《設計模式》實驗指導書

1、設計模式實驗指導書軟件學院前 言隨著面向對象技術的發(fā)展和廣泛的應用，設計模式已成為面向對象開發(fā)人員的必備技能之一。無論是面向對象的初學者還是具有一定開發(fā)經(jīng)驗的程序員，都可以通過對設計模式的學習和應用加深對面向對象思想的理解，開發(fā)出具有更好的可擴展性和復用性的軟件。本實驗指導書通過項目實例讓學生加深對設計模式的理解，在學習設計模式的同時掌握如何在實際軟件開發(fā)中運用模式，強化對設計模式的理解和掌握。實驗一：創(chuàng)建型模式設計一、實驗目的1、以本實驗指導中給定的實驗 模式為實驗實例，掌握五類“創(chuàng)建型模式”的工作原理和應用環(huán)境。2、掌握工廠方法模式（Factory Method）、抽象工廠模式（Abstr

2、act Factory）、建造者模式（Builder）、原型模式（Prototype）、單例模式（Singleton）等五類“創(chuàng)建型模式”的實驗過程。二、實驗原理1、創(chuàng)建型模式的工作原理創(chuàng)建型模式隱藏了類的實例的創(chuàng)建細節(jié)，通過隱藏對象如何被創(chuàng)建和組合在一起達到使整個系統(tǒng)獨立的目的。 創(chuàng)建型模式分為：工廠方法模式（Factory Method）、抽象工廠模式（Abstract Factory）、建造者模式（Builder）、原型模式（Prototype）、單例模式（Singleton）等五類。2、Factory Method 模式的工作原理工廠方法模式(Factory Method Patter

3、n)：也叫虛擬構造器(Virtual Constructor)模式或者多態(tài)工廠(Polymorphic Factory)模式，在工廠方法模式中，工廠父類負責定義創(chuàng)建產(chǎn)品對象的公共接口，而工廠子類則負責生成具體的產(chǎn)品對象，這樣做的目的是將產(chǎn)品類的實例化操作延遲到工廠子類中完成。它的 UML 類圖如下：工廠方法模式包含如下角色：ü Product：抽象產(chǎn)品ü ConcreteProduct：具體產(chǎn)品ü Creator：抽象工廠ü Concrete Creator：具體工廠Factory Method 模式的特點為當系統(tǒng)擴展需要添加新的產(chǎn)品對象時，僅僅需要添加

4、一個 具體產(chǎn)品對象以及一個具體工廠對象，原有工廠對象不需要進行任何修改，也不需要修改客戶端，很好地符合了“開閉原則” 。3、抽象工廠模式（Abstract Factory）、建造者模式（Builder）、原型模式（Prototype）、單例模式（Singleton）的工作原理應通過教材復習。三、實驗內容1. 某系統(tǒng)提供一個簡單計算器，具有簡單的加、減、乘、除法的功能，系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的選擇實例化相應的操作類?，F(xiàn)使用簡單工廠模式設計該系統(tǒng)。類圖如下： 2、對于上述問題修改為工廠方法模式，給定的類圖如下所示：3、某系統(tǒng)為了改進數(shù)據(jù)庫操作的性能，自定義數(shù)據(jù)庫連接對象Connection和語句對象St

5、atement，可針對不同類型的數(shù)據(jù)庫提供不同的連接對象和語句對象，如提供Oracle或SQL Server專用連接類和語句類，而且用戶可以通過主函數(shù)方式根據(jù)實際需要動態(tài)更換系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。使用抽象工廠模式設計該系統(tǒng)。四、實驗要求所設計的實驗程序要滿足以下兩點：1）體現(xiàn)“創(chuàng)建型模式”的工作原理；2）符合面向對象的七條設計原則。五、實驗步驟1、根據(jù)類圖寫出“三個實驗內容”的源代碼（代碼參照教材P48，實驗報告中寫出主要的幾個類）。2、上機測試程序，寫出運行結果。實驗二：結構型模式設計一、實驗目的1、以設計適配器模式(Adapter)為實驗實例，掌握“結構型模式”的工作原理、應用環(huán)境和應用方法。2、掌

6、握適配器模 式(Adapter)、橋接模式(Bridge)、組合模式(Composite) 、裝飾模式(Decorator)、外觀模式(Facade) 、享元模式(Flyweight) 、代理模式(Proxy 等七類“結構型模式”的實驗過程。二、實驗原理1、結構型模式的工作原理結構型模式(Structural Pattern)描述如何將類或者對象結合在一起形成更大的結構，就像搭積木，可以通過簡單積木的組合形成復雜的、功能更為強大的結構。結構型模式可以分為類結構型模式和對象結構型模式。 也可分為：適配器模式(Adapter)、橋接模式(Bridge)、組合模式(Composite) 、裝飾模式(

7、Decorator)、外觀模式(Facade) 、享元模式(Flyweight) 、代理模式(Proxy)等七類。2、Adapter 模式的工作原理適配器模式(Adapter Pattern) ：將一個接口轉換成客戶希望的另一個接口，適配器模式使接口不兼容的那些類可以一起工作，其別名為包裝器(Wrapper)。UML 類圖如下：適配器模式包含如下角色：Target： 目標抽象類Adapter：適配器類Adaptee：適配者類3、橋接模式(Bridge)、組合模式(Composite) 、裝飾模式(Decorator)、外觀模式(Facade) 、享元模式(Flyweight) 、代理模式(Pr

8、oxy)的工作原理可仔細復習教材。三、實驗內容1、適配器模式：現(xiàn)有一個接口DataOperation定義了排序方法sort（int ）和查找方法search（int ， int ），已知類QuickSort的quickSort（int ）方法實現(xiàn)了快速排序算法，類BinarySearch 的 binarySearch（int ， int ）方法實現(xiàn)了二分查找算法?，F(xiàn)使用適配器模式設計一個系統(tǒng)，在不修改源代碼的情況下將類QuickSort和類BinarySearch的方法適配到DataOperation接口中。編程實現(xiàn)。2、某公司欲開發(fā)一套手機來電提示程序，在最簡單的版本中，手機在接收到來電時會

9、發(fā)出聲音來提醒用戶；在振動版本中，除了聲音外，在來電時手機還能產(chǎn)生振動；在更高級的版本中，手機不僅能夠產(chǎn)生發(fā)聲和產(chǎn)生振動，而且還會有燈光閃爍提示，現(xiàn)采用裝飾設計模式來設計，得到如圖的類圖。四、實驗要求所設計的實驗程序要滿足以下兩點：1）體現(xiàn)“創(chuàng)建型模式”的工作原理；2）符合面向對象的七條設計原則。五、實驗步驟1、根據(jù)類圖寫出“三個實驗內容”的源代碼（代碼參照教材P48，實驗報告中寫出主要的幾個類）。2、上機測試程序，寫出運行結果。實驗三：行為型模式設計（1）一、實驗目的1、以設計職責鏈模式(Chain of Responsibility)為實驗實例，掌握“行為型模式”的工作原理、應用環(huán)境和應用

10、方法。2、 掌 握 職 責 鏈 模 式 (Chain of Responsibility)、 命 令 模 式 (Command) 、 解 釋 器 模 式(Interpreter)、迭代器模式(Iterator)、中介者模式(Mediator)、備忘錄模式(Memento)、觀察者模式(Observer)、狀態(tài)模式(State)、策略模式(Strategy)、模板方法模式(Template Method)、訪問者模式(Visitor)等十一類“行為型模式”的實驗過程。二、實驗原理1、行為型模式的工作原理行為型模式(Behavioral Pattern)是對在不同的對象之間劃分責任和算法的抽象化。

11、行為型模式分為：類行為型模式和對象行為型模式兩種。其中，類的行為型模式使用繼承關系在幾個類之間分配行為，類行為型模式主要通過多態(tài)等方式來分配父類與子類的職責；對象的行為型模式則使用對象的聚合關聯(lián)關系來分配行為，對象行為型模式主要是通過對象關聯(lián)等方 式 來 分 配 兩 個 或 多 個 類 的 職 責 。 行 為 型 模 式 也 可 以 分 為 ： 職 責 鏈 模 式 (Chain of Responsibility)、命令模式(Command)、解釋器模式(Interpreter)、迭代器模式(Iterator)、中介者模式(Mediator)、備忘錄模式(Memento)、觀察者模式(Obse

12、rver)、狀態(tài)模式(State)、策略模式(Strategy)、模板方法模式(Template Method)、訪問者模式(Visitor)等十一類。2、Chain of Responsibility 模式的工作原理職責鏈模式(Chain of Responsibility)：為了避免將請求發(fā)送者與接收者耦合在一起，讓多個對象都有可能接收請求，將這些對象連接成一條鏈，并且沿著這條鏈傳遞請求，直到有對象處理它為止。職責鏈模式的 UML 類圖如下：職責鏈模式包含如下角色：Handler: 抽象處理者ConcreteHandler: 具體處理者3、命令模式(Command)、解釋器模式(Inter

13、preter)、迭代器模式(Iterator)、中介者模式(Mediator)、備忘 錄模式(Memento)、 觀察者模 式(Observer)、狀 態(tài)模式(State)、策 略模式(Strategy)、模板方法模式(Template Method)、訪問者模式(Visitor)的工作原理請認真復習教材。三、實驗內容1、已知某企業(yè)的采購審批是分級進行的，即根據(jù)采購金額的不同由不同層次的主管人員來審批，主任可以審批5萬元以下的（不包括5萬元）的采購單，副董事長可以審批5萬元至10萬元（不包括10萬元）的采購單，董事長可以審批10萬元至50萬元（不包括50萬元）的采購單，50萬元及以上的采購單就

14、需要開會討論決定。使用職責鏈模式模擬該審批過程。2、某電影院售票系統(tǒng)為不同類型的用戶提供了不同的打折方式（Discount），學生憑學生證課享受8折優(yōu)惠（StudentDiscount），兒童可享受減免10元的優(yōu)惠（ChildrenDiscount），VIP用戶除享受半價優(yōu)惠還可以進行積分(VIPDiscount)。使用策略模式設計該系統(tǒng)。3、某在線股票軟件需要提供如下功能：當股票購買者所購買的某支股票價格變化幅度達到5%時，系統(tǒng)將自動發(fā)送通知（包括新價格）給購買該股票的股民?，F(xiàn)使用觀察者模式設計該系統(tǒng)。四、實驗要求所設計的實驗程序要滿足以下兩點：1）體現(xiàn)“創(chuàng)建型模式”的工作原理；2）符合面向

15、對象的七條設計原則。五、實驗步驟1、根據(jù)類圖寫出“三個實驗內容”的源代碼（代碼參照教材P48，實驗報告中寫出主要的幾個類）。2、上機測試程序，寫出運行結果。四、實驗要求所設計的實驗程序要滿足以下兩點：1）體現(xiàn)“創(chuàng)建型模式”的工作原理；2）符合面向對象的七條設計原則。五、實驗步驟1、根據(jù)類圖寫出“三個實驗內容”的源代碼（代碼參照教材P48，實驗報告中寫出主要的幾個類）。2、上機測試程序，寫出運行結果。實驗四：綜合型模式設計一、實驗目的1、以設計工廠策略模式為實驗實例，掌握“混合設計模式”的工作原理、應用環(huán)境和應用方法。2、 掌 握命令鏈模式、工廠策略模式、觀察中介者模式、規(guī)格模式等“混合設計模式

16、”的實驗過程。二、實驗內容1、以工廠策略模式來設計假設一個大學實行特困生資助計劃，該計劃以保障特困生吃飯為首要目的，還會額外發(fā)放零用錢。具體會向特困生發(fā)一張飯卡，里面有兩部分資金，一部分是固定消費，必須用于食堂吃飯，另一部分金額是零用錢，可以吃飯，也可以提現(xiàn)。以工廠策略模式來設計。三、實驗原理(1)一張IC卡綁定兩個賬戶：固定賬戶和自由賬戶。(2)兩套交易扣款策略： n 固定消費場所下的消費是從IC卡中固定賬戶金額中扣除，當固定金額不夠時，差額再從自由賬戶中扣除。n 非固定消費場所下的消費都從IC卡中自由賬戶金額中扣除。工廠策略模式的 UML 類圖如下：(3)IC卡交易扣款系統(tǒng)使用了以下幾個模式 ：n 策略模式：負責對扣款策略進行封裝，保證兩個策略可以自由切換，也便于對扣款策略進行擴展。例如，增加一個新的扣款策略，只需三步就可以完成，先定義一個實現(xiàn)IDeduction接口的策略類，再在策略枚舉StrategyMan中增加一個枚舉項，最后在封裝類DeductionFac