设计模式实验三

实验3 创建型设计模式实验

实验学时： 2 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，包括简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式和单例模式，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。

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：

ClientCircle+++++TriangleRectangleinit (): void+init (): void+init (): voidsetColor (): void+setColor (): void+setColor (): voidfill (): void+fill (): void+fill (): voidsetSize (): void+setSize (): void+setSize (): voiddisplay (): 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：

① 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；

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② 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；

③ 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：

① 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；

② 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．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. 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。需充分考虑系统的灵活性和可扩展性。

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：

浅绿色按钮Spring风格绿色边框文本框绿色边框组合框皮肤库浅蓝色按钮Summer风格蓝色边框文本框蓝色边框组合框 2

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. 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. 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）

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、抽象工厂模式和单例模式的模式结构图；

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、抽象工厂模式和单例模式实例，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. 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。

五、实验结果

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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： a.

开闭原则：创建新图形只要新加入图形工厂和对应图形类，不修改源代码。

b. 依赖倒转原则：针对接口编程。 c.

单一职责原则：每个工厂只生产对应图形。

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

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abstract class Shape Shape.java public interface Shape { void draw(); void erase(); } Rectangle.java public class Rectangle implements Shape { public void draw() { System.out.println(\ } public void erase(){ System.out.println(\ } } Circle.java public class Circle implements Shape { public void draw() { System.out.println(\ } public void erase(){ System.out.println(\ } } Triangle.java public class Triangle implements Shape { public void draw() { System.out.println(\ } public void erase(){ 5

System.out.println(\ } } ShapeFactory.java public class ShapeFactory { public static Shape produceShape(String shape) throws UnsupportedShapeException { if (shape.equals(\ System.out.println(\ return new Circle; } else if(shape.equals(\ System.out.println(\ return new Triangle; } else if(shape.equals(\ System.out.println(\ return new Rectangle; } else { throw new UnsupportedShapeException( UnsupportedShapeException use); } } } Client.java public class Client { public static void main(String args[]){ } } UnsupportedShapeException.java public class UnsupportedShapeException extends Exception{ public UnsupportedShapeException() { System.out.println(\绘制图形异常，请确认输入图形。\ 6

} }

3. 类图：

实现代码： ImageReader .java public interface ImageReader { } JpgReader.java public class JpgReader implements ImageReader { } GifReader.java public class GifReader implements ImageReader { public void readImage(){ System.out.println(\public void readImage(){ } System.out.println(\ public void readImage(); 7

} } ImageReaderFactory.java public interface ImageReaderFactory { } JpgReaderFactory.java public class JpgReaderFactory implements ImageReaderFactory { public ImageReader produceImageReader(){ System.out.println(\return new JpgReader(); public ImageReader produceImageReader(); } } GifReaderFactory.java public class GifReaderFactory implements ImageReaderFactory { } Client.java public class Client { public static void main(String args[]){ } }

4. 类图：

public ImageReader produceImageReader(){ } System.out.println(\return new GifReader(); 8

实现代码： AbstractButton.java public interface AbstractButton { } GreenButton.java public class GreenButton implements AbstractButton { } public void action(){ } System.out.println(\ BlueButton.java public class BlueButton implements AbstractButton { } AbstractTextbox.java public interface AbstractTextbox{ } public void action(); public void action() { } System.out.println(\ 9

GreenTextbox.java public class GreenTextbox implements AbstractTextbox { } BlueTextbox.java public class BlueTextbox implements AbstractTextbox { } AbstractComboBox.java public interface AbstractComboBox { } GreenComboBox.java public class GreenComboBox implements AbstractComboBox { } BlueComboBox.java public class BlueComboBox implements AbstractComboBox { } SkinFactory.java public void action() { } System.out.println(\public void action() { } System.out.println(\public void action(); public void action() { } System.out.println(\public void action() { } System.out.println(\ 10

public interface SkinFactory { } SpringSkinFactory.java public class SpringSkinFactory implements SkinFactory { } SummerSkinFactory.java public class SummerSkinFactory implements SkinFactory { public AbstractButton createButton() { } public AbstractTextbox createTextbox() { } public AbstractComboBox createComboBox() { System.out.println(\生产 blue combo box\return new BlueComboBox(); System.out.println(\生产 blue textbox\return new BlueTextbox(); System.out.println(\生产 blue button\return new BlueButton(); public AbstractButton createButton() { } public AbstractTextbox createTextbox() { } public AbstractComboBox createComboBox() { } System.out.println(\生产green combo box\return new GreenComboBox(); System.out.println(\生产green textbox\return new GreenTextbox(); System.out.println(\生产green button\return new GreenButton(); public AbstractButton createButton(); public AbstractTextbox createTextbox(); public AbstractComboBox createComboBox(); 11

} } Client.java public class Client { public static void main(String args[]){ } }

5. 类图：

实现代码： public class Compute { private static Compute[] instance; private Compute() { } public static Compute getInstance(int number) { if(number <= 0) System.out.println(\请输入大于0的整数\ if(instance.length == 0){ for(int i = 0, i < number, i++){ Instance[i]=new Singleton(); } } int x = (int)(Math.random() * number); Int y = x + 1; System.out.println(\调用第y台电脑\

return instance[x]; 12

} }

6. 类图：

实现代码： JInternalFrame1.java package test; import javax.swing.JInternalFrame; public class JInternalFrame1 extends JInternalFrame{ public static JInternalFrame1 getJInternalFrame1(String name, boolean b1, boolean b2, private static JInternalFrame1 JIF1 = null; private JInternalFrame1(String name, boolean b1, boolean b2, boolean b3, boolean b4){ } super(name, b1, b2, b3, b4); boolean b3, boolean b4){

} if(JIF1 == null) JIF1 = new JInternalFrame1(name, b1, b2, b3, b4); return JIF1; 13

} JInternalFrameDemo.java package test; 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.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 JInternalFrameDemo extends JFrame implements ActionListener { private static JInternalFrame1 internalFrame; Container contentPane = this.getContentPane(); public JInternalFrameDemo(){ 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 WindowAdapter() { @Override 14

}

} }); public 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); JDesktopPane desktopPane = new JDesktopPane(); contentPane.add(desktopPane); desktopPane.add(internalFrame); try { internalFrame.setSelected(true); } catch (java.beans.PropertyVetoException ex) { } System.out.println(\ public static void main(String args[]){ } new JInternalFrameDemo(); 15

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