实验指导书设计模式.doc

《Java
设计模式》实验指导书

主讲教师：孙晓飞

枣庄学院信息科学与工程学院

目录
实验一 “创建型模式”的应用 1
实验二 “结构型模式”的应用 3
实验三 “行为型模式”（1）的应用 5
实验四 “行为型模式”（2）的应用 7
实验五 混合设计模式 9

实验一“创建型模式”的应用
一、实验目的
1、以本实验指导中的FactoryMethod模式为实验实例，掌握五类“创建型模式”的工作
原理和应用环境。
2、掌握工厂方法模式（FactoryMethod）、抽象工厂模式（AbstractFactory）、建造者模
式（Builder）、原型模式（Prototype）、单例模式（Singleton）等五类“创建型模式”的实验
过程。
二、实验原理
1、创建型模式的工作原理
创建型模式隐藏了类的实例的创建细节，通过隐藏对象如何被创建和组合在一起达成使
整个系统独立的目的。创建型模式分为：工厂方法模式（FactoryMethod）、抽象工厂模式
（AbstractFactory）、建造者模式（Builder）、原型模式（Prototype）、单例模式（Singleton）
等五类。
2、FactoryMethod模式的工作原理
工厂方法模式(FactoryMethodPattern)：也叫虚拟构造器(VirtualConstructor)模式或者多
态工厂(PolymorphicFactory)模式，在工厂方法模式中，工厂父类负责定义创建产品对象的
公共接口，而工厂子类则负责生成具体的产品对象，这样做的目的是将产品类的实例化操作
延迟到工厂子类中完毕。它的UML类图如下：

工厂方法模式包含如下角色：
ü Product：抽象产品
ü ConcreteProduct：具体产品
ü Creator：抽象工厂
ü ConcreteCreator：具体工厂
FactoryMethod模式的特点为当系统扩展需要添加新的产品对象时，仅仅需要添加一个
具体产品对象以及一个具体工厂对象，原有工厂对象不需要进行任何修改，也不需要修改客
户端，很好地符合了“开闭原则”。
3、抽象工厂模式（AbstractFactory）、建造者模式（Builder）、原型模式（Prototype）、
单例模式（Singleton）的工作原理应通过教材复习。
三、实验内容
用FactoryMethod模式设计一个饮料工厂的模拟程序：
规定为每种品牌的饮料提供一个子工厂，如：芒果汁工厂专门负责生产芒果汁，苹果汁工厂专门负责生产苹果汁，假如需要生产桃子汁或菠萝汁，只需要相应增长一个新的桃子汁工厂或菠萝汁工厂即可，原有的工厂无须做任何修改，使得整个系统具有更加的灵活性和可扩展性。
四、实验规定
所设计的实验程序要满足以下两点：1）体现“创建型模式”的工作原理；2）符合面向
对象的七条设计原则。
五、实验环节
1、设计“饮料工厂”的类图。参考教材P48完毕类图。
2、根据类图写出“饮料工厂”的源代码（代码参照教材P48，实验报告中写出重要的几个类）。
3、上机测试程序，写出运营结果。
六、实验小结
整理实验结果，小结实验心得体会。
实验二“结构型模式”的应用
一、实验目的
1、以设计适配器模式(Adapter)为实验实例，掌握“结构型模式”的工作原理、应用环
境和应用方法。
2、掌握适配器模式(Adapter)、桥接模式(Bridge)、组合模式(Composite)、装饰模式
(Decorator)、外观模式(Facade)、享元模式(Flyweight)、代理模式(Proxy等七类“结构型模式”的实验过程。
二、实验原理
1、结构型模式的工作原理
结构型模式(StructuralPattern)描述如何将类或者对象结合在一起形成更大的结构，就像
搭积木，可以通过简朴积木的组合形成复杂的、功能更为强大的结构。结构型模式可以分为
类结构型模式和对象结构型模式。也可分为：适配器模式(Adapter)、桥接模式(Bridge)、组
合模式(Composite)、装饰模式(Decorator)、外观模式(Facade)、享元模式(Flyweight)、代
理模式(Proxy)等七类。
2、Adapter模式的工作原理
适配器模式(AdapterPattern)：将一个接口转换成客户希望的另一个接口，适配器模式
使接口不兼容的那些类可以一起工作，其别名为包装器(Wrapper)。
UML类图如下：

适配器模式包含如下角色：
Target：目的抽象类
Adapter：适配器类
Adaptee：适配者类
3、桥接模式(Bridge)、组合模式(Composite)、装饰模式(Decorator)、外观模式(Facade)、
享元模式(Flyweight)、代理模式(Proxy)的工作原理可仔细复习教材。
三、实验内容
1、用Adapter模式模拟一个厨师不断提高自己的过程
规定：一个人最初是一个面点师，后来他学习了川菜，又成了川菜师。以适配器模式为进行系统设计。
四、实验规定
所设计的实验程序要满足以下两点：1）体现“结构型模式”的工作原理；2）符合面向
对象的六条设计原则。
五、实验环节
1、设计“进步的厨师”的类图。
2、根据类图写出“进步的厨师”的源代码（实验报告中写出重要的几个类）。
3、上机测试程序，调试出对的结果。
六、实验小结
整理实验结果，小结实验心得体会。
实验三“行为型模式”（1）的应用
一、实验目的
1、以设计职责链模式(ChainofResponsibility)为实验实例，掌握“行为型模式”的工作
原理、应用环境和应用方法。
2、掌握职责链模式(ChainofResponsibility)、命令模式(Command)、解释器模式(Interpreter)、迭代器模式(Iterator)、中介者模式(Mediator)、备忘录模式(Memento)、观测者模式(Observer)、状态模式(State)、策略模式(Strategy)、模板方法模式(TemplateMethod)、访问者模式(Visitor)等十一类“行为型模式”的实验过程。
二、实验原理
1、行为型模式的工作原理
行为型模式(BehavioralPattern)是对在不同的对象之间划分责任和算法的抽象化。行为
型模式分为：类行为型模式和对象行为型模式两种。其中，类的行为型模式使用继承关系在
几个类之间分派行为，类行为型模式重要通过多态等方式来分派父类与子类的职责；对象的
行为型模式则使用对象的聚合关联关系来分派行为，对象行为型模式重要是通过对象关联等
方式来分派两个或多个类的职责。行为型模式也可以分为：职责链模式(ChainofResponsibility)、命令模式(Command)、解释器模式(Interpreter)、迭代器模式(Iterator)、中介者模式(Mediator)、备忘录模式(Memento)、观测者模式(Observer)、状态模式(State)、策略模式(Strategy)、模板方法模式(TemplateMethod)、访问者模式(Visitor)等十一类。
2、ChainofResponsibility模式的工作原理
职责链模式(ChainofResponsibility)：为了避免将请求发送者与接受者耦合在一起，让
多个对象都有也许接受请求，将这些对象连接成一条链，并且沿着这条链传递请求，直到有
对象解决它为止。
职责链模式的UML类图如下：

职责链模式包含如下角色：
Handler:抽象解决者
ConcreteHandler:具体解决者
3、命令模式(Command)、解释器模式(Interpreter)、迭代器模式(Iterator)、中介者模式
(Mediator)、备忘录模式(Memento)、观测者模式(Observer)、状态模式(State)、策略模式(Strategy)、模板方法模式(TemplateMethod)、访问者模式(Visitor)的工作原理请认真复习教材。
三、实验内容
1、用职责链模式设计俄罗斯轮盘赌的模拟程序
写程序模拟：影视中残酷的俄罗斯轮盘赌，即一把左轮手枪装上1颗子弹，转一下弹轮，使所有人都不知道是第几个弾巢里有子弹，然后让战俘用这把枪轮流朝自己开枪，晦气的将被打死。由于只有一颗子弹，所以战俘们知道只有一个人死，会乖乖的玩这个游戏。这就像笼子里抓猴子同样的心理状态，每个猴子都不希望自己被抓出去杀掉，希望别的猴子先被抓出去代替自己。希望通过这个程序的设计，提高大家保护动物、爱惜美好生活的意识。规定以责任链模式来设计。
四、实验规定
所设计的实验程序要满足以下两点：1）体现“行为型模式”的工作原理；2）符合面向
对象的七条设计原则。
五、实验环节
1、设计“俄罗斯轮盘赌”的类图。
2、根据类图写出“俄罗斯轮盘赌”的源代码（实验报告中写出重要的几个类）。
3、上机测试程序，调试出对的结果。
六、实验小结
整理实验结果，小结实验心得体会。
实验四“行为型模式”（2）的应用
一、实验目的
1、以设计中介者模式为实验实例，掌握“行为型模式”的工作原理、应用环境和应用方法。
2、掌握职责链模式(ChainofResponsibility)、命令模式(Command)、解释器模式(Interpreter)、迭代器模式(Iterator)、中介者模式(Mediator)、备忘录模式(Memento)、观测者模式(Observer)、状态模式(State)、策略模式(Strategy)、模板方法模式(TemplateMethod)、访问者模式(Visitor)等十一类“行为型模式”的实验过程。
二、实验原理
1、行为型模式的工作原理
行为型模式(BehavioralPattern)是对在不同的对象之间划分责任和算法的抽象化。行为
型模式分为：类行为型模式和对象行为型模式两种。其中，类的行为型模式使用继承关系在
几个类之间分派行为，类行为型模式重要通过多态等方式来分派父类与子类的职责；对象的
行为型模式则使用对象的聚合关联关系来分派行为，对象行为型模式重要是通过对象关联等
方式来分派两个或多个类的职责。行为型模式也可以分为：职责链模式(ChainofResponsibility)、命令模式(Command)、解释器模式(Interpreter)、迭代器模式(Iterator)、中介者模式(Mediator)、备忘录模式(Memento)、观测者模式(Observer)、状态模式(State)、策略模式(Strategy)、模板方法模式(TemplateMethod)、访问者模式(Visitor)等十一类。
2、中介者模式的工作原理
用一个中介对象封装一系列对象（同事）的交互，中介者使各对象不需要显式的互相作用，从而使其耦合松散，并且可以独立的改变它们之间的交互。
中介者模式的UML类图如下：

中介者模式包含如下角色：
抽象中介者（Mediator）角色
具体中介者（ConcreteMediator）角色
抽象同事（Colleague）角色
具体同事（ConcreteColleague）角色
3、命令模式(Command)、解释器模式(Interpreter)、迭代器模式(Iterator)、备忘录模式(Memento)、观测者模式(Observer)、状态模式(State)、策略模式(Strategy)、模板方法模式(TemplateMethod)、访问者模式(Visitor)的工作原理请认真复习教材。
三、实验内容
1、用中介者模式设计房屋租赁中介的模拟程序
模拟如下规定：租房者和出租者都通过房屋中介来互相选择，将他们的规定简化为每间房多少钱。以设计中介者模式来设计。
四、实验规定
所设计的实验程序要满足以下两点：1）体现“行为型模式”的工作原理；2）符合面向
对象的六条设计原则。
五、实验环节
1、设计“房屋租赁中介”的类图。
2、根据类图写出“房屋租赁中介”的源代码（实验报告中写出重要的几个类）。
3、上机测试程序，调试出对的结果。
六、实验小结
整理实验结果，小结实验心得体会。
实验五混合设计模式
一、实验目的
1、以设计工厂策略模式为实验实例，掌握“混合设计模式”的工作原理、应用环境和应用方法。
2、掌握命令链模式、工厂策略模式、观测中介者模式、规格模式等“混合设计模式”的实验过程。
二、实验内容
1、以工厂策略模式来设计
假设枣庄学院实行特困生资助计划，该计划以保障特困生吃饭为首要目的，还会额外发放零用钱。具体会向特困生发一张饭卡，里面有两部分资金，一部分是固定消费，必须用于食堂吃饭，另一部分金额是零用钱，可以吃饭，也可以提现。以工厂策略模式来设计。
三、实验原理
(1)一张IC卡绑定两个账户：固定账户和自由账户。
(2)两套交易扣款策略：
n 固定消费场合下的消费是从IC卡中固定账户金额中扣除，当固定金额不够时，差额再从自由账户中扣除。
n 非固定消费场合下的消费都从IC卡中自由账户金额中扣除。
工厂策略模式的UML类图如下：

(3)IC卡交易扣款系统使用了以下几个模式：
n 策略模式：负责对扣款策略进行封装，保证两个策略可以自由切换，也便于对扣款策略进行扩展。例如，增长一个新的扣款策略，只需三步就可以完毕，先定义一个实现IDeduction接口的策略类，再在策略枚举StrategyMan中增长一个枚举项，最后在封装类DeductionFacade的getDeductionType()方法中增长对扣款策略的运用。
n 工厂方法模式：由工厂方法模式直接产生一个具体策略对象，使其他模块无需依赖具体的策略。
n 门面模式：负责对复杂的扣款系统进行封装，避免高层模块进一步子系统内部细节，同时提高系统的高内聚、低耦合的特性。
四、实验规定
所设计的实验程序要满足以下两点：1）体现“行为型模式”的工作原理；2）符合面向
对象的七条设计原则。
五、实验环节
1、设计“IC卡交易扣款”的类图。
2、根据类图写出“特困生资助计划”的源代码（实验报告中写出重要的几个类）。
3、上机测试程序，调试出对的结果。
六、实验小结
整理实验结果，小结实验心得体会。