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1、1CENTRAL SOUTH UNIVERSITY软件体系结构实验报告实验名称 设计模式实验一 学生姓名 学生学号 XXX 专业班级 软件工程 1007 班 指导教师 刘伟 完成时间 2012 年 12 月 15 日 2实验二 设计模式实验一一、实验目的熟练使用面向对象设计原则对系统进行重构；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设计模式，包括简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、适配器模式、桥接模式和组合模式，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，并学会分析这些模式的使用效果。二、实验内容使用面向对象设
2、计原则对系统进行重构；使用 PowerDesigner 和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、单例模式、适配器模式、桥接模式和组合模式，包括根据实例绘制模式结构图、编写模式实例模拟实现代码，运行并测试所编写代码。(1) 面向对象设计原则在某图形库 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：Circle+init ()setColor ()fill ()setSize ()display ().: void: void: void: void: voidTriangle+init ()setC
3、olor ()fill ()setSize ()display ().: void: void: void: void: voidRectangle+init ()setColor ()fill ()setSize ()display ().: void: void: void: void: voidClient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(
4、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3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
5、所运用的面向对象设计原则。(2) 简单工厂模式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) 工厂方法模式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
6、 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。(4) 抽象工厂模式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：S p r i n g 风格浅 绿 色 按
7、 钮绿 色 边 框 文 本 框皮肤库绿 色 边 框 组 合 框S u m m e r 风格浅 蓝 色 按 钮蓝 色 边 框 文 本 框蓝 色 边 框 组 合 框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4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) 单例模式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) 单例模式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 JI
8、nternalFrame 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）(7) 适配器模式现有一个接口 DataOperation 定义了排序方法 sort(int) 和查找方法 search(int, int)，已知类 QuickSort 的 quickSort(int)方法实现了快速排序算法，类 BinarySearch 的binarySearch (int, int)方法实现了二分查找算法。现使用适配器模式设计一个系统，在不修改源代码的情况下将类 QuickSort 和类 Bina
9、rySearch 的方法适配到 DataOperation 接口中。绘制类图并编程实现。 （要求实现快速排序和二分查找）(8) 适配器模式Windows Media Player 和 RealPlayer 是两种常用的媒体播放器，它们的 API 结构和调用方法存在区别。现在你的应用程序需要支持这两种播放器 API，而且在将来可能还需要支持新的媒体播放器，请问如何设计该应用程序？选择一种合适的设计模式，绘制类图并编程模拟实现。(9) 桥接模式某软件公司欲开发一个跨平台图像浏览系统，要求该系统能够显示BMP、JPG 、GIF、PNG 等多种格式的文件，并且能够在 Windows、Linux、Uni
10、x 等多个操作系统上运行。系统首先将各种格式的文件解析为像素矩阵(Matrix) ，然后将像素矩阵显示在屏幕上，在不同的操作系统中可以调用不同的绘制函数来绘制像素矩阵。系统需具有较好的扩展性，以便在将来支持新的文件格式和操作系统。试使用桥接模式设计该跨平台图5像浏览系统，绘制类图并编程模拟实现。(10) 组合模式某教育机构组织结构如下图所示：北京总部教务办公室 湖南分校 行政办公室长沙教学点 湘潭教学点教务办公室 行政办公室教务办公室 行政办公室 教务办公室 行政办公室在该教育机构的 OA 系统中可以给各级办公室下发公文，现采用组合模式设计该机构的组织结构，绘制相应的类图并编程模拟实现，在客户
11、端代码中模拟下发公文。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，正确无误绘制重构之后的类图；2. 正确无误绘制简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、适配器模式、桥接模式和组合模式实例的模式结构图；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、单例模式、适配器模式、桥接模式和组合模式实例，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. 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. 使用
12、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. 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. 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；6. 使用 PowerDesigner 绘制适配器模式结构图并用面向对象编程语言实现该模式；7. 使用 PowerDesigner 绘制桥接模式结构图并用面向对象编程语言实现该模式；8. 使用 PowerDesigner 绘制组合模式结构图并用面向对象编程语言实现该模式。6五、实验报告要求1. 提供重构之后的
13、类图，简要说明重构过程中所运用的面向对象设计原则；2. 提供简单工厂模式实例结构图及实现代码；3. 提供工厂方法模式实例结构图及实现代码；4. 提供抽象工厂模式实例结构图及实现代码；5. 提供单例模式实例结构图及实现代码；6. 提供适配器模式实例结构图及实现代码；7. 提供桥接模式实例结构图及实现代码；8. 提供组合模式实例结构图及实现代码；9. 注意调整类图中文字的字体及字号，注意图的整体布局和图的大小，避免使用交叉线，注意代码字体和颜色，代码字体需一致，颜色需统一；10. 认真写好实验总结；11. 提交电子版实验报告，格式为“学号-姓名- 实验 2.doc”，如“060102-张三-实验2
14、.doc”，所有材料（包括类图和源代码）均放在一个 Word 文件中，格式为 doc 或 docx，不需要提交 PowerDeigner 所保存的 oom 模型，也无须单独提交源代码。六、实验结果1. 重构之后的类图：Shapeabstract +init ()setColor ()fill ()setSize ()display ().: void: void: void: void: voidClient- shape : ShapeCircle- shape : Shape+init ()setColor ()fill ()setSize ()display ().: void: voi
15、d: void: void: voidTriangle- shape : Shape+init ()setColor ()fill ()setSize ()display ().: void: void: void: void: voidRectangle- shape : Shape+init ()setColor ()fill ()setSize ()display ().: void: void: void: void: voidconfig.xml重构过程中所使用的面向对象设计原则及简要说明：根据题意重构后使用了在开闭原则，软件实体可以指一个软件模块、一个由多个类组成的局部结构或一个独
16、立的类。抽象化是开闭原则的关键。 7开闭原则还可以通过一个更加具体的“对可变性封装原则”来描述，对可变性封装原则(Principle of Encapsulation of Variation, EVP)要求找到系统的可变因素并将其封装起来。 2. 类图：Client- shape : Shape+ main (String args) : voidCircle+ draw ()erase ().: void: voidTriangle+ draw ()erase ().: void: voidRectangle+ draw ()erase ().: void: voidShapeFactory+ CreateShap
