实验3 创建型设计模式实验.doc

软件体系结构实验报告项目名称 创建型设计模式 专业班级 1204 学 号 26 姓 名 陈健 实验成绩：批阅教师：年 月 日19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：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：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： 客服端类针对抽象图形类Graph编程，符合依赖倒转原则；在工厂类的静态方法中的返回类型是所有图形的父类，用子类对象替换父类对象，符合里氏替换原则；客户端只使用对象，而不负责创建对象，符合单一职责原则2. 类图：实现代码：(1)抽象产品类Graph(图形类)import java.util.*;public interface Graph void draw(); void erase(); (2)具体产品类Cicle (圆形类)import java.util.*;public class Circle implements Graph public Circle () System.out.println(创建圆形对象);public void draw() System.out.println(绘制圆形); public void erase() System.out.println(擦除圆形); (3)具体产品类Rectangle (矩形类)import java.util.*;public class Rectangle implements Graph public Rectangle () System.out.println(创建矩形对象);public void draw() System.out.println(绘制矩形);public void erase() System.out.println(擦除矩形); (4)具体产品类Triangle (三角形类)import java.util.*;public class Triangle implements Graph public Triangle() System.out.println(创建三角形对象);public void draw() System.out.println(绘制三角形);public void erase() System.out.println(擦除三角形); (5)工厂类类GraphFactory(图形工厂类)public class GraphFactory public static Graph createGraph(String arg) if(arg.equalsIgnoreCase(circle) return new Circle(); else if(arg.equalsIgnoreCase(triangle) return new Triangle(); else if(arg.equalsIgnoreCase(rectangle) return new Rectangle(); else System.out.println(UnsupportedShapeException); return null; (5)客户端测试类Clientpublic class Client public static void main(String args) String graphName =XMLUtilGraph.getBean();Graph graph1=GraphFactory.createGraph(graphName);graph1.draw(); graph1.erase();(6)XML操作工具类XMLUtilGraphimport java.io.File;import javax.xml.parsers.DocumentBuilder;import javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory;import org.w3c.dom.Document;import org.w3c.dom.Node;import org.w3c.dom.NodeList;public class XMLUtilGraph public static String getBean() try DocumentBuilderFactory dFactory =DocumentBuilderFactory.newInstance();DocumentBuilder dBuilder =dFactory.newDocumentBuilder();Document document =dBuilder.parse(new File(configGraph.xml);NodeList nList =document.getElementsByTagName(graphName);Node node = nList.item(0).getFirstChild();String graphName = node.getNodeValue().trim();return graphName; catch (Exception e) e.printStackTrace();return null; (7)配置文件configGraph.xml rectangle3. 类图：实现代码：(1)抽象工厂类ImageReaderFactory(图片读取器工厂)import java.util.*;public abstract class ImageReaderFactory public abstract ImageReader createReader();(2)抽象产品类ImageReader(图片读取器)import java.util.*;public interface ImageReader void read();(3)具体工厂类GifReaderFactory(Gif图片读取器工厂)import java.util.*;public class GifReaderFactory extends ImageReaderFactory public ImageReader createReader() System.out.println(生产Gif图片读取器); return new GifReader(); (4)具体工厂类JpgReaderFactory(Jpg图片读取器工厂)import java.util.*;public class JpgReaderFactory extends ImageReaderFactory public ImageReader createReader() System.out.println(生产Jpg图片读取器); return new JpgReader(); (5)具体产品类GifReader(Gif图片读取器)import java.util.*;public class GifReader implements ImageReader public void read() System.out.println(读取Gif格式图片); (6)具体产品类JpgReader(Jpg图片读取器)import java.util.*;public class JpgReader implements ImageReader public void read() System.out.println(读取Jpg格式图片); (7)客服端测试类Clientimport java.util.*;public class Client public static void main(String arg)ImageReaderFactory ir=(ImageReaderFactory)XMLUtilImageReader.getBean();ImageReader ir =irf.createReader();ir.read();(8)XML操作工具类XMLUtilImageReaderimport java.io.File;import javax.xml.parsers.DocumentBuilder;import javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory;import org.w3c.dom.Document;import org.w3c.dom.Node;import org.w3c.dom.NodeList;public class XMLUtilImageReader public static Object getBean() try DocumentBuilderFactory dFactory=DocumentBuilderFactory.newInstance();DocumentBuilder dBuilder =dFactory.newDocumentBuilder();Document document =dBuilder.parse(new File(configImageReader.xml);NodeList nList =document.getElementsByTagName(factoryName);Node node =nList.item(0).getFirstChild();String factoryName =node.getNodeValue().trim();Class c =Class.forName(factoryName);Object obj =c.newInstance();return obj; catch (Exception e) e.printStackTrace();return null; (9)配置文件configImageReader.XML GifReaderFactory4. 类图：实现代码：(1)抽象工厂类Skin(皮肤类)import java.util.*;public interface Skin public Text textSkin();public Button buttonSkin();public Combo comboSkin();(2)具体工厂类Spring(春天皮肤类)import java.util.*;public class Spring implements Skin public Text textSkin()System.out.println(绿色边框文本框);return new SpringText();public Button buttonSkin()System.out.println(浅绿色按钮);return new SpringButton();public Combo comboSkin()System.out.println(绿色边框组合框);return new SpringCombo();(3)具体工厂类Summer(夏天皮肤类)import java.util.*;public class Summer implements Skin public Text textSkin()System.out.println(蓝色边框文本框);return new SummerText();public Button buttonSkin()System.out.println(浅蓝色按钮);return new SummerButton();public Combo comboSkin()System.out.println(蓝色边框组合框);return new SummerCombo();(4)抽象产品类Text(文本框类)import java.util.*;public abstract class Text public abstract void edit();(5)抽象产品类Button(按钮类)import java.util.*;public abstract class Button public abstract void click();(6)抽象产品类Combo(组合框类)import java.util.*;public abstract class Combo public abstract void choice();(7)具体产品类SpringText(春天皮肤文本框类)import java.util.*;public class SpringText extends Text public void edit()System.out.println(编辑);(8)具体产品类SummerText(夏天皮肤文本框类)import java.util.*;public class SummerText extends Text public void edit()System.out.println(编辑);(9)具体产品类SpringButton(春天皮肤按钮类)import java.util.*;public class SpringButton extends Button public void click()System.out.println(点击);(10)具体产品类SummerButton(夏天皮肤按钮类)import java.util.*;public class SummerButton extends Button public void click()System.out.println(点击);(11)具体产品类SpringCombo(春天皮肤组合框类)import java.util.*;public class SpringCombo extends Combo public void choice()System.out.println(选择);(12)具体产品类SummerCombo(夏天皮肤组合框类)import java.util.*;public class SummerCombo extends Combo public void choice()System.out.println(选择);(13)客户端测试类import java.util.*;public class Client public static void main(String arg)Skin skin =(Skin)XMLUtilSkin.getBean();Text text =skin.textSkin();text.edit();Button button =skin.buttonSkin();button.click();Combo combo =boSkin();combo.choice();(14)XML操作工具类XMLUtilSkinimport java.io.File;import javax.xml.parsers.DocumentBuilder;import javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory;import org.w3c.dom.Document;import org.w3c.dom.Node;import org.w3c.dom.NodeList;public class XMLUtilSkin public static Object getBean() try DocumentBuilderFactory dFactory=DocumentBuilderFactory.newInstance();DocumentBuilder dBuilder =dFactory.newDocumentBuilder();Document document =dBuilder.parse(new File(configSkin.xml);NodeList nList =document.getElementsByTagName(skinName);Node node =nList.item(0).getFirstChild();String factoryName =node.getNodeValue().trim();Class c =Class.forName(factoryName);Object obj =c.newInstance();return obj; catch (Exception e) e.printStackTrace();return null; (15)配置文件configSkin.xml Spring5. 类图：实现代码：(1)单例类Singletonimport java.util.*;public class Singleton private static Singleton instance = null; private static int count = 0; private static int flag = 5; private void singleton() public static Singleton getInstance() if(countflag) instance =new Singleton(); count+; System.out.println(创建了一个实例); System.out.println(当前实例数为：+count); return instance; else System.out.println(已经不能再创建实例！); return null; public void destroyInstance() if(instance!=null) System.out.println(销毁一个实例); count-; System.out.println(当前实例数为：+count); else System.out.println(该实例不存在); (2)客户端测试类Clientpublic class Client public static void main(String args) Singleton st1=Singleton.getInstance();Singleton st2=Singleto