设计模式实验三.docx
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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、实验目得
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与任意一种面向对象编程语言实现几种常见得创建型设计模式,包括简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式与单例模式，理解每一种设计模式得模式动机,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得显示图形,图形库设计人员设计得初始类图如下所示:
在该图形库中,每个图形类（如Ｃircle、Trｉangle等）得ｉnｉt（）方法用于初始化所创建得图形，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（）方法用于设置图形得大小,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得一种图形，因此在更换图形时需要修改客户类源代码；
②在图形库中增加并使用新得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,有些图形得创建过程较为复杂,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：
隔离图形得创建与使用，将图形得创建过程封装在专门得类中，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。
绘制重构之后得类图并说明在重构过程中所运用得面向对象设计原则.
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）与三角形（Triａngle）等得绘图工具类,每个几何图形均具有绘制Ｄraw（）与擦除Erase（）两个方法,要求在绘制不支持得几何图形时，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得图片格式，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格式得图片、JPG图片读取器（JpgReａdeｒ）用于读取JＰG格式得图片.图片读取器对象通过图片读取器工厂ＩｍageReａdｅrFactory来创建，ＩmaｇeＲeａdｅrFａctory就是一个抽象类,用于定义创建图片读取器得工厂方法,其子类GifＲeaderFaｃtoｒy与ＪｐgReaｄｅrFactorｙ用于创建具体得图片读取器对象。
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。
需充分考虑系统得灵活性与可扩展性。
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.不同得皮肤将提供视觉效果不同得按钮、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得灵活性与可扩展性,用户可以自由选择不同得皮肤,开发人员可以在不修改既有代码得基础上增加新得皮肤。
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、使用单例模式得思想实现多例模式，确保系统中某个类得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ＪavａAWT/Swｉng开发中可使用ＪDｅskｔｏpPanｅ与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得子窗体，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、选择合适得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得类图;
2、结合实例,正确无误地绘制简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式与单例模式得模式结构图;
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、抽象工厂模式与单例模式实例，代码运行正确无误。
四、实验步骤
１、选择合适得面向对象设计原则对系统进行重构，使用PoｗｅrＤesigneｒ绘制重构之后得类图；
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、重构之后得类图：
ﻩ重构过程中所使用得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与对应图形类,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:
ﻩ实现代码：
/／代码颜色使用黑色，字体使用TimeｓNｅwＲｏmaｎ或Ａrｉal,字号为五号,如
abｓtｒactclassShaｐe
Sｈape、ｊava
pｕbliｃ intｅrｆaｃeShapｅ｛
ｖoiｄｄraw（）；
ｖoiｄｅrase（）;
}
Rectａngｌe、java
publiｃcｌassRectａｎgleiｍｐｌementsShaｐe ｛
public voiddｒａｗ（） ｛
Syｓtem、out、prｉntln（"draw Ｒectangｌe”）;
}
pｕｂlｉcｖｏiｄ ｅraｓe（）｛
Ｓｙｓtｅm、ｏｕｔ、ｐrintln（＂erase Rectａnｇle”）;
｝
}
Ｃircle、javａ
ｐｕblicｃlassCirｃｌeimpleｍeｎｔｓSｈaｐｅ｛
pｕblicｖoiｄｄraw（）｛
Systeｍ、out、printlｎ（＂draw Circle"）；
}
public vｏiderase（）{
System、out、printｌn（”erａse Ciｒcle"）；
}
｝
Tｒiａngｌｅ、java
ｐuｂliｃｃlassＴriａnｇleiｍｐlemenｔs Shapｅ ｛
publicvoid ｄrａｗ（） ｛
Syｓｔem、oｕt、ｐrintln（＂ｄrａw Tｒiａngle"）；
｝
publiｃ voｉderaｓe（）{
Sysｔem、out、prｉntln（”erase Tｒiangle＂）;
｝
}
ShapｅFactｏry、java
public class ＳhapeＦacｔory{
ｐｕblic statiｃ Shapｅ prodｕｃｅSｈape（Ｓｔrinｇ shａpe） throws UnsuppoｒｔeｄＳhaｐeExｃeptｉon｛
if （ｓｈａｐe、eｑuａls（＂Circle”））｛
Systｅm、out、ｐｒintlｎ（”Ciｒcle"）;
return new Ciｒclｅ；
}
else iｆ（shａpe、equals（”Tｒiangle"））｛
Ｓystem、oｕt、priｎtln（"Trｉaｎgle＂）；
return neｗ Trｉanｇle；
｝
else if（shapｅ、ｅquaｌs（"Ｒｅｃtanｇle”））{
Sｙstｅm、out、ｐrinｔln（＂Rｅｃtａnｇlｅ"）；
rｅturｎ new Rectaｎgｌe；
｝
elｓｅ ｛
thrｏw new ＵnsupｐortedShapｅＥxceptｉon（ ＵnsuppoｒtｅdSｈapeEｘceptionｕse）;
｝
}
｝
Ｃliｅnｔ、jaｖa
publｉcclassCliｅnｔ{
puｂｌicｓｔatｉcvｏｉdmain（Sｔringargs［］）{
}
｝
UnｓｕｐpoｒｔｅdShapeExceptioｎ、ｊavａ
publｉc clａssUnsuppｏrｔedShapeＥxｃｅptioｎeｘtｅｎdsExceｐtｉon｛
pｕｂｌic ＵnｓｕppｏrtedSｈapeException（）｛
Syｓｔｅｍ、oｕｔ、println（"绘制图形异常，请确认输入图形."）;
}
｝
3.类图:
实现代码:
IｍagｅReader 、java
publｉcinterfacｅIｍaｇｅReader｛
ﻩpubｌicvoｉｄreadＩmage（）；
｝
JｐｇReａder、java
pubｌｉｃ classJpｇＲｅａｄer iｍplementsImagｅReａder｛ﻩ
ﻩpuｂliｃ voidreadImａge（）｛
ﻩSystem、out、printｌn（"ｒeadjgp image”）；
}
｝
ＧifReadeｒ、java
pubｌｉc class GifReaderimplemenｔsＩｍagｅRｅader｛
puｂlicｖoiｄ ｒeadImａｇe（）{
ﻩﻩSｙstem、out、pｒintｌｎ（"rｅａdgiｆ imａge”）；
ﻩ}
}
ImageRｅaderFａctory、javａ
pｕｂlｉcinteｒfａcｅＩmageReaderFａctoｒy｛
pｕｂｌiｃ IｍagｅＲeadｅrprｏduceImａgｅＲeａｄer（）；
｝
ＪｐgReａdｅrFacｔory、java
puｂｌiｃclａssJpgＲeａderFacｔoｒyｉmｐlemenｔsImagｅＲeadeｒＦacｔoｒy ｛
pｕｂlｉc IｍaｇeＲeａder produceImageＲeader（）｛
Sｙｓtem、ouｔ、println（＂jｐgｒｅａdｅr"）;
ﻩreturnnewＪpｇReａｄeｒ（）;
ﻩ｝
｝
ＧifReaｄeｒFactory、jａvａ
ｐｕbｌiｃｃlassＧifＲeaderFａctｏryiｍｐｌｅmenｔｓImageReadｅrＦactory｛
pｕblｉcImagｅRｅaderｐroｄuceImageReader（）｛
ﻩＳyｓtem、ouｔ、prinｔln（”ｇif ｒeader＂）;
rｅturnｎewＧifReader（）;
ﻩ｝
}
Clｉenｔ、jaｖa
publicｃｌassCｌient {
publｉｃ statｉcｖoｉｄmaｉn（Sｔringaｒgs[]）{
｝
}
4.类图:
实现代码:
AbstｒａcｔButtoｎ、java
public ｉnteｒfacｅAｂsｔrａｃtBuｔｔon ｛
｝
GreeｎButton、jａva
puｂlicclａｓｓＧreｅnＢuｔtoniｍpｌementｓAbsｔractＢｕttoｎ｛
puｂｌicvoｉdａctiｏｎ（）｛
ﻩＳyｓtem、out、printlｎ（＂grｅenｂutｔon＂）；
ﻩ｝ﻩ
｝
BｌｕeButtoｎ、ｊava
publicclassBlueButton imｐlements ＡbstractＢutｔon ｛
pｕblicvoｉdaｃｔｉon（）｛
ﻩSｙsｔem、oｕt、println（"bluebuttｏn"）;
｝
｝
AbｓtracｔTexｔｂoｘ、java
pubｌiｃinｔｅｒfaｃe AｂｓtraｃtTextboｘ｛
ﻩpubliｃvｏid aｃtioｎ（）；
｝
GreenTextbｏx、jａva
ｐｕbｌicｃlaｓｓGreenTeｘtboｘ ｉmplemenｔsAbstractTｅxtbox{
puｂlicvｏiｄaｃtion（）{
Ｓysｔｅm、oｕt、ｐriｎtln（"gｒeentextbｏｘ＂）；
｝
｝
BluｅTextbox、jａｖa
pｕblicｃｌaｓsBlueTextbox ｉmplemeｎtsAbstrａcｔＴｅｘtｂｏx｛
ﻩpublｉcvｏid aｃtion（）{
ﻩSystｅm、ｏｕt、priｎtln（”blｕe textbox"）；
ﻩ｝
｝
AbｓｔrａｃtboBox、ｊava
pｕbliｃintｅrfａce AbstrａcｔbｏBｏx｛
ｐublic voiｄactｉｏn（）；
}
ＧreenbｏＢox、jａva
publiccｌassGreenｂoBｏx implementｓAｂstｒactboＢoｘ ｛
publicｖoidaｃtion（）{
ﻩSysteｍ、oｕt、println（＂greenbo boｘ"）;
｝
}
BｌueboＢox、ｊａｖa
ｐublic classBｌueboBoximpleｍｅntｓＡbstraｃtｂoBox{
pｕbｌｉc voidacｔｉoｎ（）{
ﻩﻩＳystem、ｏut、println（”bluebobox＂）；
}
｝
ＳkinFactｏry、jａｖａ
puｂlic iｎterｆaceSkinFactoｒy {
ﻩｐublｉcAｂstractButｔon ｃｒｅａteBｕtｔoｎ（）;
puｂlｉc ＡbstracｔTextboxｃｒｅateTextbｏｘ（）;
pｕblicAbｓtractboBｏxｃｒeateboＢox（）；
｝
SpringSｋinFactorｙ、jaｖａ
public classＳpｒingSkinＦactoryimplemｅntsＳkinFactoｒy {
ﻩｐuｂｌｉcAbstracｔButtｏnｃreatｅButton（）｛
ﻩSｙｓｔem、out、pｒinｔln（"生产ｇｒeen button”）;
ﻩｒeturnnewGｒeenButton（）；
ﻩ}
ﻩpｕblicＡbｓtｒactＴextboxcreateTeｘｔbｏｘ（）{
ﻩSystem、ｏｕt、ｐrｉntln（＂生产green textｂｏx”）;
ﻩreturnnew ＧrｅenTexｔboｘ（）；
ﻩ}
ﻩpublicAbsｔractbｏBoxｃｒeateboBox（）｛
ﻩSyｓteｍ、ｏut、prｉntln（"生产gｒeｅnbobｏx"）；
ﻩﻩretｕｒn newGreｅｎbｏBox（）;
}
｝
SummerSkiｎＦaｃtoｒy、ｊａvａ
publicclａssSummerSｋinFaｃｔory implementｓSkiｎFactoｒｙ{
ﻩpublicAbｓtrａctＢutton creａtｅBｕｔtoｎ（）｛
ﻩSysｔeｍ、oｕt、println（＂生产blue button”）;
ﻩﻩreｔurnnｅwBlueＢｕｔtｏn（）;
ﻩ｝
pubｌicＡbsｔrａcｔTextbｏxcｒeaｔeTｅxtｂox（） {
ﻩﻩSｙstem、oｕt、ｐrintln（"生产blｕetexｔbox＂）;
ﻩrｅturnnewＢｌueTextｂoｘ（）；
｝
ﻩpｕｂｌiｃ AｂstraｃtｂｏBoｘcｒｅａteboBoｘ（）{
ﻩＳｙｓtem、out、pｒinｔln（＂生产blｕe bｏbox”）；
ｒetｕｒnｎewBluｅboＢox（）；
}
｝
Cliｅｎt、jaｖａ
publｉｃcｌａssClｉenｔ{
pｕblicstaticvoｉdｍaｉn（Ｓtriｎgargs［]）{
}
｝
5.类图：
实现代码：
pｕbliｃｃｌａsspｕte{
prｉvatesｔatｉｃpｕte［]instａnce；
pｒｉvatｅ pute（）｛
｝
ｐubｌｉｃstatic putegeｔInstancｅ（iｎtnｕｍｂer）{
iｆ（nuｍber〈=0）
Ｓyｓtem、ｏuｔ、printｌn（"请输入大于0得整数"）；
if（ｉnｓtance、lengｔh＝＝0）｛
fｏr（inti =0,i〈number, i++）｛
ﻩﻩ Ｉnｓｔａnｃe［ｉ］=newSingｌetoｎ（）；
}
｝
ｉnt ｘ= （int）（Math、ranｄom（）*nｕmbeｒ）；
Inty＝x＋1;
Sysｔem、ｏut、printｌn（"调用第ｙ台电脑＂）;
ﻩretｕｒninstance[x];
}
｝
6.类图：
ﻩ实现代码：
JＩｎternaｌＦrａme１、ｊａva
pａckageteｓｔ;
iｍｐoｒt javax、swing、JIｎternaｌFrａme;
ｐublic ｃlassJInternalFrame1extendｓJInternaｌFrａmｅ｛
prｉvateｓtａticJIntｅrｎaｌFｒamｅ1 JＩＦ1＝nuｌl；
ﻩprivａtｅＪInternaｌFrａme1（Ｓtring namｅ，booleａnｂ1, bｏｏleanｂ2，ｂｏｏleａｎ b3,ｂooleａnb4）{
ﻩﻩｓuｐer（nａme，b1，ｂ2, b3，b４）；
｝
ｐublicstatｉcＪＩnterｎａlＦramｅ１getＪIntｅrnaｌFrame1（Sｔringｎame, booleanb1,bｏoleaｎb2， ｂooｌeaｎb3, boolｅanｂ４）｛
ｉf（JIF１＝= null）
ﻩﻩＪIＦ１= newJInteｒnaｌFrａme1（name，b1,b2，ｂ3，ｂ４）;
rｅtuｒn JＩF1；
｝
｝
JＩnｔｅｒｎａlＦrameDemo、java
ｐackage teｓt;
imｐoｒtjava、aｗt、ＢｏrderLayoｕt;
ｉmportjava、awt、Contaｉnｅｒ;
ｉmpｏrtjava、ａｗt、Ｄｉmension；
ｉmｐortjava、awt、event、AｃｔｉonEvｅnt;
imporｔjaｖａ、aｗt、event、ActioｎLｉsｔenｅr；
imｐort java、awt、evｅｎｔ、WinｄｏwAdapter；
ｉmｐｏｒtjava、ａwt、eｖｅｎt、WiｎdoｗEｖent;
impｏrtｊaｖax、swing、JButｔon；
import javaｘ、ｓwｉng、ＪDｅｓkｔｏpPａne；
impｏｒtjａｖａx、ｓwiｎg、ＪFramｅ；
impoｒtｊaｖax、swiｎｇ、JInteｒnａlＦraｍｅ；
ｉmportjaｖax、ｓwing、JTeｘtArｅa；
public clａsｓＪＩnｔｅｒnalFraｍeDeｍｏ exteｎdｓ JFｒamｅｉｍpleｍentｓActｉｏｎLiｓｔenｅr{
ﻩ
prｉvatestatｉcJＩnternaｌＦrame１internａlＦｒame；
ﻩCoｎｔaiｎeｒcontｅnｔPanｅ= this、ｇeｔＣｏntenｔPane（）；
ﻩ
ﻩpublicＪIntｅrnalFraｍｅＤemｏ（）{
ﻩsuｐer（"主窗体"）;
ﻩcontｅntPanｅ、ｓetLayout（new ＢｏrdｅrＬayouｔ（））;
ﻩﻩJBuｔtonbｕtｔoｎ= nｅｗ JButton（"创建一个子窗体”）；
buｔｔｏn、addAcｔiｏnListeｎeｒ（this）；
ﻩﻩconｔｅｎtＰane、add（bｕｔton，ＢｏrderLayｏｕt、SOUTH）；ﻩ
ﻩtｈｉs、ｓｅｔSiｚe（nｅwDiｍension（300,３00））;
ﻩtｈiｓ、setViｓiｂle（truｅ）;
ﻩtｈiｓ、adｄWindowListenｅｒ（newＷｉndoｗAｄaｐteｒ（）｛
Oveｒrｉde
pｕblic voidｗindowClosｉng（WinｄoｗEvente） {
Sｙsteｍ、exit（０）；
}
ﻩ}）;
｝
puｂｌicｖoid aｃtiｏnPerformeｄ（ActionEvｅnte）｛ﻩ
ﻩﻩｉnternaｌFｒame= JIｎｔernalFrame１、geｔJIntｅrnalFrａｍｅ1（"子窗体”
ﻩﻩ,truｅ，truｅ,ｔｒue, trｕe）；
ﻩｉnternalFraｍe、setSｉze（ｎeｗ Dimenｓioｎ（２00，2０0））;
ﻩｉnteｒnalFrame、sｅtViｓiｂlｅ（tｒuｅ）；
ﻩﻩﻩJDesｋｔopPaｎedesｋtopＰａne＝nｅwJＤeｓktopPane（）；
ﻩｃｏntentPaｎe、ａdd（desktopPaｎe）；
ﻩﻩdeskｔoｐPane、add（intｅrnalFrame）；
ﻩtry｛
ﻩiｎternalＦramｅ、ｓeｔSｅｌected（ｔrue）;
ﻩﻩ｝cａｔch（javａ、beａｎs、ＰrｏpertyVetｏExceｐｔｉonex）{
ﻩﻩﻩＳyｓtem、out、priｎtｌn（"Exceptiｏnwhilｅselｅcting＂）；
ﻩﻩ}ﻩ
｝
publicｓtaticvoidmaｉn（Sｔrｉng arｇs［］）{ﻩﻩ
ﻩﻩｎewＪInｔernalFrameDemo（）;ﻩﻩ
}
}
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