中南大学设计模式实验2

1、.软件体系结构实验报告项目名称设计模式实验二专业班级软件 1501学号姓名实验成绩：批阅教师：2017年12月12日;.实验 2 设计模式实验一实验学时：4每组人数：1实验类型：3（ 1：基础性2：综合性3：设计性4：研究性）实验要求：1（ 1：必修2：选修3：其它）实验类别：3（ 1：基础2：专业基础3：专业4：其它）一、实验目的1熟练使用面向对象设计原则对系统进行重构；2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创建型设计模式和结构型设计模式，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

2、动机，掌握模式结构，学习如何使用代码实现这些模式。二、实验内容1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：ClientCircleTriangleRectangle+ init (): void+ init (): void+ init (): void+ setColor (): void+ setColor (): void+ setColor (): void+ fill (): void+ fill (): void+ fill (): void+ setSize (): void+ setSize ():

3、 void+ setSize (): void+ display (): void+ display (): 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；;.

4、 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在某 RPG 游戏中使用简单工厂模式创建游戏角色，该游戏可根据用户所选择的参数来创建不同的角色(Role)，例

5、如参数为“angel”时创建一个天使角色，参数为“hero”时创建一个英雄角色，参数为“ witch ”时创建一个女巫角色。绘制类图并使用 Java 语言编程模拟实现。3. 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

6、， 其子类 GifReaderFactory 和 JpgReaderFactory 用于创建具体的图片读取器对象。使用工厂方法模式设计该程序，绘制类图并编程模拟实现。需充分考虑系统的灵活性和可扩展性。4. 某系统为了改进数据库操作的性能，用户可以自定义数据库连接对象Connection 和语句对象Statement，针对不同类型的数据库提供不同的连接对象和语句对象，例如提供Oracle 或 MySQL 专用连接类和语句类，而且用户可以通过配置文件等方式根据实际需要动态更换系统数据库。使用抽象工厂模式设计该系统，要求绘制对应的类图并使用Java 语言编程模拟实现。5. 使用单例模式的思想实现多例

7、模式 (Multiton) ，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. 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. 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(i

8、nt) 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。试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，使用对象适配器实现）8. 空客 (Airbus) 、波音 (Boeing) 和麦道 (McDonnell-Douglas) 都是飞机制造商，它们都生产载客飞机 (Passenger Plane)和载货飞机 (Cargo Plane)。现需要设计一个系统，描述这些

9、飞机制造商以及它们所制造的飞机种类。绘制类图并编程模拟实现。9. 某移动社交软件欲增加一个群组 (Group) 功能。通过设置，用户可以将自己的动态信息，包括最新动态、新上传的视频以及分享的链接等，分享给某个特定的成员(Member) ，也可以分享给某个群组中的所有成员；用户可以将成员添加至某个指定的群组；此外，还允许用户在一个群组中添加子群组，以便更加灵活地实现面向特定人群的信息共享。选择一种合适的设计模式来设计该群组功能，要求给出该模式的名称及定义，结合场景绘制相应的结构图并编程模拟实现（类名、方法名和属性名可自行定义）。10. 某教育机构组织结构如下图所示：北京总部教务办公室湖南分校行政

10、办公室教务办公室长沙教学点湘潭教学点行政办公室教务办公室行政办公室教务办公室行政办公室;.在该教育机构的OA 系统中可以给各级办公室下发公文，试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，正确无误地绘制重构之后的类图；2. 结合实例，正确无误地绘制简单工厂模式、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、

11、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. 结合实例，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. 结合实例，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. 结合实例，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. 结合实例，使用 PowerDesigner 绘制多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. 结合实例，使用 PowerDesigne

12、r 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。7. 结合实例，使用 PowerDesigner 绘制适配器模式实例结构图并用面向对象编程语言实现该模式实例；8. 结合实例，使用 PowerDesigner 绘制桥接模式实例结构图并用面向对象编程语言实现该模式实例；9. 结合实例，使用 PowerDesigner 绘制组合模式实例结构图并用面向对象编程语言实现该模式实例。五、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：根据题意采用了工厂方法模式，所谓工厂模式则是定义一个用于创建对象的接口，但是让子类决定将哪一个类实例化。 工厂方法模式让一个类的

13、实例化延迟到子类。 使用了开闭原则，单一职责原则。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，如Role 类：public abstract class Role publicabstract void display();.Angle 类：public class Angle extends Role public Angle()public voiddisplay()System.out.println("angle");Hero 类：public class Hero extends Role publ

14、ic Hero()public voiddisplay()System.out.println("hero");Witch 类：public class Witch extends Role publicWitch()public voiddisplay()System.out.println("witch");.RoleFactory类：public class RoleFactory public static Role getRole(String type)Role role = null;if (type.equalsIgnoreCase(&q

15、uot;angle")role = new Angle();if (type.equalsIgnoreCase("witch")role = new Witch();if (type.equalsIgnoreCase("Hero")role = new Hero();return role;.Main 类 (客户端 )：public class Main public static void main(String args) Role role;role= RoleFactory.getRole("hero");if (r

16、ole=null)System.out.println("创建角色失败.请检查参数 ");elserole.display();/System.out.println("Hello World!");3. 类图：;.实现代码：ImageReadeFactary 类：public abstract class ImageReaderFactory public abstract ImageReader createImageReadeer();GifReaderFactory 类：public class GifReaderFactory extends

17、ImageReaderFactory public ImageReader createImageReadeer() GifReader gifReader = new GifReader();return gifReader;JpgReaderFactory 类：public class JpgReaderFactory extends ImageReaderFactory public ImageReader createImageReadeer() JpgReader jpgReader = new JpgReader();return jpgReader;ImageReader 类：p

18、ublic abstract class ImageReader publicvoidreadImage()GifReader 类：public class GifReader extends ImageReaderpublicvoidreadImage()System.out.println(" 通过 GifReader 读取图片 ");.JpgReader 类：public class JpgReader extends ImageReaderpublicvoidreadImage()System.out.println(" 通过 JpgReader 读取图片

19、 ");XMLUtil类：import org.w3c.dom.Document;import org.w3c.dom.Node;import org.w3c.dom.NodeList;import javax.xml.parsers.DocumentBuilder;import javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory;import java.io.File;public class XMLUtil / 该方法用于从 XML 配置文件中提取具体类类名，并返回一个实例对象public static Object getBean() throws

20、 Exception /创建 DOM 文档对象DocumentBuilderFactory documentBuilderFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();DocumentBuilder documentBuilder = documentBuilderFactory.newDocumentBuilder();Document document;document = documentBuilder.parse(new File("config.xml");/获取包含类名的文本结点NodeList nodeList

21、= document.getElementsByTagName("imageType");Node imageTypeNode = nodeList.item(0).getFirstChild();String imageType = imageTypeNode.getNodeV alue().trim();/通过类名生成实例对象并将其返回Class clazz= Class.forName(imageType+"ReaderFactory");Object object = clazz.newInstance();return object;.Main

22、类（客户端）：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

23、r.readImage();4. 类图：实现代码：;.抽象工厂databaseFactory 类：publicabstract class databaseFactory public abstract Connection createConnection();public abstract Statement createStatement();具体工厂MysqlFactory类：public class MysqlFactory extends databaseFactory Overridepublic Connection createConnection() return new

24、mysqlConnection();Overridepublic Statement createStatement() return new mysqlStatement();具体工厂OracleFactory 类：public class OracleFactory extends databaseFactory Overridepublic Connection createConnection() return new oracleConnection();Overridepublic Statement createStatement() return new oracleState

25、ment();抽象产品Connection类：;.public class Connectionpublic void connection()抽象产品Statement 类：public class Statement public void sattement()具体产品mysqlConnection类：public class mysqlConnection extends Connection public void connection() System.out.println(" 提供 MySql 连接对象 ");具体产品mysqlStatement 类：pub

26、lic class mysqlStatement extends Statementpublic void sattement() System.out.println(" 提供 mysql 语句对象 ");具体产品oracleConnection 类：public class oracleConnection extends Connection public void connection() System.out.println(" 提供 oracle 连接对象 ");具体产品oracleStatement 类：public class oracl

27、eStatement extends Statement ;.public void sattement() System.out.println(" 提供 oracle 语句对象 ");工具类 XMLUtil：import org.w3c.dom.Document;import org.w3c.dom.Node;import org.w3c.dom.NodeList;import javax.xml.parsers.DocumentBuilder;import javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory;import java.io.

28、File;public class XMLUtil /该方法用于从 XML 配置文件中提取具体类类名，并返回一个实例对象 public static Object getBean() throws Exception /创建 DOM 文档对象DocumentBuilderFactory documentBuilderFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();DocumentBuilder documentBuilder = documentBuilderFactory.newDocumentBuilder();Document documen

29、t;document = documentBuilder.parse(new File("config.xml");/获取包含类名的文本结点NodeList nodeList = document.getElementsByTagName("databaseType");Node databaseTypeNode = nodeList.item(0).getFirstChild();String databaseType = databaseTypeNode.getNodeValue().trim();/通过类名生成实例对象并将其返回Class claz

30、z= Class.forName(databaseType+"Factory");Object object = clazz.newInstance();return object;客户端 Main 类 :public class Main public static void main(String args) ;.databaseFactory daFactory = null;Connection connection ;Statement statement;try daFactory = (databaseFactory)XMLUtil.getBean(); ca

31、tch (Exception e) e.printStackTrace();if (daFactory=null)System.out.println(" 未获取到对象");else connection = daFactory.createConnection();statement = daFactory.createStatement();connection.connection();statement.sattement();5. 类图：实现代码：单例类 Multiton：package Singleton;import java.util.*;public cl

32、ass Multiton / 两个或者三个private static ArrayList<Multiton> multitonList = new ArrayList<>(); private final static int NUMBER=3;.private Multiton()public static Multiton getInstance() / TODO: implementif (multitonList.size()<NUMBER)System.out.println(" 创建新实例成功");Multiton current

33、 =new Multiton();multitonList.add(current);return current;elseSystem.out.println(" 不能创建更多的实例");return multitonList.get(new Random().nextInt(multitonList.size();客户端类Client ：package Singleton;public class Client public static void main(String args) Multiton m1 = Multiton.getInstance();Multit

34、on m2 = Multiton.getInstance();Multiton m3 = Multiton.getInstance();Multiton m4 = Multiton.getInstance();System.out.println("m1=m2:"+(m1=m2);System.out.println("m2=m3:"+(m2=m4);System.out.println("m3=m4:"+(m3=m4);6;.运行结果：.类图：实现代码：客户端类Main:public class Main ;.public stat

35、ic void main(String args)System.out.println("Hello World!");new JInternalFrameDemo();类 JInternalFrameDemo ：import 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.WindowAda

36、pter;import java.awt.event.WindowEvent;import javax.swing.JButton;import javax.swing.JDesktopPane;import javax.swing.JFrame;public class JInternalFrameDemo extends JFrame implements ActionListener private static JInternalFrame1 internalFrame;Container contentPane = this.getContentPane();public JInte

37、rnalFrameDemo() super("主窗体 ");contentPane.setLayout(new BorderLayout();JButton button = new JButton(" 创建一个子窗体");button.addActionListener(this);contentPane.add(button, BorderLayout.SOUTH);this.setSize(new Dimension(300, 300);this.setVisible(true);this.addWindowListener(new WindowA

38、dapter() Overridepublic void windowClosing(WindowEvent e) ;.System.exit(0););public void actionPerformed(ActionEvent e) internalFrame = JInternalFrame1.getJInternalFrame1(" 子窗体 ", true, true, true, true); internalFrame.setSize(new Dimension(200, 200); internalFrame.setVisible(true);JDeskto

39、pPane desktopPane = new JDesktopPane();contentPane.add(desktopPane);desktopPane.add(internalFrame);try internalFrame.setSelected(true); catch (java.beans.PropertyVetoException ex) System.out.println("Exception while selecting");类 JInternalFrame1 ：import javax.swing.JInternalFrame;public cl

40、ass JInternalFrame1 extends JInternalFrame private static JInternalFrame1 JIF1 = null;private JInternalFrame1(String name, boolean b1, boolean b2, boolean b3, boolean b4) super(name, b1, b2, b3, b4);public static JInternalFrame1 getJInternalFrame1(String name, boolean b1, boolean b2, boolean b3, boo

41、lean b4) if (JIF1 = null) JIF1 = new JInternalFrame1(name, b1, b2, b3, b4); return JIF1;.7. 类图：实现代码：目标抽象类DataOperation ：public interface DataOperation public void sort(int a,int low,int high);public int search(int srcArray, int start, int end, int key);适配者类QuickSort ：public class QuickSort publicvoi

42、d quickSout(int a,int low,int high)int start = low;int end = high;int key = alow;while(end>start)/从后往前比较while(end>start&&aend>=key)/ 如果没有比关键值小的，比较下一个，直到有比关键值小的交换位置，然后又从前往后比较end-;if(aend<=key)int temp = aend;aend = astart;.astart = temp;/从前往后比较while(end>start&&astart<

43、;=key)/如果没有比关键值大的，比较下一个，直到有比关键值大的交换位置start+;if(astart>=key)int temp = astart;astart = aend;aend = temp;/ 此时第一次循环比较结束，关键值的位置已经确定了。左边的值都比关键值小，右边的值都比关键值大，但是两边的顺序还有可能是不一样的，进行下面的递归调用/递归if(start>low)quickSout(a,low,start-1);/ 左边序列。第一个索引位置到关键值索引-1if(end<high) quickSout(a,end+1,high);/右边序列。 从关键值索引

44、+1 到最后一个适配者类BinarySearch：public class BinarySearch public int binarySearch(int srcArray, int start, int end, int key) int mid = (end - start) / 2 + start;if (srcArraymid = key) return mid;if (start >= end) return -1; else if (key > srcArraymid) return binarySearch(srcArray, mid + 1, end, key);

45、 else if (key < srcArraymid) return binarySearch(srcArray, start, mid - 1, key);.return -1;适配器类DataOpAdapter ：public class DataOpAdapter implements DataOperation private QuickSort qSort;private BinarySearch binarySearch;public DataOpAdapter(QuickSort qSort,BinarySearch binarySearch) this.qSort=qSort;this.binarySearch=binarySearch;Overridepublic int search(int srcArray, int start, int end, int key)returnbinarySearch.binarySearch(src