中南大学软件体系结构设计模式实验二
中南大学刘伟《设计模式》实验参考答案
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
4
return array[random()]; } //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[]) { Multiton m1,m2,m3,m4; m1 = Multiton.getInstance(); m2 = Multiton.getInstance(); m3 = Multiton.getInstance(); m4 = Multiton.getInstance();
2
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。
参考答案：
ImageReaderFactory
ImageReader
+ createImageReader () : ImageReader
《软件设计与体系结构》实验指导书
《软件设计与体系结构》实验指导书软件工程教研室前言软件设计与体系结构课程是计算机科学与技术专业（软件工程方向）的一门重要的专业课。
通过本课程的学习，使学生在已有的计算机软硬件基础知识、程序设计知识、数据库和计算机网络知识基础上，系统掌握软件设计的基本方法，并具有针对特定环境下的应用问题进行软件系统开发（包括系统分析，设计与实现）的能力。
通过学习本课程学生可以理解和掌握软件设计与体系结构的分析和设计方法，掌握面向对象系统分析和设计的UML标准建模语言，能够利用Rational Rose软件以某一信息系统为例进行系统分析和设计。
本实验主要包括：系统原理的基本概念、系统开发过程RUP、面向对象分析和面向对象设计的方法、面向对象分析和设计的UML标准建模语言等内容。
通过本课程的学习，学生掌握的知识、内容及掌握的程度要求为：1. 使学生理解面向对象的信息系统的开发过程、系统分析和设计的原则和方法；2. 使学生掌握UML语言的基础知识，以及UML在面向对象的软件系统分析和设计中的应用，并能使用UML工具建立系统模型；3. 使学生掌握在UML系统模型下应用高级语言建立应用系统的方法；4. 通过案例教学和实验，提高学生在应用面向对象技术开发软件方面的动手能力和解决问题的能力，并鼓励创新。
本实验所要求的建模工具为Rational Rose 7.5。
实验要求计算机软件建模技术现在越来越广泛的应用于软件工程、软件体系结构中。
本课程实验的目的是为了使学生在课程理论学习的同时，通过在一个实践的环境下，实际学习软件统一建模语言，对软件建模技术有一个初步的了解及认识。
通过本指导书中的各个实验，学习掌握对一般面向对象系统建模的方法与技术。
总之，通过实验环节，使学生加深了解和更好地掌握《软件设计与体系结构》课程教学大纲要求的内容。
在《软件设计与体系结构》的课程实验过程中，要求学生做到：（1）预习实验指导书有关部分，认真做好实验内容的准备，就实验可能出现的问题提前做出思考和分析。
中南大学刘伟《设计模式》实验参考答案
3
SkinFactory
+ createButton () : Button + createTextField () : TextField + createComboBox () : ComboBox
Client
SpringSkinFactory
SummerSkinFactory
+ createButton () : Button + createTextField () : TextField + createComboBox () : ComboBox
+ fill ()
: void
+ setSize () : void
+ display () : void
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()
ShapeFactory + createShape (String type) : Shape
Circle
Rectangle
Triangle
+ draw () : void + erase () : void
+ draw () : void + erase () : void
+ draw () : void + erase () : void
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。
中南大学软件体系结构实验3-创建型设计模式实验
实验3 创建型设计模式实验实验学时： 2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、抽象工厂模式和单例模式，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：Circle+ + + + +init ()setColor ()fill ()setSize ()display ()...: void: void: void: void: voidTriangle+++++init ()setColor ()fill ()setSize ()display ()...: void: void: void: void: voidRectangle+++++init ()setColor ()fill ()setSize ()display ()...: void: 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：①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；②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；③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。
中南大学软件体系结构UML实验
实验1 UML实验实验学时： 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. 学会安装和使用建模工具PowerDesigner，熟练使用PowerDesigner绘制常用的UML 图形，熟悉常用的UML符号；2. 构建用例模型来描述软件需求，包括绘制用例图，撰写用例文档并制作用例检查矩阵；3. 学习使用状态图描述对象的状态及转换；4. 学习使用活动图为业务流程建模；5. 学习使用顺序图描述对象之间的交互；6. 学习类图的绘制；7. 学习从系统需求中识别类，并构建相应的面向对象模型；8. 学习使用PowerDesigner实现正向工程和逆向工程。
二、实验内容1. 某酒店订房系统描述如下：(1) 顾客可以选择在线预订，也可以直接去酒店通过前台服务员预订；(2) 前台服务员可以利用系统直接在前台预订房间；(3) 不管采用哪种预订方式，都需要在预订时支付相应订金；(4) 前台预订可以通过现金或信用卡的形式进行订金支付，但是网上预订只能通过信用卡进行支付；(5) 利用信用卡进行支付时需要和信用卡系统进行通信；(6) 客房部经理可以随时查看客房预订情况和每日收款情况。
绘制该酒店订房系统的用例图。
2. 根据以下场景绘制用例图：某企业为了方便员工用餐，为企业餐厅开发了一个订餐系统（COS：Cafeteria Ordering System），企业员工可通过企业内联网使用该系统。
该系统功能描述如下：(1) 企业的任何员工都可以查看菜单和今日特价；(2) 系统的顾客是注册到系统的员工，可以在线订餐（以下操作均需先登录）、注册工资支付、修改订餐信息和删除订餐信息，在注册工资支付时需要通过工资系统进行身份验证；(3) 餐厅员工是特殊的顾客，可以进行备餐（系统记录备餐信息）、生成付费请求和请求送餐，其中对于注册使用工资支付的顾客生成付费请求并发送给工资系统；(4) 菜单管理员是餐厅员工的一种，可以管理菜单；(5) 送餐员也是餐厅员工的一种，可以打印送餐说明、记录送餐信息（如送餐时间）以及记录收费（对于没有注册工资支付的顾客，由送餐员收取现金后记录）。
中南大学软件体系结构实验3-创建型设计模式实验
实验3 创建型设计模式实验实验学时： 2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、抽象工厂模式和单例模式，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：Circle+ + + + +init ()setColor ()fill ()setSize ()display ()...: void: void: void: void: voidTriangle+++++init ()setColor ()fill ()setSize ()display ()...: void: void: void: void: voidRectangle+++++init ()setColor ()fill ()setSize ()display ()...: void: 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：①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；②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；③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。
中南大学软件体系结构实验报告-实验1
实验1 UML实验实验学时： 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. 学会安装和使用建模工具PowerDesigner，熟练使用PowerDesigner绘制常用的UML图形，熟悉常用的UML建模符号；2. 构建用例模型来描述软件需求，包括绘制用例图，撰写用例文档并制作用例检查矩阵；3. 学习使用状态图描述对象的状态及转换；4. 学习使用活动图为业务流程建模；5. 学习使用顺序图描述对象之间的交互；6. 学习类图的绘制；7. 学习从系统需求中识别类，并构建相应的面向对象模型；8. 学习使用PowerDesigner实现正向工程和逆向工程；9. 学习使用组件图描述每个功能所在的组件位置以及它们之间的关系；10. 学习使用部署图描述软件中各个组件驻留的硬件位置以及这些硬件之间的交互关系。
二、实验内容1. 某酒店订房系统描述如下：(1) 顾客可以选择在线预订，也可以直接去酒店通过前台服务员预订；(2) 前台服务员可以利用系统直接在前台预订房间；(3) 不管采用哪种预订方式，都需要在预订时支付相应订金；(4) 前台预订可以通过现金或信用卡的形式进行订金支付，但是网上预订只能通过信用卡进行支付；(5) 利用信用卡进行支付时需要和信用卡系统进行通信；(6) 客房部经理可以随时查看客房预订情况和每日收款情况。
绘制该酒店订房系统的用例图。
2. 根据以下场景绘制用例图：某企业为了方便员工用餐，为企业餐厅开发了一个订餐系统（COS：Cafeteria Ordering System），企业员工可通过企业内联网使用该系统。
该系统功能描述如下：(1) 企业的任何员工都可以查看菜单和今日特价；(2) 系统的顾客是注册到系统的员工，可以在线订餐（以下操作均需先登录）、注册工资支付、修改订餐信息和删除订餐信息，在注册工资支付时需要通过工资系统进行身份验证；(3) 餐厅员工是特殊的顾客，可以进行备餐（系统记录备餐信息）、生成付费请求和请求送餐，其中对于注册使用工资支付的顾客生成付费请求并发送给工资系统；(4) 菜单管理员是餐厅员工的一种，可以管理菜单；(5) 送餐员也是餐厅员工的一种，可以打印送餐说明、记录送餐信息（如送餐时间）以及记录收费（对于没有注册工资支付的顾客，由送餐员收取现金后记录）。
中南大学软件体系结构实验报告一
实验1 UML实验(1)实验学时： 2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．学会安装和使用建模工具PowerDesigner，熟练使用PowerDesigner绘制常用的UML 图形，熟悉常用的UML符号；2．构建用例模型来描述软件需求，包括绘制用例图，撰写用例文档并制作用例检查矩阵；3. 绘制状态图描述对象的状态及转换。
二、实验内容1. 某酒店订房系统描述如下：(1) 顾客可以选择在线预订，也可以直接去酒店通过前台服务员预订；(2) 前台服务员可以利用系统直接在前台预订房间；(3) 不管采用哪种预订方式，都需要在预订时支付相应订金；(4) 前台预订可以通过现金或信用卡的形式进行订金支付，但是网上预订只能通过信用卡进行支付；(5) 利用信用卡进行支付时需要和信用卡系统进行通信；(6) 客房部经理可以随时查看客房预订情况和每日收款情况。
绘制该酒店订房系统的用例图。
2. 根据以下场景绘制用例图：某企业为了方便员工用餐，为企业餐厅开发了一个订餐系统（COS：Cafeteria Ordering System），企业员工可通过企业内联网使用该系统。
该系统功能描述如下：(1) 企业的任何员工都可以查看菜单和今日特价；(2) 系统的顾客是注册到系统的员工，可以在线订餐（以下操作均需先登录）、注册工资支付、修改订餐信息和删除订餐信息，在注册工资支付时需要通过工资系统进行身份验证；(3) 餐厅员工是特殊的顾客，可以进行备餐（系统记录备餐信息）、生成付费请求和请求送餐，其中对于注册使用工资支付的顾客生成付费请求并发送给工资系统；(4) 菜单管理员是餐厅员工的一种，可以管理菜单；(5) 送餐员也是餐厅员工的一种，可以打印送餐说明、记录送餐信息（如送餐时间）以及记录收费（对于没有注册工资支付的顾客，由送餐员收取现金后记录）。
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中南大学软件体系结构设计模式实验二
Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
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行为型设计模式，包括职责链模式、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：
试使用职责链模式设计并模拟实现该系统。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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；
2. 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；
3. 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；
4. 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；
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；
7. 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：
2. 类图：
实现代码：
类图：
实现代码：
类图：
实现代码：
5. 类图：
实现代码：
6. 类图：
实现代码：
类图：
实现代码：
六、实验小结
通过本次实验，学会了使用职责链模式、命令模式、观察者模式、策略模式等行为型模式进行设计程序，在实验过程中遇到了类与类之间关系不确定的问题，通过复习该模式的原理和实现方法得到解决。
本次实验中有些行为型模式应用仍不熟练，需要勤加练习。