设计模式实验三.doc

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;
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：
① 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;
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Ｊavａ AWT/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Timeｓ Nｅw Ｒｏmaｎ或Ａrｉal,字号为五号,如
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（"draw Ｒectangｌe”);
　 }
pｕｂlｉc ｖｏiｄ　ｅraｓe(）｛
　Ｓｙｓtｅm、ｏｕｔ、ｐrintln(＂erase Rectａnｇle”);
　 　｝
}
Ｃircle、javａ
ｐｕblic ｃlass Cirｃｌe impleｍeｎｔｓ Sｈaｐｅ ｛　
pｕblic ｖoiｄ ｄraw（） ｛
　 　 Systeｍ、out、printlｎ（＂draw Circle")；
　　 }
public　vｏid erase（){
　 　System、out、printｌn（”erａse Ciｒcle"）；
　 }
｝
Tｒiａngｌｅ、java
ｐuｂliｃ ｃlass Ｔriａnｇle iｍｐlemenｔs　Shapｅ　｛
　 public void　ｄrａｗ（）　｛
　 Syｓｔem、oｕt、ｐrintln(＂ｄrａw Tｒiａngle"）；
　 ｝
　 publiｃ　voｉd eraｓe（){
　　　　 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（ 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.");
}
｝
3. 类图:

实现代码:
IｍagｅReader　、java
publｉc interfacｅ IｍaｇｅReader ｛
ﻩpubｌic voｉｄ readＩmage(）；
｝
JｐｇReａder、java
pubｌｉｃ　class JpｇＲｅａｄer　iｍplements ImagｅReａder ｛ﻩ
ﻩpuｂliｃ　void readImａge()｛
ﻩSystem、out、printｌn（"ｒead jgp　image”）；
}
｝
ＧifReadeｒ、java
pubｌｉc　class　GifReader implemenｔs ＩｍagｅRｅader ｛
puｂlic ｖoiｄ　ｒeadImａｇe(）{
ﻩﻩSｙstem、out、pｒintｌｎ（"rｅａd giｆ　imａge”)；
ﻩ}
}
ImageRｅaderFａctory、javａ
pｕｂlｉc inteｒfａcｅ ＩmageReaderFａctoｒy ｛
pｕｂｌiｃ　IｍagｅＲeadｅr prｏduceImａgｅＲeａｄer（)；
｝
ＪｐgReａdｅrFacｔory、java
puｂｌiｃ clａss JpgＲeａderFacｔoｒy ｉmｐlemenｔs ImagｅＲeadeｒＦacｔoｒy　｛
pｕｂlｉc　IｍaｇeＲeａder　produceImageＲeader（)｛
Sｙｓtem、ouｔ、println（＂jｐg ｒｅａdｅr");
ﻩ return new ＪpｇReａｄeｒ（）;
ﻩ｝
｝
ＧifReaｄeｒFactory、jａvａ
ｐｕbｌiｃ ｃlass ＧifＲeaderFａctｏry iｍｐｌｅmenｔｓ ImageReadｅrＦactory ｛
pｕblｉc ImagｅRｅader ｐroｄuceImageReader(）｛
ﻩ Ｓyｓtem、ouｔ、prinｔln（”ｇif　ｒeader＂);
rｅturn ｎew ＧifReader();
ﻩ｝
}
Clｉenｔ、jaｖa
public ｃｌass Cｌient　{
publｉｃ　statｉc ｖoｉｄ maｉn（Sｔring aｒgs[]){
｝
}
4. 类图:

实现代码:
AbstｒａcｔButtoｎ、java
public　ｉnteｒfacｅ AｂsｔrａｃtBuｔｔon　｛
｝
GreeｎButton、jａva
puｂlic clａｓｓ ＧreｅnＢuｔton iｍpｌementｓ AbsｔractＢｕttoｎ ｛
puｂｌic voｉd ａctiｏｎ（）｛
ﻩＳyｓtem、out、printlｎ（＂grｅen ｂutｔon＂)；
ﻩ｝ﻩ
｝
BｌｕeButtoｎ、ｊava
public class BlueButton　imｐlements　ＡbstractＢutｔon　｛
pｕblic voｉd aｃｔｉon(） ｛
ﻩSｙsｔem、oｕt、println("blue buttｏn"）;
｝
｝
AbｓtracｔTexｔｂoｘ、java
pubｌiｃ inｔｅｒfaｃe　AｂｓtraｃtTextboｘ｛
ﻩpubliｃ vｏid　aｃtioｎ(）；
｝
GreenTextbｏx、jａva
ｐｕbｌic ｃlaｓｓ GreenTeｘtboｘ　ｉmplemenｔs AbstractTｅxtbox {
puｂlic vｏiｄ aｃtion() {
Ｓysｔｅm、oｕt、ｐriｎtln("gｒeen textbｏｘ＂）；
｝
｝
BluｅTextbox、jａｖa
pｕblic ｃｌaｓs BlueTextbox　ｉmplemeｎts AbstrａcｔＴｅｘtｂｏx ｛
ﻩpublｉc vｏid　aｃtion（) {
ﻩ Systｅm、ｏｕt、priｎtln(”blｕe　textbox")；
ﻩ｝
｝
AbｓｔrａｃtboBox、ｊava
pｕbliｃ intｅrfａce　AbstrａcｔbｏBｏx ｛
ｐublic　voiｄ actｉｏn（）；
}
ＧreenbｏＢox、jａva
public cｌass GreenｂoBｏx　implementｓ AｂstｒactboＢoｘ　｛
public ｖoid aｃtion(） {
ﻩ Systeｍ、oｕt、println(＂green bo　boｘ");
｝
}
BｌueboＢox、ｊａｖa
ｐublic　class BｌueboBox impleｍｅntｓ ＡbstraｃtｂoBox {
pｕbｌｉc　void acｔｉoｎ(） {
ﻩﻩＳystem、ｏut、println(”blue bo box＂）；
}
｝
ＳkinFactｏry、jａｖａ
puｂlic　iｎterｆace SkinFactoｒy　{
ﻩｐublｉc AｂstractButｔon　ｃｒｅａteBｕtｔoｎ(）;
puｂlｉc　ＡbstracｔTextbox ｃｒｅateTextbｏｘ();
pｕblic AbｓtractboBｏx ｃｒeateboＢox（）；
｝
SpringSｋinFactorｙ、jaｖａ
public　class ＳpｒingSkinＦactory implemｅnts ＳkinFactoｒy　{
ﻩｐuｂｌｉc AbstracｔButtｏn ｃreatｅButton（) ｛
ﻩ Sｙｓｔem、out、pｒinｔln("生产ｇｒeen　button”）;
ﻩ ｒeturn new GｒeenButton（)；
ﻩ}
ﻩpｕblic ＡbｓtｒactＴextbox createTeｘｔbｏｘ() {
ﻩ System、ｏｕt、ｐrｉntln（＂生产green　textｂｏx);
ﻩ return new　ＧrｅenTexｔboｘ（)；
ﻩ}
ﻩpublic AbsｔractbｏBox ｃｒeateboBox（） ｛
ﻩSyｓteｍ、ｏut、prｉntln("生产gｒeｅn bo bｏx")；
ﻩﻩretｕｒn　new GreｅｎbｏBox(）;
}
｝
SummerSkiｎＦaｃtoｒy、ｊａvａ
public clａss SummerSｋinFaｃｔory　implementｓ SkiｎFactoｒｙ {
ﻩpublic AbｓtrａctＢutton　creａtｅBｕｔtoｎ（） ｛
ﻩSysｔeｍ、oｕt、println(＂生产 blue　button”);
ﻩﻩreｔurn nｅw BlueＢｕｔtｏn(）;
ﻩ｝
pubｌic ＡbsｔrａcｔTextbｏx cｒeaｔeTｅxtｂox（）　{
ﻩﻩSｙstem、oｕt、ｐrintln（"生产 blｕe texｔbox＂);
ﻩrｅturn new ＢｌueTextｂoｘ()；
｝
ﻩpｕｂｌiｃ　AｂstraｃtｂｏBoｘ cｒｅａteboBoｘ（） {
ﻩ Ｓｙｓtem、out、pｒinｔln（＂生产 blｕe　bｏ box”)；
ｒetｕｒn ｎew BluｅboＢox（)；
}
｝
Cliｅｎt、jaｖａ
publｉｃ cｌａss Clｉenｔ {
　pｕblic static voｉd ｍaｉn（Ｓtriｎg args［]){
}
｝
5. 类图：

实现代码：
pｕbliｃ ｃｌａss pｕte {　
prｉvate sｔatｉｃ pｕte［] instａnce； 　
pｒｉvatｅ　pute() ｛ 　
｝
ｐubｌｉｃ static　pute geｔInstancｅ（iｎt nｕｍｂer） {
　 iｆ（nuｍber 〈= 0)
Ｓyｓtem、ｏuｔ、printｌn("请输入大于0得整数")；
　 if(ｉnｓtance、lengｔh ＝＝ 0)｛
　 　　 fｏr（int i　= 0, i 〈 number,　i++）｛
ﻩﻩ　 　Ｉnｓｔａnｃe［ｉ］=new Singｌetoｎ（）；
　 　}
　 ｝
　　 ｉnt　ｘ =　(int）（Math、ranｄom(） * nｕmbeｒ）；
Int y ＝ x ＋ 1;
　 　 Sysｔem、ｏut、printｌn("调用第ｙ台电脑＂）; 　
ﻩ retｕｒn instance[x];
}
｝
6. 类图：

ﻩ实现代码：
JＩｎternaｌＦrａme１、ｊａva
pａckage teｓｔ;
iｍｐoｒt　javax、swing、JIｎternaｌFrａme;
ｐublic　ｃlass JInternalFrame1 extendｓ JInternaｌFrａmｅ｛
prｉvate ｓtａtic JIntｅrｎaｌFｒamｅ1　JＩＦ1 ＝ nuｌl；
ﻩprivａtｅ ＪInternaｌFrａme1（Ｓtring　namｅ， booleａn ｂ1,　bｏｏlean ｂ2， ｂｏｏleａｎ　b3, ｂooleａn b4){
ﻩﻩｓuｐer(nａme， b1， ｂ2,　b3， b４）；
｝
ｐublic statｉc ＪＩnterｎａlＦramｅ１ getＪIntｅrnaｌFrame1(Sｔring ｎame,　boolean b1, bｏoleaｎ b2，　ｂooｌeaｎ b3,　boolｅan ｂ４）｛
ｉf(JIF１ ＝=　null）
ﻩ ﻩＪIＦ１ =　new JInteｒnaｌFrａme1（name， b1, b2， ｂ3， ｂ４）;
rｅtuｒn　JＩF1；
｝
｝
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 {
ﻩ
prｉvate statｉc JＩnternaｌＦrame１ internａlＦｒame；
ﻩCoｎｔaiｎeｒ contｅnｔPanｅ =　this、ｇeｔＣｏntenｔPane()；
ﻩ
ﻩpublic ＪIntｅrnalFraｍｅＤemｏ(){
ﻩsuｐer（"主窗体"）;
ﻩ contｅntPanｅ、ｓetLayout（new　ＢｏrdｅrＬayouｔ(）);
ﻩﻩJBuｔton bｕtｔoｎ =　nｅｗ　JButton("创建一个子窗体”）；
buｔｔｏn、addAcｔiｏnListeｎeｒ(this)；
ﻩﻩconｔｅｎtＰane、add(bｕｔton， ＢｏrderLayｏｕt、SOUTH）；ﻩ
ﻩ tｈｉs、ｓｅｔSiｚe（nｅw Diｍension(300, ３00））;
ﻩ tｈiｓ、setViｓiｂle（truｅ);
ﻩ tｈiｓ、adｄWindowListenｅｒ（new ＷｉndoｗAｄaｐteｒ（) ｛
Oveｒrｉde
pｕblic　void ｗindowClosｉng(WinｄoｗEvent e）　{
Sｙsteｍ、exit（０）；
}
ﻩ });
｝

puｂｌic ｖoid　aｃtiｏnPerformeｄ(ActionEvｅnt e) ｛ ﻩ
ﻩﻩｉnternaｌFｒame =　JIｎｔernalFrame１、geｔJIntｅrnalFrａｍｅ1("子窗体”
ﻩﻩ , truｅ， truｅ, ｔｒue,　trｕe)；
ﻩｉnternalFraｍe、setSｉze（ｎeｗ　Dimenｓioｎ（２00， 2０0）);
ﻩ ｉnteｒnalFrame、sｅtViｓiｂlｅ(tｒuｅ）；
ﻩﻩﻩJDesｋｔopPaｎe desｋtopＰａne ＝ nｅw JＤeｓktopPane（)；
ﻩ ｃｏntentPaｎe、ａdd（desktopPaｎe)；
ﻩﻩdeskｔoｐPane、add（intｅrnalFrame）；
ﻩtry ｛
ﻩiｎternalＦramｅ、ｓeｔSｅｌected(ｔrue);
ﻩﻩ ｝ cａｔch （javａ、beａｎs、ＰrｏpertyVetｏExceｐｔｉon ex） {
ﻩﻩﻩ Ｓyｓtem、out、priｎtｌn（"Exceptiｏn whilｅ selｅcting＂）；
ﻩ ﻩ}ﻩ
｝

public ｓtatic void maｉn(Sｔrｉng　arｇs［］){ﻩﻩ
ﻩﻩ ｎew ＪInｔernalFrameDemo(）;ﻩﻩ
}
}