《软件体系结构》 实验报告 项目名称 专业班级 学 号 姓 名 实验成绩： 批阅教师： 年 月 日 |
实验2 设计模式实验一
实验学时： 4
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．熟练使用PowerDesigner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、单例模式、适配器模式、组合模
式、外观模式和代理模式，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，fill()方法用于给图形设置填充颜，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(GifReader)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）
7. 现有一个接口DataOperation定义了排序方法sort(int[]) 和查方法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，使用对象适配器实现）
8. 使用组合模式设计一个杀毒软件(AntiVirus)的框架，该软件既可以对某个文件夹(Folder)杀毒，也可以对某个指定的文件(File)进行杀毒，文件种类包括文本文件TextFile、图片文件ImageFile、视频文件VideoFile。绘制类图并编程模拟实现。
9. 某软件公司为新开发的智能手机控制与管理软件提供了一键备份功能，通过该功能可以将原本存储在手机中的通信录、短信、照片、歌曲等资料一次性全部拷贝到移动存储介质（例如MMC卡或SD卡）中。在实现过程中需要与多个已有的类进行交互，例如通讯录管理类、短信管理类等，为了降低系统的耦合度，试使用外观模式来设计并编程模拟实现该一键备份功能。
10. 某信息系统需要提供一个数据处理和报表显示模块，该模块可以读取不同类型的文件中的数据并将数据转换成XML格式，然后对数据进行统计分析，最后以报表方式来显示数据。由于该过程需要涉及到多个类，试使用外观模式设计该数据处理和报表显示模块。考虑到有些文件本身已经是XML格式，无须进行格式转换，为了让系统具有更好的扩展性，在系统设计中可以引入抽象外观类。
11. 在某应用软件中需要记录业务方法的调用日志，在不修改现有业务类的基础上为每一个类提供一个日志记录代理类，在代理类中输出日志，例如在业务方法method()调用之前输出“方法method()被调用，调用时间为2014-11-5 10:10:10”，调用之后如果没有抛异常则输出“方法method()调用成功”，否则输出“方法method()调用失败”。在代理类中调用真实业务类的业务方法，使用代理模式设计该日志记录模块的结构，绘制类图并编程模拟实现。
12. 某软件公司承接了某信息咨询公司的收费商务信息查询系统的开发任务，该系统的基本需求如下：
(1) 在进行商务信息查询之前用户需要通过身份验证，只有合法用户才能够使用该查询系统；
(2) 在进行商务信息查询时系统需要记录查询日志，以便根据查询次数收取查询费用。
该软件公司开发人员已完成了商务信息查询模块的开发任务，现希望能够以一种松耦合的方式向原有系统增加身份验证和日志记录功能，客户端代码可以无区别地对待原始的商务信息查询模块和增加新功能之后的商务信息查询模块，而且可能在将来还要在该信息查询模块中增加一些新的功能。
试使用代理模式设计并编程模拟实现该收费商务信息查询系统。【提示：使用保护代理和智能引用代理】
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、单例模式、适配器模式、组合模式、外观模式和代理模式的模式结构图；
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、单例模式、适配器模式、组合模式、外观模式和代理模式实例，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
单例模式的几种实现方式现该模式实例；
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。
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