中南大学软件学院软件体系结构实验报告-实验3汇总

实验3 设计模式实验二实验学时： 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结构型设计模式和行为型设计模式，包括外观模式、代理模式、职责链模式、命令模式、观察者模式和策略模式，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. 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。

2. 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。

3. 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2016-11-5 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。

4. 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】5. 某企业的SCM(Supply Chain Management，供应链管理)系统中包含一个采购审批子系统。

该企业的采购审批是分级进行的，即根据采购金额的不同由不同层次的主管人员来审批，主任可以审批5万元以下（不包括5万元）的采购单，副董事长可以审批5万元至10万元（不包括10万元）的采购单，董事长可以审批10万元至50万元（不包括50万元）的采购单，50万元及以上的采购单就需要开董事会讨论决定。

如下图所示：采购人员主任副董事长董事长董事会金额＜5万元5万元≤金额＜10万元10万元≤金额＜50万元金额≥50万元试使用职责链模式设计并模拟实现该系统。

6. 房间中的开关是命令模式的一个实例，现用命令模式来模拟开关的功能，可控制对象包括电灯和电风扇，绘制相应的类图并编程模拟实现。

7. 某软件公司欲开发一个基于Windows平台的公告板系统。

系统提供一个主菜单(Menu)，在主菜单中包含了一些菜单项(MenuItem)，可以通过Menu类的addMenuItem()方法增加菜单项。

菜单项的主要方法是click()，每一个菜单项包含一个抽象命令类，具体命令类包括OpenCommand(打开命令)，CreateCommand(新建命令)，EditCommand(编辑命令)等，命令类具有一个execute()方法，用于调用公告板系统界面类(BoardScreen)的open()、create()、edit()等方法。

现使用命令模式设计该系统，使得MenuItem类与BoardScreen类的耦合度降低，绘制类图并编程实现。

8. 某实时在线股票软件需要提供如下功能：当股票购买者所购买的某支股票价格变化幅度达到5%时，系统将自动发送通知（包括新价格）给购买该股票的所有股民。

试使用观察者模式设计并实现该系统，要求绘制相应的类图并编程模拟实现。

9. 某公司欲开发一套机房监控系统，如果机房达到某一指定温度，温度传感器(Thermosensor)将自动传递信号给各种响应设备，例如警示灯(CautionLight)将闪烁(flicker())、报警器(Annunciator)将发出警报(alarm())、安全逃生门(SecurityDoor)将自动开启(open())、隔热门(InsulatedDoor)将自动关闭(close())等，每一种响应设备的行为由专门的程序来控制。

为了将来能够方便地引入新类型的响应设备，采用观察者模式和适配器模式设计并模拟实现该系统。

10. 某软件公司为某电影院开发了一套影院售票系统，在该系统中需要为不同类型的用户提供不同的电影票(MovieTicket)打折(Discount)方式，具体打折方案如下：(1) 学生凭学生证可享受票价8折优惠；(2) 年龄在10周岁及以下的儿童可享受每张票减免10元的优惠（原始票价需大于等于20元）；(3) 影院VIP用户除享受票价半价优惠外还可进行积分，积分累计到一定额度可换取电影院赠送的奖品。

该系统在将来可能还要根据需要引入新的打折方式。

试使用策略模式设计并编程模拟实现该影院售票系统。

11. 为了实现一些特殊的显示效果，某公司欲开发一款手机数码照片处理软件，在该软件中为照片(Photograph)提供了多种滤镜(Filter)效果，例如黑白滤镜(BlackWhiteFilter)、单色滤镜(MonochromaticFilter)、怀旧滤镜(NostalgicFilter)等，不同的滤镜通过不同的算法对照片进行美化，如下图所示。

该软件可以灵活地增加一些新的滤镜效果。

选择一种合适的设计模式来设计该照片处理软件，结合场景绘制相应的类图并编程模拟实现。

三、实验要求1. 结合实例，正确无误地绘制外观模式、代理模式、职责链模式、命令模式、观察者模式和策略模式的模式结构图；2. 使用任意一种面向对象编程语言实现外观模式、代理模式、职责链模式、命令模式、观察者模式和策略模式实例，代码运行正确无误。

四、实验步骤1. 结合实例，使用PowerDesigner绘制外观模式实例结构图并用面向对象编程语言实现该模式实例；2. 结合实例，使用PowerDesigner绘制代理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. 结合实例，使用PowerDesigner绘制职责链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绘制命令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绘制观察者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绘制策略模式实例结构图并用面向对象编程语言实现该模式实例。

五、实验结果1. 类图：实现代码：}}public class PhoneManage {public void backup(){System.out.println("通讯录备份");}}public class Facade {private MessageManage messageManage=new MessageManage();private PhoneManage phoneManage=new PhoneManage();public boolean backup(){messageManage.backup();phoneManage.backup();return true;}}public class Client {public static void main(String[] args){Facade facade=new Facade();if(facade.backup()){System.out.println("备份成功");}}}2. 类图：实现代码：abstract public class AbstractFacade {abstract public boolean process(String filename); }public class TranslateFile {public String translateFile(String name){return name+".xml";}}public class HandleData {public String handleData(String filename){return filename+"处理后的数据";}}public class ShowTable {public boolean showTable(String data){System.out.println(data+"显示报表");return true;}}public class XMLFileFacade extends AbstractFacade { HandleData handleData=new HandleData();ShowTable showTable=new ShowTable();@Overridepublic boolean process(String filename) {return showTable.showTable(handleData.handleData(filename));}}public class NormalFileFacade extends AbstractFacade {HandleData handleData=new HandleData();ShowTable showTable=new ShowTable();TranslateFile translateFile=new TranslateFile();@Overridepublic boolean process(String filename) {returnshowTable.showTable(handleData.handleData(translateFile.translateFile(filename)));}}public class Client {public static void main(String[] args){AbstractFacade xmlFacade=new XMLFileFacade();AbstractFacade normalFacade=new NormalFileFacade();xmlFacade.process("1.xml");System.out.println("-------------");normalFacade.process("2.data");}}3. 类图：实现代码：public interface Bussiness {boolean method();}public class LogHandler implements InvocationHandler {private Object objectProxied;public LogHandler(Object o){objectProxied=o;}private void before(){System.out.println("方法method()被调用，调用时间为"+new Date().toString());}private void after(){System.out.println("方法method()调用成功");}@Overridepublic Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable { before();Object result=null;try {result= method.invoke(objectProxied,args);}catch (Exception e){System.out.println("方法method()调用失败");e.printStackTrace();}after();return result;}}public class RealSubject implements Bussiness {@Overridepublic boolean method() {System.out.println("正在执行业务方法");return true;}}public class Client {public static void main(String[] args){Bussiness bussiness=new RealSubject();LogHandler logHandler=new LogHandler(bussiness);4. 类图：实现代码：public interface InfoSearch {String search(String password);}public class InfoSearchImpl implements InfoSearch { @Overridepublic String search(String password) {return "这是查到的信息";}}public class Proxy implements InfoSearch {InfoSearchImpl infoSearch=new InfoSearchImpl();public Proxy(){}private boolean validate(String password) {if (password.equals("设计模式"))return true;elsereturn false;}@Overridepublic String search(String password) {if (validate(password)) {log();return infoSearch.search(password);} else {return "身份验证失败";}}private void log() {System.out.println("记录查询日志，时间：" + new Date().toString());}}public class Client {public static void main(String[] args){InfoSearch infoSearch= (InfoSearch) XMLUtil.get("proxy");System.out.println(infoSearch.search("设计模式"));System.out.println("--------------");System.out.println(infoSearch.search("体系结构"));}}public class XMLUtil {public static Object get(String name){try {//创建文档对象DocumentBuilderFactory builderFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();DocumentBuilder builder = builderFactory.newDocumentBuilder();Document document = builder.parse(new File("config.xml"));NodeList nodeList = document.getElementsByTagName(name);Node node = nodeList.item(0).getFirstChild();String className = node.getNodeValue().trim();Class c=Class.forName(className);Object o=c.newInstance();return o;} catch (Exception e) {e.printStackTrace();5. 类图：实现代码：abstract public class Handler {Handler successor;abstract boolean shenpi(int num);void setSuccessor(Handler successor){this.successor=successor;}}public class Zhuren extends Handler{@Overrideboolean shenpi(int num) {if(num<50_000){System.out.println("主任审批成功");return true;}else{return successor.shenpi(num);}}}public class VicePresident extends Handler {@Overrideboolean shenpi(int num) {if(num<100_000){System.out.println("副董事长审批成功");return true;}else{return successor.shenpi(num);}}}public class President extends Handler {@Overrideboolean shenpi(int num) {if(num<500_000){System.out.println("董事长审批成功");return true;}else{return successor.shenpi(num);}}}public class PresidentParty extends Handler {@Overrideboolean shenpi(int num) {System.out.println("董事会讨论。