设计模式类图

《设计模式》刘伟 实验参考答案实验 11．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。

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：① 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；② 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。

参考答案： Ci rcle + + + + +in it () setColor () f ill setSize () displa y () void void void void void Trian gle + + + + +in it () setColor () f ill setSize () displa y () void void void void void Rectangl e + + + + +in it () setColor () f ill setSize () displa y () void void void void void Cl ient2．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。

UML各种图例面向对象的问题的处理的关键是建模问题.建模可以把在复杂世界的许多重要的细节给抽象出.许多建模工具封装了UML（也就是Unified Modeling Language™），这篇课程的目的是展示出UML的精彩之处.UML中有九种建模的图标，即：∙用例图∙类图∙对象图∙顺序图∙协作图∙状态图∙活动图∙组件图∙配置图本课程中的某些部分包含了这些图的细节信息的页面链接.而且每个部分都有一个小问题，测试一下你对这个部分的理解.为什么UML很重要?为了回答这个问题，我们看看建筑行业.设计师设计出房子.施工人员使用这个设计来建造房子.建筑越复杂，设计师和施工人员之间的交流就越重要.蓝图就成为了这个行业中的设计师和施工人员的必修课.写软件就好像建造建筑物一样.系统越复杂，参与编写与配置软件的人员之间的交流也就越重要.在过去十年里UML就成为分析师，设计师和程序员之间的“建筑蓝图”.现在它已经成为了软件行业的一部分了.UML提供了分析师，设计师和程序员之间在软件设计时的通用语言.UML被应用到面向对象的问题的解决上.想要学习UML必须熟悉面向对象解决问题的根本原则――都是从模型的建造开始的.一个模型model就是根本问题的抽象.域domain就是问题所处的真实世界.模型是由对象objects组成的，它们之间通过相互发送消息messages来相互作用的.记住把一个对象想象成“活着的”.对象有他们知道的事（属性attributes）和他们可以做的事（行为或操作behaviors or operations）.对象的属性的值决定了它的状态state.类Classes是对象的“蓝图”.一个类在一个单独的实体中封装了属性（数据）和行为（方法或函数）.对象是类的实例instances.用例图用例图Use case diagrams描述了作为一个外部的观察者的视角对系统的印象.强调这个系统是什么而不是这个系统怎么工作.用例图与情节紧紧相关的.情节scenario是指当某个人与系统进行互动时发生的情况.下面是一个医院门诊部的情节.“一个病人打电话给门诊部预约一年一次的身体检查.接待员找出在预约记录本上找出最近的没有预约过的时间，并记上那个时间的预约记录.”用例Use case是为了完成一个工作或者达到一个目的的一系列情节的总和.角色actor是发动与这个工作有关的事件的人或者事情.角色简单的扮演着人或者对象的作用.下面的图是一个门诊部Make Appointment用例.角色是病人.角色与用例的联系是通讯联系communication association（或简称通讯communication）角色是人状的图标，用例是一个椭圆，通讯是连接角色和用例的线.一个用例图是角色，用例，和它们之间的联系的集合.我们已经把Make Appointment作为一个含有四个角色和四个用例的图的一部分.注意一个单独的用例可以有多个角色.用例图在三个领域很有作用.决定特征（需求）.当系统已经分析好并且设计成型时，新的用例产生新的需求∙客户通讯.使用用例图很容易表示开发者与客户之间的联系.∙产生测试用例.一个用例的情节可能产生这些情节的一批测试用例.类图类图Class diagram通过显示出系统的类以及这些类之间的关系来表示系统.类图是静态的－它们显示出什么可以产生影响但不会告诉你什么时候产生影响.下面是一个顾客从零售商处预定商品的模型的类图.中心的类是Order.连接它的是购买货物的Customer和Payment.Payment有三种形式：Cash，Check，或者Credit.订单包括OrderDetails（line item），每个这种类都连着Item.UML类的符号是一个被划分成三块的方框：类名，属性，和操作.抽象类的名字，像Payment是斜体的.类之间的关系是连接线.类图有三种关系.关联association－表示两种类的实例间的关系.如果一个类的实例必须要用另一个类的实例才能完成工作时就要用关联.在图中，关联用两个类之间的连线表示.dependencies关系.如果另一个的包B改变可能会导致一个包A改变，则包A依赖包B.包是用一个在上方带有小标签的矩形表示的.包名写在标签上或者在矩形里面.点化线箭头表示依赖对象图Object diagrams用来表示类的实例.他们在解释复杂关系的细小问题时（特别是递归关系时）很有用.这个类图示一个大学的Department可以包括其他很多的Departments.这个对象图示上面类图的实例.用了很多具体的例子.UML中实例名带有下划线.只要意思清楚，类或实例名可以在对象图中被省略.每个类图的矩形对应了一个单独的实例.实例名称中所强调的UML图表.类或实例的名称可能是省略对象图表只要图的意义仍然是明确的.顺序图类图和对象图是静态模型的视图.交互图是动态的.他们描述了对象间的交互作用.顺序图将交互关系表示为一个二维图.纵向是时间轴，时间沿竖线向下延伸.横向轴代表了在协作中各独立对象的类元角色.类元角色用生命线表示.当对象存在时，角色用一条虚线表示，当对象的过程处于激活状态时，生命线是一个双道线.消息用从一个对象的生命线到另一个对象生命线的箭头表示.箭头以时间顺序在图中从上到下排列.协作图协作图也是互动的图表.他们像序列图一样也传递相同的信息，但他们不关心什么时候消息被传递，只关心对象的角色.在序列图中，对象的角色放在上面而消息则是连接线.对象角色矩形上标有类或对象名（或者都有）.类名前面有个冒号（：）.协作图的每个消息都有一个序列号.顶层消息的数字是1.同一个等级的消息（也就是同一个调用中的消息）有同样的数字前缀，再根据他们出现的顺序增加一个后缀1，2等等.状态图对象拥有行为和状态.对象的状态是由对象当前的行动和条件决定的.状态图statechart diagram显示出了对象可能的状态以及由状态改变而导致的转移.我们的模型例图建立了一个银行的在线登录系统.登录过程包括输入合法的密码和个人账号，再提交给系统验证信息.登录系统可以被划分为四种不重叠的状态：Getting SSN, Getting PIN, Validating, 以及Rejecting.每个状态都有一套完整的转移transitions来决定状态的顺序.状态是用圆角矩形来表示的.转移则是使用带箭头的连线表示.触发转移的事件或者条件写在箭头的旁边.我们的图上有两个自转移.一个是在Getting SSN，另一个则在上Getting PIN.初始状态（黑色圆圈）是开始动作的虚拟开始.结束状态也是动作的虚拟结束.事件或条件触发动作时用（/动作）表示.当进入Validating状态时，对象并不等外部事件触发转移.取而代之，它产生一个动作.动作的结果决定了下一步的状态.活动图活动图activity diagram是一个很特别的流程图.活动图和状态图之间是有关系的.状态图把焦点集中在过程中的对象身上，而活动图则集中在一个单独过程动作流程.活动图告诉了我们活动之间的依赖关系.对我们的例子来说，我们使用如下的过程.“通过ATM来取钱.”这个活动有三个类Customer, ATM和Bank.整个过程从黑色圆圈开始到黑白的同心圆结束.活动用圆角矩形表示.。

UML类图画法全程解析本节向⼤家介绍⼀下UML类图画法，主要包括UML类图元素和关系画法，希望通过本⽂的介绍，你对UML类图画法有⼀定的认识。

软件设计起步：UML类图画法学习设计模式，画UML类图是基础，通过UML类图，能更好地和⼤家交流，也能很容易就表达出⾃⼰的设计想法，它就好⽐普通话，是⼀种标准语⾔。

现在流⾏的主要⼯具有两种：RationalRose和MicrosoftVisio，这两种⼯具都⽐较易⽤，选择哪种⼯具就看个⼈的喜好了。

本⼈对Microsoft 的软件⽐较有好感，所以⾃然MicrosoftVisio2003是我的⾸选。

UML类图常⽤元素。

类：类是⼀种复杂的数据类型，它是将不同类型的数据和与这些数据相关的操作封装在⼀起的集合体。

CPerson是⼀个抽象类，它是不能被实例化的，⽽CFamily可以被实例化。

接⼝：接⼝是被调⽤者调⽤的⼀组操作⽅法。

其实CPerson也可以作为接⼝。

UML类图中常见的⼏种关系。

泛化（Generalization）：⼀句话，就是继承的表⽰。

是is-a的关系。

依赖（Dependency）:UML类图画法中依赖是⼀种使⽤关系，它说明⼀个事物规范的变化可能影响到使⽤它的另⼀个事务，但反之则不然。

依赖关系的表⽰法是虚线箭头，箭头尾部的元素依赖箭头头部的元素，是use-a的关系。

关联（Association）：⽤于描述类与类之间的连接，是has-a的关系。

聚合（Aggregation）：聚合是关联的特例。

如果类与类之间的关系具有“整体和局部”的特点，则把这样的关联称为聚合。

它往往有“包含”，“由……组成”的意思。

我这⾥举的都是平时UML类图画法常⽤的⼏种情况，当然UML还有很多知识我没有了解，⽐如关联就有许多种。

本节向⼤家介绍⼀下UML类图符号，只有掌握了UML符号的意义，你才能很好的使⽤，本节从⼋个⽅⾯向⼤家介绍UML类图符号，希望通过本节的学习你对UML类图符号有初步的认识。

2.设计模式常⽤的UML图分析（⽤例图、类图与时序图）1-⽤例图概述1. 展现了⼀组⽤例、参与者以及他们之间的关系。

2. ⽤例图从⽤户⾓度描述系统的静态使⽤情况，⽤于建⽴需求模型。

⽤例特征保证⽤例能够正确捕捉功能性需求，判断⽤例是否准确的依据。

1. ⽤例是动宾短语2. ⽤例是相互独⽴的3. ⽤例是由⽤户参与者启动的4. ⽤例要有可观测的执⾏结果5. ⼀个⽤例是⼀个单元参与者 ActorUML中，参与者使⽤⼀个⼩⼈表⽰:1. 参与者为系统外部与系统直接交互的⼈或事务，于系统外部与系统发⽣交互作⽤2. 参与者是⾓⾊⽽不是具体的⼈3. 代表参与者在与系统打交道时所扮演的⾓⾊4. 系统实际运作中，⼀个实际⽤户可能对应系统的多个参与者。

不同⾓⾊也可以只对应⼀个参与者，从⽽代表同⼀参与者的不通实例⽤例 Use Case系统外部可见的⼀个系统功能单元。

系统的功能由系统单元所提供，并通过⼀系列系统单元与⼀个或多个参与者之间交换的消息所表达。

系统单元⽤椭圆表⽰，椭圆中的⽂字简述系统功能:关系 Relationship常见关系类型有关联、泛化、包含和扩展关联 Association表⽰参与者与⽤例之间的通信，任何⼀⽅都可发送或接受消息。

箭头指向：指向消息接收⽅：⼦系统 SubSystem⽤来展⽰系统的⼀部分功能(紧密联系)泛化 Inheritance继承关系，⼦⽤例和⽗⽤例相似，但表现出更特别的⾏为；⼦⽤例将继承⽗⽤例的所有结构、⾏为和关系。

⼦⽤例可以使⽤⽗⽤例的⼀段⾏为，也可以重载它。

⽗⽤例通常是抽象。

箭头指向：指向⽗⽤例2-类图描述系统中的类，以及各个类之间的关系的静态试图。

表⽰类、接⼝以及它们之间的协作关系，⽤于程序设计阶段。

注意:1. 抽象类或抽象⽅法⽤斜体表⽰2. 如果是接⼝，则在类名上⽅加 <<Interface>>3. 字段和⽅法返回值的数据类型⾮必需4. 静态类或静态⽅法加下划线类图实例:类图中的事务及解释如图，类图从上到下分为三部分,分别为类名、属性和操作1. 属性:如果有属性，则每⼀个属性都必须有⼀个名字，另外还可以有其它的描述信息，如可见性、数据类型、缺省值等2. 操作:如果有操作，则每⼀个操作也都有⼀个名字，其它可选的信息包括可见性、参数的名字、参数类型、参数缺省值和操作的返回值的类型等类图中的六种关系1.实现关系 implements (类实现接⼝)⽤空⼼三⾓虚线表⽰2.泛化关系 extends (表⽰⼀般与特殊的关系) is-a⽤空⼼三⾓实线表⽰3.组合关系 (整体与部分的关系) contains-a实⼼菱形实现表⽰eg.有头类、⾝体类与⼈类类三个类，则⼈类类中应包含头类及⾝体类这两个属性，则⼈类类与头类和⾝体的关系即为组合关系。

云南大学软件学院实验报告课程：设计模式实验学期：2010-2011学年第一学期任课教师：陆歌皓专业：软件工程学号：20081120072 姓名：都鹏成绩：实验5 单件模式一、实验题目分别使用同步方法、急切实例化、双重检查加锁方法实现课本中的巧克力锅炉。

二、模式设计UML类图：三、程序代码：Boiler类public class Boiler {protected boolean empty;protected boolean boiled;public void fill(){if(isEmpty()){empty =false;boiled = true;}}public String drain(){if(!isEmpty()&&isBoiled()){empty = true;return"咖啡和牛奶已经煮好了";}else return"咖啡和牛奶没有煮好";}public void boil(){if(!isEmpty()&&!isBoiled()){boiled = true;}}public boolean isEmpty(){return empty;}public boolean isBoiled(){return boiled;}}DCLChocolateBoiler类public class DCLChocolateBoiler extends Boiler{//双重检查加锁private volatile static DCLChocolateBoiler uniqueInstance;private DCLChocolateBoiler(){empty =true;boiled =false;}public static DCLChocolateBoiler getInstance(){if(uniqueInstance == null){synchronized(DCLChocolateBoiler.class){if(uniqueInstance == null){uniqueInstance = new DCLChocolateBoiler();}}}return uniqueInstance;}}EagerlyChocolateBoiler类public class EagerlyChocolateBoiler extends Boiler{//急切实例化private static EagerlyChocolateBoiler uniqueInstance=new EagerlyChocolateBoiler();private EagerlyChocolateBoiler() {empty = true;boiled = false;}public static EagerlyChocolateBoiler getInstance() { return uniqueInstance;}}synchronizedChocolateBoiler类public class synchronizedChocolateBoiler extends Boiler{//同步方法private static synchronizedChocolateBoiler uniqueInstance;private synchronizedChocolateBoiler() {empty = true;boiled = false;}public static synchronized synchronizedChocolateBoiler getInstance() { if (uniqueInstance == null) {uniqueInstance = new synchronizedChocolateBoiler();}return uniqueInstance;}}Chocolate类public class Chocolate extends javax.swing.JFrame {private static final long serialVersionUID = 5659781085817976205L;public Chocolate() {initComponents();}private void initComponents() {buttonGroup1 = new javax.swing.ButtonGroup();jPanel1 = new javax.swing.JPanel();jPanel2 = new javax.swing.JPanel();jRadioButton1 = new javax.swing.JRadioButton();jRadioButton2 = new javax.swing.JRadioButton();jRadioButton3 = new javax.swing.JRadioButton();jPanel3 = new javax.swing.JPanel();jButton1 = new javax.swing.JButton();jScrollPane1 = new javax.swing.JScrollPane();jTextArea1 = new javax.swing.JTextArea();jButton2 = new javax.swing.JButton();jButton3 = new javax.swing.JButton();setDefaultCloseOperation(javax.swing.WindowConstants.EXIT_ON_CLOSE);------------------略----------------------private void jButton1ActionPerformed(java.awt.event.ActionEvent evt) { String p = Boiler();j TextArea1.setText(p);}private void jButton2ActionPerformed(java.awt.event.ActionEvent evt) { j TextArea1.setText(null);}private void jButton3ActionPerformed(java.awt.event.ActionEvent evt) { System.exit(0);}public String Boiler(){B oiler boiler = null;S tring str = null;i f(jRadioButton1.isSelected()){boiler =synchronizedChocolateBoiler.getInstance();str = boiler.drain()+"(同步实现)";}e lse if(jRadioButton2.isSelected()){boiler =EagerlyChocolateBoiler.getInstance();str =boiler.drain()+"(急切实例化)";}e lse if(jRadioButton3.isSelected()){boiler =DCLChocolateBoiler.getInstance();str =boiler.drain()+"(双重检查加锁)";}r eturn str;}private javax.swing.ButtonGroup buttonGroup1;private javax.swing.JButton jButton1;private javax.swing.JButton jButton2;private javax.swing.JButton jButton3;private javax.swing.JPanel jPanel1;private javax.swing.JPanel jPanel2;private javax.swing.JPanel jPanel3;private javax.swing.JRadioButton jRadioButton1;private javax.swing.JRadioButton jRadioButton2;private javax.swing.JRadioButton jRadioButton3;private javax.swing.JScrollPane jScrollPane1;private javax.swing.JTextArea jTextArea1;}四、运行结果：。

UML中各种图的画法(全)UML中各种图的画法(全)一、UML中基本的图范畴：在 UML 2 中有二种基本的图范畴：结构图和行为图。

每个 UML 图都属于这二个图范畴。

结构图的目的是显示建模系统的静态结构。

它们包括类，组件和（或）对象图。

另一方面，行为图显示系统中的对象的动态行为，包括如对象的方法，协作和活动之类的内容。

行为图的实例是活动图，用例图和序列图。

二、UML中的类图：1.类图的表示：类的 UML 表示是一个长方形，垂直地分为三个区，如图 1 所示。

顶部区域显示类的名字。

中间的区域列出类的属性。

底部的区域列出类的操作。

在一个类图上画一个类元素时，你必须要有顶端的区域，下面的二个区域是可选择的（当图描述仅仅用于显示分类器间关系的高层细节时，下面的两个区域是不必要的）。

描述：顶部区域显示类的名字。

中间的区域列出类的属性。

底部的区域列出类的操作。

当在一个类图上画一个类元素时，你必须要有顶端的区域，下面的二个区域是可选择的（当图描述仅仅用于显示分类器间关系的高层细节时，下面的两个区域是不必要的）。

·类名：如果是抽象类，则采用斜体·类属性列表：name : attribute type 如 flightNumber : Integer，这是最常见的表达形式n ame : attribute type = default value 如balance : Dollars = 0，这是带有默认值的表达形式·类方法列表：name(parameter list) : type of value returned注意：在业务类图中，属性类型通常与单位相符，这对于图的可能读者是有意义的（例如，分钟，美元，等等）。

然而，用于生成代码的类图，要求类的属性类型必须限制在由程序语言提供的类型之中，或包含于在系统中实现的、模型的类型之中。

2.继承的表示：为了在一个类图上建模继承，从子类（要继承行为的类）拉出一条闭合的，单键头（或三角形）的实线指向超类。

1. 类（Class）：使用三层矩形框表示。

第一层显示类的名称，如果是抽象类，则就用斜体显示。

第二层是字段和属性。

第三层是类的方法。

注意前面的符号，…+‟表示public，…-‟表示private，…#‟表示protected。

2. 接口：使用两层矩形框表示，与类图的区别主要是顶端有<<interface>>显示。

第一行是接口名称。

第二行是接口方法。

3. 继承类（extends）：用空心三角形+实线来表示。

4. 实现接口（implements）：用空心三角形+虚线来表示5. 关联（Association）：用实线箭头来表示，例如：燕子与气候6. 聚合（Aggregation）：用空心的菱形+实线箭头来表示聚合：表示一种弱的…拥有‟关系，体现的是A对象可以包含B对象，但B对象不是A对象的一部分，例如：公司和员工组合（Composition）：用实心的菱形+实线箭头来表示组合：部分和整体的关系，并且生命周期是相同的。

例如：人与手7. 依赖（Dependency）：用虚线箭头来表示，例如：动物与氧气8. 基数：连线两端的数字表明这一端的类可以有几个实例，比如：一个鸟应该有两只翅膀。

如果一个类可能有无数个实例，则就用…n‟来表示。

关联、聚合、组合是有基数的类之间的关系UML把类之间的关系分为以下5种.● 关联：类A与类B的实例之间存在特定的对应关系● 依赖：类A访问类B提供的服务● 聚集：类A为整体类，类B为局部类，类A的对象由类B的对象组合而成● 泛化：类A继承类B● 实现：类A实现了B接口关联（Association）关联指的是类之间的特定对应关系，在UML中用带实线的箭头表示。

按照类之间的数量对比，关联可以分为以下三种：● 一对一关联● 一对多关联● 多对多关联注意：关联还要以分为单向关联和双向关联依赖（Dependency）依赖指的是类之间的调用关系，在UML中用带虚线的箭头表示。