1、 1设计模式刘伟 实验参考答案 实验 1 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： Circle+init ()setColor ()fill ()setSize ()display (): voidvoid:void:void:void:Triangle+init ()setColor ()fill ()setSize ()display ()void: voidvoid:void:void:Rectangle+init ()setColor ()fill ()setSize ()display ()voi
2、d: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(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
3、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。 参考答案： 22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era
4、se()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。 参考答案： ShapeFactorycreateShape (String type): Shape+Circle+ draw ()erase (): void: voidTriangle+ draw ()erase (): voidvoid:Shape+ draw ()erase (): void: voidRectangle+ draw ()erase (): void: voidUnsupportedShapeException(+ Unsuppo
5、rtedShapeException String message)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、3JPG 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
6、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。 参考答案： GifReaderFactorycreateImageReader (): ImageReader+ImageReaderFactorycreateImageReader (): ImageReader+GifReader+ readImage (): voidImageReader+ readImage (): voidJpgReaderFactory+ createImageReader (): ImageReaderJpgReader+ readImage (): void
7、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。 参考答案： 45. 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。参考答案： Multiton- array : Multiton- Multiton ()+ getInstance () : Multit
8、on+ random () : int多例模式(Multiton Pattern)是单例模式的一种扩展形式，多例类可以有多个实例，而且必须自行创建和管理实例，并向外界提供自己的实例，可以通过静态集合对象来存储这些实例。多例类 Multiton 的代码如下所示： import java.util.*; public class Multiton /定义一个数组用于存储四个实例 private static Multiton array = new Multiton(), new Multiton(), new Multiton(), new Multiton(); /私有构造函数 private
9、 Multiton() /静态工厂方法，随机返回数组中的一个实例 public static Multiton getInstance() 5 return arrayrandom(); /随机生成一个整数作为数组下标 public static int random() Date d = new Date(); Random random = new Random(); int value = Math.abs(random.nextInt(); value = value % 4; return value; public static void main(String args) Mul
10、titon m1,m2,m3,m4; m1 = Multiton.getInstance(); m2 = Multiton.getInstance(); m3 = Multiton.getInstance(); m4 = Multiton.getInstance(); System.out.println(m1=m2); System.out.println(m1=m3); System.out.println(m1=m4); 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
11、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）参考答案：6SubFrame- frame: SubFrame-+ SubFrame ()getFrame () : SubFrameMyIFListenerMainClass-buttondesktopPaneiFrame: JButton: JDesktopPane: SubFrame+ ()MainClass BtListenerSubFrame 类充当单例类，在其中定义了静态工厂方法 getFrame()。 代码如下所示： 7import java.a
12、wt.*; import java.awt.event.*; import javax.swing.*; import javax.swing.event.*; /子窗口：单例类 class SubFrame extends JInternalFrame private static SubFrame frame;/静态实例 /私有构造函数 private SubFrame() super(“子窗体“, true, true, true, false); this.setLocation(20,20); /设置内部窗体位置 this.setSize(200,200); /设置内部窗体大小 th
13、is.addInternalFrameListener(new MyIFListener();/监听窗体事件 this.setVisible(true); /工厂方法，返回窗体实例 public static SubFrame getFrame() /如果窗体对象为空，则创建窗体，否则直接返回已有窗体 if(frame=null) frame=new SubFrame(); return frame; /事件监听器 class MyIFListener extends InternalFrameAdapter 8/子窗体关闭时，将窗体对象设为 null public void internal
14、FrameClosing(InternalFrameEvent e) if(frame!=null) frame=null; /客户端测试类 class MainClass extends JFrame private JButton button; private JDesktopPane desktopPane; private SubFrame iFrame=null; public MainClass() super(“主窗体“); Container c=this.getContentPane(); c.setLayout(new BorderLayout(); button=new
15、 JButton(“点击创建一个内部窗体“); button.addActionListener(new BtListener(); c.add(button, BorderLayout.SOUTH); desktopPane = new JDesktopPane(); /创建 DesktopPane c.add(desktopPane); this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); this.setLocationRelativeTo(null); this.setSize(400,400); this.show(); /事件监听
16、器 class BtListener implements ActionListener public void actionPerformed(ActionEvent e) if(iFrame!=null) 9desktopPane.remove(iFrame); iFrame=SubFrame.getFrame(); desktopPane.add(iFrame); public static void main(String args) new MainClass(); SubFrame 类是 JInternalFrame 类的子类，在 SubFrame 类中定义了一个静态的 SubFr
17、ame 类型的实例变量，在静态工厂方法 getFrame()中创建了 SubFrame 对象并将其返回。在 MainClass 类中使用了该单例类，确保子窗口在当前应用程序中只有唯一一个实例，即只能弹出一个子窗口。 实验 2 1. 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。试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
18、 QuickSort 和类 BinarySearch 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，使用对象适配器实现）参考答案： OperationAdapter- sortObjsearchObjQuickSort: BinarySearch+OperationAdapter (QuickSort sortObj,BinarySearch searchObj)sort (int array)search (int array, int key): int: intDataOperation+ sort (int array)searc
19、h (int array, int key)int: intQuickSort+quickSort (int array)sort (int array, int p, int r)partition (int a, int p, int r)swap (int a, int i, int j) int:void:int:void:BinarySearch+ binarySearch (int array, int key): intClient2. 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
20、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？绘制类图并编程模拟实现。 10参考答案： 可使用适配器模式和抽象工厂模式，参考类图如下所示： MediaPlayerWindowMainWindowMediaPlayerFactory+ createMainWindow ()createPlayerList ()MainWindow:PlayerList:PlayerFactory+ createMainWindow ()createPlayerList (): MainWindow: PlayerListClientClassRealPlaye
21、rFactory+ createMainWindow ()createPlayerList ()MainWindow: PlayerListRealPlayerWindowMediaPlayerListPlayerListRealPlayerListMediaPlayerAPI RealPlayerAPI在该类图中，为两种不同的播放器提供了两个具体工厂类 MediaPlayerFactory 和RealPlayerFactory，其中 MediaPlayerFactory 作为 Windows Media Player 播放器工厂，可以创建 Windows Media Player 的主窗口(
22、MediaPlayerWindow)和播放列表(MediaPlayerList)（为了简化类图，只列出主窗口和播放列表这两个播放器组成元素，实际情况下包含更多组成元素） ； RealPlayerFactory 作为 RealPlayer 播放器工厂，创建 RealPlayer 的主窗口 (RealPlayerWindow)和播放列表(RealPlayerList)，此时可以使用抽象工厂模式，客户端针对抽象工厂 PlayerFactory 编程，如果增加新的播放器，只需增加一个新的具体工厂来生产新产品族中的产品即可。由于需要调用现有 API 中的方法，因此还需要使用适配器模式，在具体产品类如 MediaPlayerWindow 和 MediaPlayerList 调用 Windows Media Player API 中的方法，在 RealPlayerWindow 和 RealPlayerList 中调用 RealPlayer API 中的方法，实现对 API 中方法的适配，此时具体产品如 MediaPlayerWindow、RealPlayerWindow 等充当适配器，而已有的 API 如 MediaPlayerAPI 和 RealPlayerAPI 是需要适配的适配者。
