创建型设计模式

1、创建型设计模式实验一、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UML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，

2、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

3、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(GifRea

4、der)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

5、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

6、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

7、. 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：使用到了里氏代换原则，针对父类进行编程，client对借口进行编程。也是用到了单一职责原则，将类分离，奖创建与使用分离。使用到了依赖倒转原则，针对抽象层编程，不针对子类编程。2. 类图：实现代码：/* *

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(圆已经画好); /* * 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(正方形已经画好); /* * 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(正在画圆); Circle circle = new Circle(); return circle; if (str = triangle) System.out.println(正在画三角形); Triangle triangle = new Triangle(); return triangle; if (str = rectangle) System.out.println(正在画正方形); 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(三角形已经画好); public class UnsupportedShapeException extends ExceptionUnsupportedShapeException()super();3. 类图：实现代码：/* * 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(正在生产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正在读取); /* * 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(正在生产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正在读取); import javax.xml.parser

25、s.*;import org.w3c.dom.*;import org.xml.sax.SAXException;import java.io.*;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() try /创建DOM文档对象 DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance(); DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder()

26、; Document doc; doc = builder.parse(new File(src/config.xml); /获取包含类名的文本节点 NodeList nl = doc.getElementsByTagName(className); Node classNode=nl.item(0).getFirstChild(); String cName=classNode.getNodeValue(); /通过类名生成实例对象并将其返回 Class c=Class.forName(cName); Object obj=c.newInstance(); return obj; catch

27、(Exception e) e.printStackTrace(); return null; Config.xmlJPGImageReaderFactory4. 类图：实现代码：/* * 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 */