創(chuàng)建型設(shè)計模式

1、創(chuàng)建型設(shè)計模式實驗一、實驗?zāi)康?熟練使用面向?qū)ο笤O(shè)計原則對系統(tǒng)進行重構(gòu)；2熟練使UML和任意一種面向?qū)ο缶幊陶Z言實現(xiàn)幾種常見的創(chuàng)建型設(shè)計模式，包括簡單工廠模式、工廠方法模式、抽象工廠模式和單例模式，理解每一種設(shè)計模式的模式動機，掌握模式結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)如何使用代碼實現(xiàn)這些模式。二、實驗內(nèi)容1在某圖形庫API中提供了多種矢量圖模板，用戶可以基于這些矢量圖創(chuàng)建不同的顯示圖形，圖形庫設(shè)計人員設(shè)計的初始類圖如下所示：在該圖形庫中，每個圖形類（如Circle、Triangle等）的init()方法用于初始化所創(chuàng)建的圖形， setColor()方法用于給圖形設(shè)置邊框顏色，fill()方法用于給圖形設(shè)置填充顏色，

2、setSize()方法用于設(shè)置圖形的大小，display()方法用于顯示圖形?？蛻纛?Client)在使用該圖形庫時發(fā)現(xiàn)存在如下問題： 由于在創(chuàng)建窗口時每次只需要使用圖形庫中的一種圖形，因此在更換圖形時需要修改客戶類源代碼； 在圖形庫中增加并使用新的圖形時需要修改客戶類源代碼； 客戶類在每次使用圖形對象之前需要先創(chuàng)建圖形對象，有些圖形的創(chuàng)建過程較為復(fù)雜，導(dǎo)致客戶類代碼冗長且難以維護?，F(xiàn)需要根據(jù)面向?qū)ο笤O(shè)計原則對該系統(tǒng)進行重構(gòu)，要求如下： 隔離圖形的創(chuàng)建和使用，將圖形的創(chuàng)建過程封裝在專門的類中，客戶類在使用圖形時無須直接創(chuàng)建圖形對象，甚至不需要關(guān)心具體圖形類類名； 客戶類能夠方便地更換圖形或使用

3、新增圖形，無須針對具體圖形類編程，符合開閉原則。繪制重構(gòu)之后的類圖并說明在重構(gòu)過程中所運用的面向?qū)ο笤O(shè)計原則。2使用簡單工廠模式設(shè)計一個可以創(chuàng)建不同幾何形狀(Shape)，如圓形(Circle)、矩形(Rectangle)和三角形(Triangle)等的繪圖工具類，每個幾何圖形均具有繪制Draw()和擦除Erase()兩個方法，要求在繪制不支持的幾何圖形時，拋出一個UnsupportedShapeException異常，繪制類圖并編程模擬實現(xiàn)。3. 現(xiàn)需要設(shè)計一個程序來讀取多種不同類型的圖片格式，針對每一種圖片格式都設(shè)計一個圖片讀取器(ImageReader)，如GIF圖片讀取器(GifRea

4、der)用于讀取GIF格式的圖片、JPG圖片讀取器(JpgReader)用于讀取JPG格式的圖片。圖片讀取器對象通過圖片讀取器工廠ImageReaderFactory來創(chuàng)建，ImageReaderFactory是一個抽象類，用于定義創(chuàng)建圖片讀取器的工廠方法，其子類GifReaderFactory和JpgReaderFactory用于創(chuàng)建具體的圖片讀取器對象。試使用工廠方法模式設(shè)計該程序，繪制類圖并編程模擬實現(xiàn)。需充分考慮系統(tǒng)的靈活性和可擴展性。4. 某軟件公司欲開發(fā)一套界面皮膚庫，可以對桌面軟件進行界面美化。不同的皮膚將提供視覺效果不同的按鈕、文本框、組合框等界面元素，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：該皮膚

5、庫需要具備良好的靈活性和可擴展性，用戶可以自由選擇不同的皮膚，開發(fā)人員可以在不修改既有代碼的基礎(chǔ)上增加新的皮膚。試使用抽象工廠模式設(shè)計該皮膚庫，繪制類圖并編程模擬實現(xiàn)。5. 使用單例模式的思想實現(xiàn)多例模式，確保系統(tǒng)中某個類的對象只能存在有限個，例如兩個或三個，設(shè)計并編寫代碼實現(xiàn)一個多例類。6. 使用單例模式設(shè)計一個多文檔窗口（注：在Java AWT/Swing開發(fā)中可使用JDesktopPane和JInternalFrame來實現(xiàn)），要求在主窗體中某個內(nèi)部子窗體只能實例化一次，即只能彈出一個相同的子窗體，如下圖所示，編程實現(xiàn)該功能。（注：用C#或C+實現(xiàn)類似功能也可以）三、實驗要求1. 選擇合

6、適的面向?qū)ο笤O(shè)計原則對系統(tǒng)進行重構(gòu)，正確無誤地繪制重構(gòu)之后的類圖；2. 結(jié)合實例，正確無誤地繪制簡單工廠模式、工廠方法模式、抽象工廠模式和單例模式的模式結(jié)構(gòu)圖；3. 使用任意一種面向?qū)ο缶幊陶Z言實現(xiàn)簡單工廠模式、工廠方法模式、抽象工廠模式和單例模式實例，代碼運行正確無誤。四、實驗步驟1. 選擇合適的面向?qū)ο笤O(shè)計原則對系統(tǒng)進行重構(gòu)，使用PowerDesigner繪制重構(gòu)之后的類圖；2. 結(jié)合實例，使用PowerDesigner繪制簡單工廠模式實例結(jié)構(gòu)圖并用面向?qū)ο缶幊陶Z言實現(xiàn)該模式實例；3. 結(jié)合實例，使用PowerDesigner繪制工廠方法模式實例結(jié)構(gòu)圖并用面向?qū)ο缶幊陶Z言實現(xiàn)該模式實例；4

7、. 結(jié)合實例，使用PowerDesigner繪制抽象工廠模式實例結(jié)構(gòu)圖并用面向?qū)ο缶幊陶Z言實現(xiàn)該模式實例；5. 結(jié)合實例，使用PowerDesigner繪制多例模式實例結(jié)構(gòu)圖并用面向?qū)ο缶幊陶Z言實現(xiàn)該模式實例；6. 結(jié)合實例，使用PowerDesigner繪制單例模式實例結(jié)構(gòu)圖并用面向?qū)ο缶幊陶Z言實現(xiàn)該模式實例。五、實驗結(jié)果1. 重構(gòu)之后的類圖：重構(gòu)過程中所使用的面向?qū)ο笤O(shè)計原則及簡要說明：使用到了里氏代換原則，針對父類進行編程，client對借口進行編程。也是用到了單一職責(zé)原則，將類分離，獎創(chuàng)建與使用分離。使用到了依賴倒轉(zhuǎn)原則，針對抽象層編程，不針對子類編程。2. 類圖：實現(xiàn)代碼：/* *

8、Module: Circle.java * Author: Administrator * Purpose: Defines the Class Circle */import java.util.*;/* pdOid 8a404279-7e79-43ac-ac9b-ef1fc447cb43 */public class Circle implements Shape /* pdOid f5f9635c-9daa-4743-9358-9789009954d6 */ public void erase() / TODO: implement /* pdOid 96597f54-c5e4-4f5d

9、-9fed-8600c9a4f0ehahah4 */ public void draw() / TODO: implement System.out.println(圓已經(jīng)畫好); /* * Module: Client.java * Author: Administrator * Purpose: Defines the Class Client */import java.util.*;/* pdOid 2327008b-16de-44ee-80da-1c5dc3628a3f */public class Client public static void main(String args

10、) throws UnsupportedShapeExceptionString string = circle,triangle,rectangle,null;for(int i=0;i=3;i+)Shape shape = ShapeFactory.getShape(stringi);shape.draw();System.out.println(-);/* * Module: Circle3.java * Author: Administrator * Purpose: Defines the Class Circle3 */import java.util.*;/* pdOid 908

11、6a883-425e-486c-b0f5-15536d3044f3 */public class Rectangle implements Shape /* pdOid 42287928-1a59-42f7-b01f-9a6261a8c335 */ public void erase() / TODO: implement /* pdOid a7d351f9-f774-407b-acfb-d4c320799e34 */ public void draw() / TODO: implement System.out.println(正方形已經(jīng)畫好); /* * Module: Shape.jav

12、a * Author: Administrator * Purpose: Defines the Interface Shape */import java.util.*;/* pdOid ec325333-101c-40ae-a5b0-56a2cdbdf23b */public interface Shape /* pdOid 9bb13b16-0447-4fe3-bd8c-63aa8296958f */ void erase(); /* pdOid 22cde18b-95bf-4f30-8a17-a36026e4bd2c */ void draw();/* * Module: ShapeF

13、actory.java * Author: Administrator * Purpose: Defines the Class ShapeFactory */import java.util.*;/* pdOid e7687751-7c44-419b-a35c-5a62623db906 */public class ShapeFactory /* pdOid 6f7dcb8d-4c0f-49ea-af07-fdd5fc1c5f85 */ public static Shape getShape(String str) throws UnsupportedShapeException if (

14、str = circle) System.out.println(正在畫圓); Circle circle = new Circle(); return circle; if (str = triangle) System.out.println(正在畫三角形); Triangle triangle = new Triangle(); return triangle; if (str = rectangle) System.out.println(正在畫正方形); Rectangle rectangle= new Rectangle(); return rectangle; throw(new

15、 UnsupportedShapeException(); / TODO: implement /* * Module: Circle2.java * Author: Administrator * Purpose: Defines the Class Circle2 */import java.util.*;/* pdOid 61fdccb5-d36c-46cf-8fa1-6c2198796944 */public class Triangle implements Shape /* pdOid a54ba2df-4040-4c25-b86e-4809b2caf851 */ public v

16、oid erase() / TODO: implement /* pdOid 43fd19df-0811-43f3-bc65-96e657728ba1 */ public void draw() / TODO: implement System.out.println(三角形已經(jīng)畫好); public class UnsupportedShapeException extends ExceptionUnsupportedShapeException()super();3. 類圖：實現(xiàn)代碼：/* * Module: Client.java * Author: Administrator * Pu

17、rpose: Defines the Class Client */import java.util.*;/* pdOid 9dad0d1f-bceb-4464-a401-4d732646c502 */public class Client public static void main(String args)tryImageReader ir ;ImageReaderFactory irf;irf =(ImageReaderFactory)XMLUtil.getBean();ir = irf.getImageReader();ir.readImage();catch(Exception e

18、)System.out.println(e.getMessage();/* * Module: GifImageReaderFactory.java * Author: Administrator * Purpose: Defines the Class GifImageReaderFactory */import java.util.*;/* pdOid 02673c58-d54d-470a-aa43-a367ef8d323c */public class GifImageReaderFactory implements ImageReaderFactory /* pdOid 04e79c5

19、4-5bcf-4ae5-930f-278a6ec665d4 */ public ImageReader getImageReader() / TODO: implement System.out.println(正在生產(chǎn)Gifreader); return new GifReader(); /* * Module: GifReader.java * Author: Administrator * Purpose: Defines the Class GifReader */import java.util.*;/* pdOid 06537727-be33-4528-a674-3ddeb640a

20、3db */public class GifReader implements ImageReader /* pdOid 1db635a2-c278-408b-93a4-d08381143dc0 */ public void readImage() / TODO: implement System.out.println(gif正在讀取); /* * Module: ImageReader.java * Author: Administrator * Purpose: Defines the Interface ImageReader */import java.util.*;/* pdOid

21、 6c5b8e9c-507c-44d8-8179-cb8d81f909d4 */public interface ImageReader /* pdOid 6631aa67-f831-4e87-a99d-bb8e62944077 */ void readImage();/* * Module: ImageReaderFactory.java * Author: Administrator * Purpose: Defines the Interface ImageReaderFactory */import java.util.*;/* pdOid b3fe9310-9f30-408b-906

22、9-90218b7864b1 */public interface ImageReaderFactory /* pdOid a4ea1c11-e608-4a03-ac9e-c80d190488b1 */ public ImageReader getImageReader();/* * Module: JPGImageReaderFactory2.java * Author: Administrator * Purpose: Defines the Class JPGImageReaderFactory2 */import java.util.*;/* pdOid 5020f0f1-4e27-4

23、f8d-bb06-1e41bc4cec83 */public class JPGImageReaderFactory implements ImageReaderFactory /* pdOid e49d4a0b-1d21-4058-a0c5-404e36deb5ad */ public ImageReader getImageReader() / TODO: implement System.out.println(正在生產(chǎn)JPGreader); return new JPGReader(); /* * Module: JPGReader.java * Author: Administrat

24、or * Purpose: Defines the Class JPGReader */import java.util.*;/* pdOid f99f87eb-bfe6-4f93-af42-7c7fba68fdab */public class JPGReader implements ImageReader /* pdOid 02ce2b72-f53c-4d39-ad04-163e1a977f7e */ public void readImage() / TODO: implement System.out.println(jpg正在讀取); import javax.xml.parser

25、s.*;import org.w3c.dom.*;import org.xml.sax.SAXException;import java.io.*;public class XMLUtil/該方法用于從XML配置文件中提取具體類類名，并返回一個實例對象 public static Object getBean() try /創(chuàng)建DOM文檔對象 DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance(); DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder()

26、; Document doc; doc = builder.parse(new File(src/config.xml); /獲取包含類名的文本節(jié)點 NodeList nl = doc.getElementsByTagName(className); Node classNode=nl.item(0).getFirstChild(); String cName=classNode.getNodeValue(); /通過類名生成實例對象并將其返回 Class c=Class.forName(cName); Object obj=c.newInstance(); return obj; catch

27、(Exception e) e.printStackTrace(); return null; Config.xmlJPGImageReaderFactory4. 類圖：實現(xiàn)代碼：/* * Module: Button.java * Author: Administrator * Purpose: Defines the Interface Button */import java.util.*;/* pdOid f14dff51-0ca7-4179-aeac-1745cc87cebd */public interface Button /* * Module: Client.java * A

28、uthor: Administrator * Purpose: Defines the Class Client */import java.util.*;/* pdOid e1a11da4-9362-4038-bcc4-bc7e898740fd */public class Client public static void main(String args)trySkinFactory skf;Button button;ComboBox comboBox;TextFiled textFiled;skf = (SkinFactory)XMLUtil.getBean();button = s

29、kf.createButton();comboBox = skf.createComboBox();textFiled = skf.createTextFiled();catch(Exception e)/* * Module: ComboBox.java * Author: Administrator * Purpose: Defines the Interface ComboBox */import java.util.*;/* pdOid 3cafb2dc-8cdd-454c-87b1-d61528f6fe75 */public interface ComboBox /* * Modul

30、e: SkinFactory.java * Author: Administrator * Purpose: Defines the Interface SkinFactory */import java.util.*;/* pdOid 09dc0771-01d8-4160-a90c-44daa5647555 */public interface SkinFactory /* pdOid 16062d2b-9eb7-4a36-91ed-e049064229c1 */ Button createButton(); /* pdOid dd96c23d-1d1c-4cce-b1f3-fd2298ad

31、955d */ TextFiled createTextFiled(); /* pdOid 20061cfb-56f5-45fe-8516-1453173399c8 */ ComboBox createComboBox();/* * Module: SpringButton.java * Author: Administrator * Purpose: Defines the Class SpringButton */import java.util.*;/* pdOid 04a8a9ff-7252-480f-bad0-dfed29bce88e */public class SpringBut

32、ton implements Button SpringButton()System.out.println(得到springbutton);/* * Module: SpringComboBox.java * Author: Administrator * Purpose: Defines the Class SpringComboBox */import java.util.*;/* pdOid 12f7f6e3-dac7-46d6-98b3-db5dde279d0a */public class SpringComboBox implements ComboBox SpringCombo

33、Box()System.out.println(得到ComboBox);/* * Module: SpringFactory.java * Author: Administrator * Purpose: Defines the Class SpringFactory */import java.util.*;/* pdOid 9670c79a-e706-403b-a7d1-c2766503d125 */public class SpringFactory implements SkinFactory /* pdOid 87315215-d3b2-4ad3-b54d-923cbdea8f7f

34、*/ public Button createButton() / TODO: implement return new SpringButton(); /* pdOid 297ba65a-a5ac-427e-aa47-05b074f32c0a */ public TextFiled createTextFiled() / TODO: implement return new SpringTextFiled(); /* pdOid 6f5f128d-65f2-48ca-b4e7-d134b54d6656 */ public ComboBox createComboBox() / TODO: i

35、mplements return new SpringComboBox(); /* * Module: SpringTextFiled.java * Author: Administrator * Purpose: Defines the Class SpringTextFiled */import java.util.*;/* pdOid a95411d9-00c3-4f6d-ae03-72ca136cff2b */public class SpringTextFiled implements TextFiled SpringTextFiled()System.out.print(得到spr

36、ingTextFiled);/* * Module: SummerButton.java * Author: Administrator * Purpose: Defines the Class SummerButton */import java.util.*;/* pdOid 28d09fe8-4c74-4ebb-9aac-5115670aa6f2 */public class SummerButton implements Button SummerButton()System.out.println(得到summerbutton);/* * Module: SummerComboBox

37、.java * Author: Administrator * Purpose: Defines the Class SummerComboBox */import java.util.*;/* pdOid d4726398-141e-4980-add1-1c144b6607d6 */public class SummerComboBox implements ComboBox SummerComboBox()System.out.println(得到summerComboBox);/* * Module: SummerFactory.java * Author: Administrator

38、* Purpose: Defines the Class SummerFactory */import java.util.*;/* pdOid 3fb2a992-11b6-4e02-82ae-919d15e8dd67 */public class SummerFactory implements SkinFactory /* pdOid ac2b3bdb-944d-4168-91df-e8ee1e1a7636 */ public Button createButton() / TODO: implement return new SummerButton(); /* pdOid 7601333c-717d-4718-80c5-9889270fd3c9 */ public TextFiled createTextFiled() / TODO: implement return new SummerTextFiled(); /* pdOid 5f421fe3-e41c-4ce3-83c1-9b38d1734b74 */