中南大学刘伟《设计模式》实验参考答案

1、设计模式实验参考答案实验11.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：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在该图形库中，每个图形类(如Circle、Triangle等)的inH()方法用于初始化所创建的 图形，setColorQ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,setSizeQ 方法用于设置图形的人小，displayO方法用于显示图形。客户类(Client)在使用该图形库吋发现存在如下问题： 由在创建'窗II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

3、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，哄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増图形，无须针对只体图形类编程，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。参考答案：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(Tria

5、ngle)等的绘图工具类，每个几何图形均具有绘制draw()和擦除eiase()两个方法，要求在绘制不支持的儿何图形时.抛出一个UnsupportedShapeException异常,绘制类图并编程模拟实现。参考答案：Un supportedShapeExceptionShape令 UnsupportedShapeException ( String message)+ draw () : void + erase () : voidShapeFactory+ createShape (String type) : Shape3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

6、都设计 一个图片读取器(ImageReady,如GIF图片读取gg(GifReader)用于读取GIF格式的图片、JPG 图片读取器(JpgReader)用于读収JPG格式的图片。图片读取器刈象通过图片读取器工厂 IniageReaderFactory来创建 IniageReaderFactoiy是一个抽象类.用于定义创建图片读取器3的匸厂方法，其子类GifReaderFactory和JpgReadeiFactoiy用于创建只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。需充分考虔系统的灵活性和可 扩展性。参考答案:ImageReader read Image (

7、) : voidImageReaderFactocy createlmageReader () : ImageReaderGifReaderFactoryJpgReaderFactoryGifReader createknageReader () : ImageReader read Image () : void«create» createlmageReader () : ImageReaderir«create»#4.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而美化。不同的皮肤将提供视觉效果不同的按钮.文本框.组合框等界面元索，其结构如卜

8、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 可以在不修改既付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。参考答案：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使用单例模式的思想实现多例模式，确保系统中某个类的对彖只能存在冇限个，例 如两个或三个，设计并编写代码实现一个多例类。参考答案：Multito n array : MultitonQ Multiton ()+ getlnstance () : Multiton + random (): int多例模式(Multiton Pattern)是单例模式的一种扩展形式，多例类可以有多个

11、实例，而且 必须白行创建和行理实例，并向外界提供门己的实例.可以通过静态集合对彖来存储这些实 例。多例类Multiton的代码如下所示：import java.util.*;public class Multiton定义一个数组用于存储四个实例private static Multiton airav new MultitonQ, new MultitonQ. new Multiton(). new Multiton();私有构造函数private Multiton()静态工厂方法，随机返回数组中的一个实例public static Multiton getlnstanceQreturn ai

12、Tavraiidom();随机生成一个整数作为数组下标 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.使用单例模式设计一个多文档窗I I （注：在JavaAWT/Swmg发中可使用 JDesktopPane和JInteinalFrame来实现），要求在主窗体中某个内部子窗体只能实例化一次, 即只能弹出一个相冋的子窗体，如下图所示，編程实现该功能。（注：用C#或C+实现类似功能也町以）参考答案:5SubFrame类充当单例类，在其中定义了静态工厂方法getFiaine(

14、)o 代码如下所示：nnport java.aul.*;import java.awl.event.*;import javax.swmg.*;import j avax. swmg. event. ;子窗口：单例类class SubFi ame extends JInternalFrameprivate static SubFrame flame;/静态实例私有构造函数private SubFiameQsuper(M子窗体”,tine, tme, tme, false);tlus.setLocation(20,20); 设 St 内部窗体位置 tlus.sctSize(200,200); /

15、iS2 内部窗体人小this. addlntema IF i ameL istener(new MvIFListenerO); /监听窗体爭件 tlus. setVisible(tme);工厂方法，返回窗体实例public static SubFrame getFranie()如果窗体对象为空，则创建窗体，否则直接返回己有窗体 if(frame=null)frame=new SubFiame();renirn frame;事件监听器class MvIFLisrenei extends IntenialFrameAdapter子窗体关闭时.将窗体对象设为nullpublic void intei

16、nalFianieClosing(IntenialFianieEvent e) if(frame!=null)fiame=nulL/客户端测试类class MainClass extends JFrameprivate JButton button;private JDesktopPane desktopPane;private SubFrame iFiame=null;public MamClassQsuper(M 主窗体”)；Contamei c=tlus.getContentPane(); c.setLavout(new BordeiLavoutQ);button=uew JButton

17、(M点击创建一个内部窗体”)； button.addActionListener(new BtListeneiQ); c.add(button< BorderLavout.SOUTH);desktopPane = new JDesktopPaiie(); 创建 DesktopPane c.add(desktopPane);tlus.setDefaultCloseOperation(JFiame.EXIT_ON_CLOSE); tlus.setLocatiouRelativeTo(null);this.setSize(400,400);this.showQ;事件监听器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类是JlnternalFrame类的子类，在SubFraine类中定义了一个静态的SubFrame 类型的实例变屉，任挣态匸厂方法getFran

19、ie()中创建了 SubFiame对一象并将其返回。在 MamClass类中使用了该单例类，确保子窗I I在当前应用程序中只冇唯一一个实例，即只能 弹出一个子窗II。实验21. 现有一个接I I DataOperation定义了排序方法son(mt)和查找方法search(int. mt), 已知类Quicksort的quickSort(mt)方法实现了快速排序算法，类BinaiySeaich的 binarySeaich(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I、将类Quicksort和类BuiarySearch的方法适配到DataOperati

20、on I丨中。绘 制类图并编程实现。(要求实现快速排序和：分查找，使用对象适配器实现)DataOperation sort (int array): into令 search (int arrayO, int key) : intI参考答案：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。现在你的应用程序備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？绘制类图并编程模拟实现。参考答案:RealPlayeiFactoiv» 其中 MediaPlaverFactory 作为 Wmdows Media Player 播放器工厂可以创 建 Windows Media Player 的主窗 I 1 (Med laPlav er Window)和播放列表(Med laPlavei List)(为了

22、 简化类图，只列出主窗I I和播放列表这两个播放器组成元素，实际情况下包含更多组成元 索):RealPlayeiFactoiy 作为 RealPlayei 播放器工厂，创建 RealPlayer 的主窗 I 1 (RealPlayeiWindow)和播放列(RealPlayerList),此时可以使用抽象工厂模式，客户端针对 抽彖工厂PlaverFactorv编程，如果增加新的播放器，只需增加一个新的具体工厂来生产新 * "产品族中的产品即可。由于需要调用现有API中的方法，因此还需要使用适配器模式，在 JU本产品类如 MediaPlayerWmdow 和 MediaPlaveiLi

23、st 调用 Windows Media Plaver API 中的方 法，在 RealPlayeiWmdow 和 RealPlayerList 中调用 RealPlayei API 中的方法，实现対 API 中 Jj法的适配，此时体产nn如MediaPlayerWmdow、RealPlayei Window等充当适配器，而已 有的API如MediaPlayerAPI和RealPlaveiAPI是需要适配的适配者。3. 使用组合模式设计一个杀毒软件(AiitiVims)的框架.该软件既可以对某个文件夹 (Folder)杀埶 也可以对某个指定的文件(File)进行杀毒，文件种类包括文本文件Text

24、File. 图片文件InngeFile.视频文件VideoFileo绘制类图并编程模拟实现。参考答案: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，试

27、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。参考答案：参考类图如下所示：本实例使用了安全组合模式，Unit充当抽象构件角色.Office允当叶子构件角色, Institution充当容器构件角色。本实例代码如下所示：abstract class Unitpublic abstract void handleAicluvesQ;class Office extends Unitprivate Suing name;public Office(Stiing name) = name;public void haiidleAichi

28、vesQSystem.out.piintln( + "处理公文！ ”)；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 + "接收并下发公文

29、：H);foi(Object obj : list)(Umt)obj).liandleArchivcs(); 在客户类中创建树形结构，代码如下所示： 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 匕京总部”);lmSubSchool = new Institution(H)AIJ 南分校”)； csTeacluiigPost new Iiistinition(M 长沙教学点”)； xtTeachmgPost = new Institution湘潭教学点")； tOffice 1 = new Office(”北京教务办公室”)； tOffice2 = new Office(“湖南教务办公室”)； tOffice3 = new Office(”长沙教务办公室”)； tOffice4 = new Office(”湘潭教务办公室”)； aOfficel = new

31、 Office(M北京行政办公室"); aOffice2 = new Office(”湖南行政办公室”)； aOffice3 = new Office("长沙行政办公室”)； aOffice4 = new Office(”湘潭行政办公室”)； 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：本题也可以将员工(Employee)作为叶子构件，将5山作为容器构件。5. 某软件公司为新开发的智能手机控制与管理软件提供了一键备份功能.通过该功能 可以将原本存储在于机中的通信录、短信、照片、

33、歌由等资料一次性全部拷贝到移动存储介 质（例如MMC卡或SD卡）中。在实现过程中需要与多个己有的类进行交互，例如通讯录 管理类、短信管理类等，为了降低系统的耦合度，试使用外观模式來设il并编程模拟实现该 一键备份功能。参考答案：参考类图如卜所示：OneKeyBackup cm : ContactManager mm : MessageManager -fm : FileManager+ click () : void/-/Con tactMa nagerMessageMa nagerFileMa nager backup () : void+ backup () : void+ backup

34、() : voidIt中，OneKeyBackup 允为外观角色.ContactManager MessageManager 和 FileManag灯 充当子系统角色。6. 某信息系统需要提供一个数据处理和报表显示模块.该模块可以读取不同类型的文 件中的数据并将数据转换成XML格式，然后对数据进行统计分析，最后以报表方式来显示 数据。rh于该过程需要涉及到多个类，试使用外观模式设计该数据处理和报表显示模块。考 底到右些文件本身己经是XML格式，无须进行格式转换，为了让系统具右更好的扩展性， 在系统设计中町以引入抽象外观类。参考答案:AbstractFacadeabstract+ execute

35、 ()*XMLDataConvertor+ convert ()DataAnalysis+ handle ()ReportDisplay+ display ()实验3i. 在某应用软件中需要记录业务方法的调用口，忐，在不修改现有业务类的基础上为每一个类提供一个口，忐记录代理类，在代理类屮输出口忐，例如在业务方法method()调用Z前 输出“方methodO被调用，调用时间为2014-11-5 10:10:10",调用Z后如果没有抛异常则 输出“方法methodQ调用成功”，否则输岀“方法methodO调用失败”。在代理类中调用真实 业务类的业务方法，使用代理模式设计该口,忐记录模块

36、的结构，绘制类图并编程模拟实现。参考答案：AbstractLog+ method () : void2. 某软件公司承接了某信息咨询公司的收费商务信息査询系统的开发任务，该系统的 基本需求如下：(1) 在进行商务信息査询之前用户需要通过身份验证，只何合法用户才能够使用该査询 系统；(2) 在进行商务信息査询时系统需要记录查询口志，以便根据查询次数收収査询费用。该软件公司开发人员已完成了商务信息査询模块的开发任务，现希望能够以一种松耦合 的方式向原有系统增加身份验证和口，忐记录功能，客户端代码可以无区别地対待原始的商务 信息査询模块和增加新功能之后的商务信息査询模块，而且可能在将来还要在该信息査

37、询模 块中增加一些新的功能。试使用代理模式设计并编程模拟实现该收费商务信息査询系统。【提示：使用保护代理 和智能引用代理】参考答案：Searcher+ doSearch () : StringProxySearcherRealSearcher+ doSearch () : String searcher : RealSearcher-validator : AccessValidator logger : Logger+ doSearch () : String+ validate ():boolean+ log ():voidAccessValidator+ validate () : bo

38、olean17#金额V5万元5万元W金额V10万元10万元W金额V50万元 金额M50万尤主任副堇事长堇事长堇事会3. 某企业的SCM（Supply Cham Managements供应链管理）系纟充中包含一个采购审批子 系统。该企业的采购审批是分级进行的，即根据釆购金额的不同由不同层次的主管人员来审 批，主任町以审批5万尤以卜.（不包括5万元）的釆购单，副童事长可以审批5万元至10 万元（不包括10万元）的采购单，童事长町以审批10万元至50万元（不包括50万尤）的 采购单，50万元及以上的釆购单就需要开董事会讨论决定。如下图所示：采购人员试使用职贵链模式设计并实现该系统。参考答案：4. 某

39、公司欲开发一个软件系统的在线文档帮助系统，用户可以在任何一个査询上卜文 中输入査询关键字，如果肖前資询环境下没仃相关内容，则系统会将杳询按照一定的烦序转 发给其他查询环境。基于上述需求，试采用职责链模式对该系统进行设计。参考答案:5房间中的开关就是命令模式的一个实例现用命令模式来模拟开关的功能，町控制 对彖包括电灯和电风扇，绘制相应的类图并编程模拟实现。参考答案：参考类图如下所示：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充当调用者(发送者)角色,Command 是 抽象命 令类，LainpConinuuid和FanCommand充为JI体命令角色，Lamp和Fan充"i接收者角色。6.某软件公司欲开发一个基于Wmdows平台的公告

41、板系统。系统捉供一个主菜单 (Menu),在主菜单屮包含了一些菜单项(Menuitem),川以通过Menu类的addMenuItein()方 法增加菜单项。菜单项的主要方法是clicko,每一个菜单项包含一个抽象命令类，只体命令 类包扌舌 OpenCommand(打开命令)，CieateConiniaiid(M建命令)，EditCoinmand(编辑命令)等, 命令类真令1个executcQ方法，用调用公告板系统界面类(BoaidScieen)的openQ create(). ed"()等方法。现使用命令模式设计该系统，使得Menultem类与BoardScreen类的耦合度降 低，

42、绘制类图并编程实现。参考答案：其中，BoardScreen Ai当接收者角色 Menuitem 调用者角色，Command充当抽彖 命令角色，OpenConimand、CreateComniand 和 EditConmiand 充肖貝体命令角色。实验41. 某实时在线股票软件需要提供如下功能：肖股票购买者所购买的某支股票价格变化 幅度达到5%时，系统将自动发送通知（包括新价格）给购买该股票的所有股民。试使用观 察者模式设计并实现该系统，要求绘制相应的类图并编程模拟实现。参考答案：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