onten tPa ne(); conten tPa ne.setLayout (new BorderLayout();JButt on butt on = new

43、 JButt on ("Crate New Internal Frames"); butt on .addAct ion Liste ner(this);contentPane.add(button, BorderLayout. SOUTH);desktopPa ne = new JDesktopPa ne();conten tPa ne.add(desktopPa ne);this.setSize(new Dimension(300, 300); this.setVisible(true);this.addWi ndowListe ner(new Win dowAdapt

44、er() Overridepublic void win dowClos in g(Wi ndowEve nt e) System.exit(0););public void acti on Performed(Act ion Eve nt e) if(i nternalFrame = n ull)in ternalFrame = new Jlntern alFrame("I ntern ale Frame",true, true, true, true);intern alFrame.setLocati on(20,20);internalFrame.setSize(ne

45、w Dimension(200, 200);in ternalFrame.setVisible(true);Container iconten tPa ne = intern alFrame.getC onten tPa ne(); JTextArea textArea = new JTextArea();JButt on b = new JButto n("l nternale Frame Butto n"); iconten tPa ne.add(textArea, "Ce nter");icontentPane.add(b, "South

46、");desktopPa ne.add(i ntern alFrame);/ this.getC onten tPa ne().add(i ntern alFrame);try in ternalFrame.setSelected(true); catch ( ex) "Excepti on while select in g");客户端类：Clientpublic class Clie nt public static void main(String args) new Jin ternalFrameDemol();7.类图:DataOperati on+ s

47、ort (int int): void+ search (int int, int no) : int2S40fquicksort.quickSort();QBAdapter-bsearch: BinarySearch-quicksort: QuickSort+ sort (int int): void+ search (int int, int no): intLbsearch.binarySearch();Bin arySearch+ binarySearch (int int, int no):intQuicksort>+ quicksort (int int) : void实现代

48、码：目标类：DataOperationpublic class DataOperati on public int search(i nt list, i nt no)return 0; public void sort(i nt list)适配器类：QBAdapterpublic class QBAdapter exte nds DataOperatio n private Quicksort qs;private Bin arySearch bs;public QBAdapter()qs = new Quicksort。；bs = new Bin arySearch();public vo

49、id sort (in t list)"调用 QuickSort 中的 quickSort 方法");qs.quickSort(list);public int search(i nt list, i nt no)int result;"调用 BinartSearch 中的 binarySearch 方法");result = bs.b in arySearch(list, no);return result;适配者类：Quicksortpublic class QuickSort public QuickSort() public void quick

50、Sort(i nt li St) int size = list.le ngth;quickSortMethod(list, 0, size - 1);private void quickSortMethod(int list, int left, int right) int q;if (left < right) q = partiti on (list, left, right);quickSortMethod(list, left, q - 1); quickSortMethod(list, q + 1, right);private int partition(int list

51、, int left, int right) int shaft = listleft;int temp = 0;while (left < right) while (listright > 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

52、 class Bin arySearch public int bin arySearch(i nt list, i nt no)int left = 0;int right = list.le ngth;try while(left <= right)int middle = (left + right)/2; if(listmiddle = no) return middle;else if(listmiddle > no) right = middle - 1;elseleft = middle + 1; catch (Excepti on e) "没有找到可以匹配

53、的值");return -1;(5)XML文件操作工具类：XMLUtilimport ;import ;import ;import ;import ;import ;public class XMLUtil public static Object getBea n() try Docume ntBuilderFactory dFactory = Docume ntBuilderFactory.newln sta nce();Docume ntBuilder builder = dFactory .n ewDocume ntBuilder();Docume nt doc;doc =

54、 builder.parse( new File("src/c on fig.xml");NodeList nl = doc.getEleme ntsByTagName("className");Node classNode = nl.item(O).getFirstChild();String cName = classNode.getNodeValue();Class c = Class.forName(cName);Object obj = c.newln sta nce();return obj; catch (Excepti on e) e.pri ntStackTrace();"出错啦啊啊啊啊！ !");return nu II;(6)配置文件：config.xml<?xml versio n="1.0"?><con fig><className>QBAdapter</className></con f