6.創(chuàng)建型設計模式吳粉俠

1、第六章 創(chuàng)建型設計模式,,本章在軟件工程中所處的地位,需求分析,Design,實現(xiàn),架構(gòu),框架工作,詳細設計,x,Key:,= secondary emphasis,x,= main emphasis,創(chuàng)建型設計模式,創(chuàng)建型設計的目標 以靈活的，可修改的，能重用的方式來創(chuàng)建一個類的對象Factory設計模式 在單獨使用構(gòu)造方法不能滿足需求的情況下創(chuàng)建單獨的對象；Singleton設計

2、模式 確保只有一個類S的實例，在應用程序中的任何地方都能夠獲得此實例；Abstract Factory設計模式 提供一個創(chuàng)建相關(guān)族或者相互依賴對象的接口，而不指明它們的具體類Prototype設計模式 創(chuàng)建一系列幾乎相同的對象，它的類型在運行時確定,Design Purpose,在單獨使用構(gòu)造方法不能滿足需求的情況下創(chuàng)建單獨的對象,設計模式總結(jié),使用一些方法返回需要

3、的對象,Factory,工廠設計模式,名稱：工廠,using System; public interface ICar { void run(); } public class BMWCar : ICar {      pub

4、lic void run()      {  Console.WriteLine("BMWCar run");      } } public class BenzCar : IC

5、ar {      public void run()      { Console.WriteLine("BenzCar run");      } },public&

6、#160;class Driver {      public static ICar DriverCar(string carType)      {        &#

7、160; switch (carType)          {              case "BMWCar": return&

8、#160;new BMWCar();              case "BenzCar": return new BenzCar();       &#

9、160;      default: throw new Exception();         }      } } public class C

10、lient {      public static void Main()      {          ICar myCar = Dri

11、ver.DriverCar("BenzCar");          myCar.run();          Console.Read();      

12、;} },public interface IBusinessCar {   void run(); public interface ISportCar { void run(); } public class BMWBusinessCar

13、0;: IBusinessCar {    public void run()      {          Console.WriteLine("BMWCar run&q

14、uot;); }}public class BenzBusinessCar : IBusinessCar {      public void run()      { Console.WriteLine("B

15、enzBusinessCar run"); } } public class BMWSportCar:ISportCar { public void run() { Console.WriteLine("BMWSportCar run"); } }

16、 public class BenzSportCar:ISportCar { public void run() {Console.WriteLine("BenzSportCar run"); } } public interface IDriver {

17、 IBusinessCar BusinessCarDriver(); ISportCar SportCarDriver(); },public class BMWDriver:IDriver { public IBusinessCar BusinessCarDriver() { return

18、60;new BMWBusinessCar(); } public ISportCar SportCarDriver() { return new BMWSportCar(); } } public class BenzDriver:IDriver { public

19、 IBusinessCar BusinessCarDriver() { return new BenzBusinessCar(); } public ISportCar SportCarDriver() { return new BenzSportCar(); } }

20、class Client {      public static void Main()      {IDriver myDriver =new BenzDriver();    

21、0;   ISportCar myCar = myDriver.SportCarDriver();          myCar.run();          Console

22、.Read();      }}心得:抽象方法似乎達到了完美境界.把開奔馳的司機和開寶馬的司機的公共方法抽象出來,并對不同的司機創(chuàng)建不同的類,到時候不管是開什么車的司機隨你添加.它們唯一的共同點都是開車.,,factory method針對的是一個產(chǎn)品等級結(jié)構(gòu)  abstract factory是面向多個產(chǎn)品等級結(jié)構(gòu)的－－－－－－－－－－－－－

23、－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－工廠方法模式：一個抽象產(chǎn)品類，可以派生出多個具體產(chǎn)品類。                            &#

24、160;  一個抽象工廠類，可以派生出多個具體工廠類。                               每個具體工廠

25、類只能創(chuàng)建一個具體產(chǎn)品類的實例。 抽象工廠模式：多個抽象產(chǎn)品類，每個抽象產(chǎn)品類可以派生出多個具體產(chǎn)品類。                           

26、;    一個抽象工廠類，可以派生出多個具體工廠類。                             

27、0; 每個具體工廠類可以創(chuàng)建多個具體產(chǎn)品類的實例。   區(qū)別：工廠方法模式只有一個抽象產(chǎn)品類，而抽象工廠模式有多個。      工廠方法模式的具體工廠類只能創(chuàng)建一個具體產(chǎn)品類的實例，而抽象工廠模式可以創(chuàng)建多個。,Factory設計模式,Factory設計模式的目標：Factory設計模式的客戶端接口： Requiredclas

28、s instanceOfRequiredClass=MyClass.getNewInstanceOfRequiredClassFactory設計模式的的類模式: Factory模式的方法把創(chuàng)建任務委托給了構(gòu)造方法 當需要一個基本類對象，而它的從屬子類對象直到運行時才能確定時，我們就需要考慮使用Factory模式Factory設計模式的時序圖 Factory設計模式的應用實例

29、：E-mail的生成Factory設計模式在Java API中的應用Factory設計模式小結(jié),Factory 類模型,Factory design pattern,MyClass createObjectOfRequiredClass( ): RequiredClass,«create object»,RequiredClass,,,Client,設計目標: ? 重用性和正確性 ?,我們希望編寫關(guān)于汽車的通

30、用代碼：這些代碼能夠用來創(chuàng)建任何種類的汽車對象。,工廠設計模式的應用,Factory Example,,Ford福特 createAutomobile(),Toyota豐田汽車 createAutomobile(),Automobile createAutomobile(): Automobile,Client,«創(chuàng)建對象»,«創(chuàng)建對象»,,,,,,,,createObjectOfRequi

31、redClass(),Sequence Diagram for Factory工廠模式的時序圖,:MyClass,:Client,,,,RequiredClass(),,:RequiredClass,Adapted from Software Design: From Programming to Architecture by Eric J. Braude (Wiley 2003), with permission.,E-mail的

32、生成,從一個單一的控制代碼版本中，產(chǎn)生一個適合各種用戶的郵件信息要求如下：應用程序要請求顧客的E-mail地址（沒有實現(xiàn)）1.用戶鍵入顧客的E-mail地址（沒有實現(xiàn)）2.應用程序詢問需要哪類顧客的郵件信息，并將其列出3.用戶鍵入想要的顧客類型4.應用程序向控制臺回送顧客類型5.應用程序向控制臺打印E-mail信息，包括所有用戶想要的部分和適合所要求的類型的部分6.應用程序發(fā)送信息,產(chǎn)生實例的典型輸出,設計目標: ?

33、正確性和重用性 ?,我們想分離代碼段，使其能夠通用于各種各樣的顧客，也想分離出為每種顧客產(chǎn)生E-mail的特殊代碼段，這樣檢查正確性和重用某部分就變得更加容易了。,,工廠設計模式應用,Customer getMessage(),ClientsendMessage(),,Frequent getMessage(),Returning getMessage(),Curious getMessage(),Newbie getMes

34、sage(),MailMessagetext,MailGenerationApplicationgetCustomerTypeFromUser(),«setup»,工廠: 郵件生成舉例,設計模式在java API中的應用,Factory design pattern,Component getGraphics(): Graphics,«createobject»,,Client,Graph

35、ics,單態(tài)設計模式,名字：間態(tài)設計模式，別名間例設計模式，單件設計模式問題：保證一個類僅有一個實例，并提供一個訪問它的全局訪問點方案：效果：,Singleton: 類模型,Singleton Design Pattern,MyClass getSingletonOfMyClass(): MyClass,,Client,,1,singletonOfMyClass,«static»,Singleton設計模式,

36、Singleton設計模式的目標： 確保只有一個類S的實例，在應用程序中的任何地方都能夠獲得些實例Singleton設計模式的客戶端接口： User user=user.getTheUser();Singleton設計模式的的類模型： S myVeryOwnInstanceOfS=new S();Singleton設計模式的應用實例：Singleton設

37、計模式在Java API中的應用Singleton設計模式的模式小結(jié),關(guān)鍵概念: ? 單態(tài)設計模式 ?,保證一個類公有一個實例，并提供一個訪問它的全局訪問點,設計目標,確保只有一個類S的實例，在應用程序中的任何地方都能夠獲得此實例,設計模式小結(jié),使S類的構(gòu)造方法私有化；定義一個類型為S的私有靜態(tài)屬性；定義一個公有的存取方法,單態(tài),設計目標: ? 正確性 ?,Singleton設計模式實現(xiàn)了只有一個User對象存在的目標，保證了應

38、用程序不會創(chuàng)建意想不到的User實例。,Singleton模式的工作原理：,用一個特殊的方法來實例化所需的對象。其中最關(guān)鍵的就是這個特殊的方法： 調(diào)用這個方法時，檢查對象是否已經(jīng)實例化。如果已經(jīng)實例化，該方法僅獲取該對象的一個引用。如果尚未實例化，該方法實例化該對象并返回該對象的一個引用。 為了確保這是實例化此類對象的惟一方法，我將這個類的構(gòu)造函數(shù)定義為保護或者私有的。 Single模式的

39、本質(zhì)在于，應用程序中的每個對象都使用Singlton類的同一實例,Singleton的設計特點,1.包含用自身聲明的類變量，這個類變量是它唯一的實例2.構(gòu)造方法的訪問權(quán)限是私有，這樣一來，任何其他類都無法使用Singleton類來創(chuàng)建對象。3.Singleton類負責創(chuàng)建自己唯一的實例，并提供訪問該實例的方法。,單態(tài)設計模式 – 應用到MyClass,Define a private static member variable o

40、f MyClass of type MyClassprivate static MyClass singletonOfMyClass = new MyClass(); Make the constructor of MyClass privateprivate MyClass() { /* …. constructor code …. */ };Define a public static method to access t

41、he memberpublic static MyClass getSingletonOfMyClass() { return singletonOfMyClass;},Output for Singleton Experiment Example,設計模式在Experiment例子中的應用,ExperimenttheExperiment: Experiment analyze()getTheExperim

42、ent(): ExperimentreportResults(),Client,,,,theExperiment,1,«static»,使用Singleton類示例：,Pubic class Moon{ private static Moon uniqueMoon; double radius;Double distanceToEarth;Private Moon(){ uniqueMoon=

43、this; radius=1738; distanceToEarth; private Moon(){ uniqueMoon=this; radius=1738; distanceToEarth=363300; },,Public static synchronized Moon getMoon(){ if(uniqueMoon=NULL=new Moon();}Return uniqu

44、eMoon;}Public String show(){ String s=“月亮的半徑是”+radius+“千米，距地球是”+distanceToEarth+”km”; return s; }},,Import javax.swing.*;Import java.awt.*;Public class Application{ public static void main(String args[]){

45、 MyFrame f1=new MyFrame(“張三看月亮”); MyFrame f2=new MyFrame(“李四看月亮”); f1.setBounds(10,10,360,150); f1.validate(); f2.setBounds(370,10,360,150); f2.validate(); }},Class MyFrame exte

46、nds JFrame{ String str; MyFrame(String title){ Moon moon=Moon.getMoon(); str=moon.show(); setDefaultCloseOperation(JFrame.DISPOSE_ON_CLOSE); setVisible(true); Repaint(); } public

47、void paint(Graphics g){ super.paint(g); g.setFont(new Font(“宋體”,Font..BOLD,14)); g.drawString(str,5,100); }},關(guān)健概念: ? 單態(tài)設計模式 ?,當一個類必須有且只有一個實例時，使構(gòu)造方法私有化，并且使用公有的存取方法來實例化一個靜態(tài)的、私有的變量。,Singleton模式：關(guān)鍵特性,意圖：

48、希望對象只有一個實例，但沒有控制全局對象實例化的全局對象 。還希望確保所有實體使用該對象相同的實例，而無需將引用傳給他們。問題：幾個不同的客戶對象需要引用同一對象，而且希望確保這種類型的對象數(shù)目不超過一個。解決方案：保證一個實例參與者與協(xié)作者： Client對象只能通過getInstance方法創(chuàng)建Singleton實例。效果：Client對象無需操心是否已存在Singleton實例。這是由Singleton自己控制的。實現(xiàn)

49、： 添加一個類的私有的靜態(tài)成員變量，引用所需的對象（初值為NULL） 添加一個公共靜態(tài)方法，它在成員變量的值為NULL時實例化這個類（并設置成變量的值），然后返回該成員變量的值 將構(gòu)造函數(shù)的狀態(tài)設置為保護或私有，從而防止任何人直接實例化這個類，繞過靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)機制。,示例代碼:使用Singleton模式,abstract public class Tax{

50、static private Tax instance;protected Tax(){ }abstract double calcTax(double qty,double price);public static Tax getInstance(){//use whatever rule you use to determine//which tax object to use.For now,//Let'

51、;s creae a USTAx object. intance =USTax.getInstance(); return instance; }}public class USTax extends Tax{private static USTax instance;private USTax(){}//Note in the following ,I had to change

52、 USTax//to Tax since I used the same "getInstance" name.public static Tax getInstance(){ if(instance==null) instance=new USTax(); return instance;}},Abstract Factory設計模式,Abstract Factory設計模式的

53、設計目標： 提供一個創(chuàng)建相關(guān)族或者相互依賴對象的接口，而不指明它們的具體類型Abstract Factory設計模式客戶端接口：Abstract Factory設計模式的類模型：Abstract Factory設計模式的時序圖：Abstract Factory設計模式的應用實例：“字處理器”Abstract Factory設計模式在Java API中的應用Abstract Factory設計模式小

54、結(jié),字處理器的交互1/2,---> Enter title:My Life---> Enter Heading or “-done”:Birth---> Enter text:I was born in a small mountain hut ….---> Enter Heading or “-done”:Youth,---> Enter text:I grew up playing

55、 in the woods …---> Enter Heading or “-done”: Adulthood…. ---> Enter Heading or “-done”: -done(continued),字處理器的交互1/2 ：Output Options,….>> Enter the style you want displayed:big,----- Title: MY LIFE

56、 -----Section 1. --- BIRTH --- I was born in a mountain hut ….Section 2. --- YOUTH ---I grew up sturdy …Section 3. --- ADULTHOOD --- ….,….>> Enter the style you want displayed:small,My LifeBirthI was

57、 born in a mountain hut ….YouthI grew up sturdy …Adulthood,Option 2,Option 1,設計目標,提供一個創(chuàng)建相關(guān)族或者相互依賴對象的接口，而不指明它們的具體類,設計模式總結(jié),為族中每個包含族方法的類捕獲族的創(chuàng)建過程,Abstract Factory,* Gamma et al,Abstract Factory*,抽象工廠設計模式的接口,Style….,Clie

58、nt,StyleAFactory,StyleBFactory,EnsemblesetAbstractFactory()doAFunction(),AbstractFactorygetAPart1Object()getAPart2Object(),* relationships within pattern application not shown,Application of Abstract Factory,應用在字處理器中

59、的Abstract Factory接口,,Client,SmallStyle,LargeStyle,Style,DocumentsetStyle()display(),. . . . . . .,,1,,«create»,Abstract Factory 思想,EnsemblesetAbstractFactory()doAFunction(),,,AbstractFactorygetAPart1Object

60、()getAPart2Object(),StyleAFactorygetAPart1Object()getAPart2Object(),Part1,Part2,Part1StyleA,Part2StyleA,,,abstractFactory,1,,Client,Part1 getAPart1Object(){ return new Part1StyleA(); },,«create»,Abstract

61、Factory,Style….,,,AbstractFactorygetAPart1Object()getAPart2Object(),StyleAFactory,StyleBFactory,Part1,Part2,Part1StyleA,Part1StyleB,Part2StyleA,Part2StyleB,,,abstractFactory,1,,EnsembledoAFunction(),Client,1..n,1..n,P

62、art…,},,},,,,Abstract Factory時序圖,,,StyleXFactory(),:Client,,abstractFactory:StyleXFactory,,:Ensemble,,setAbstractFactory (abstractFactory ),,,getAPart_i(),,,,,Part_iStyleX(),,Selecting a style,Creating a Part_i object

63、in required style,getAPart_i(),abstractFactory:AbstractFactory,:Part_iStyleX,doAFunction(),,,Virtual function property,Assume that this method requires a Part_i object.,Design Goals At Work: ? Correctness and Reusabili

64、ty ?,我們希望分離出每一段這樣的代碼，這段代碼能以某種風格來格式化文檔，同時也想分離出公共文檔產(chǎn)生代碼,,Abstract Factory 應用到字處理器,DocumentgetAHeading()getATitle()grtDocumentFromUser(),,,«create»,SmallStylegetAHeading()getATitle(),LargeStylegetAHeading()

65、getATitle(),Titlevalue,Headingvalue,LargeHeadingdisplay(),,SmallHeadingdisplay(),LargeTitledisplay(),,SmallTitledisplay(),Textvalue,1,0..n,0..n,StylegetAHeading()getATitle(),,Displayable,Displayabledisplay(),,C

66、lientgetStyleFromUser()displayDocument(),style,,“Word Processor” Interaction,An Abstract Factory Application: Java ToolKit,ToolKitcreateButton()createImage(),,ConcreteToolkit1 createButton()createImage(),ConcreteTo

67、olkit2createButton()createImage(),ButtonPeer,ConcreteToolkit3createButton()createImage(),ButtonPeer implementation 3,,ImagePeer implementation 3,ImagePeer,,,Abstract Factory: 狹義接口,Style….,,,AbstractFactorygetAPart1O

68、bject()getAPart2Object(),StyleAFactory,StyleBFactory,abstractFactory,1,EnsemblesetStyleA() setStyleB()…,Client,. . . .,關(guān)鍵概念: ? 抽象工廠設計模式 ?,設計一個應用程序，在這個應用程序中，有幾種可能的對象集合風格，使用協(xié)同的工廠方法捕獲這些風格。,Abstract Factory模式：關(guān)鍵特性,意圖：需

69、要為特定的客戶（或情況）提供對象組問題：需要實例化一組相關(guān)的對象。解決方案：協(xié)調(diào)對象組的創(chuàng)建。提供一種方式，將如何執(zhí)行對象實例化的規(guī)則從使用這些對象的客戶對象提取出來。參與者與協(xié)作者：AbstractFactory為如何創(chuàng)建對象組的每個成員定義接口。一般每個組都由獨立的concreteFactory進行創(chuàng)建。效果：這個模式將“使用哪些對象的規(guī)則與”如何使用這些對象的邏輯分離開來。實現(xiàn)：定義一個抽象類來指定創(chuàng)建哪些對象。然后為每

70、個組實現(xiàn)一個具體類?？梢杂帽砘蛭募瓿赏瑯拥娜蝿?。,示例,任務：設計一個計算機系統(tǒng)，顯示并打印取自數(shù)據(jù)庫的幾何形狀。用來顯示和打印形狀的分辨率類型取決于當前運行系統(tǒng)的計算機：CPU的速度和可用內(nèi)存。系統(tǒng)必須留意自己對計算機的要求。難點：系統(tǒng)必須控制使用哪些驅(qū)動程序：低配置機器使用低分辨率驅(qū)動程序，高配置機器使用高分辨率驅(qū)動程序。要求： 低分辨率組———LRDD和LRPD,這些驅(qū)動程序?qū)ο到y(tǒng)提出的要求較低

71、 高分辨率組———HRDD和HRPD,這些驅(qū)動程序?qū)ο到y(tǒng)提出的要求較低,方案一：使用switch,class Apcontrol{...public void doDraw(){... switch(RESOLUTION) { case LOW://use lrdd case HIGH://use hrdd

72、 }}public void doPrint(){switch(RESOLUTION) { case LOW://use lrpd case HIGH://use hrpd } }},方案二：使用繼承,Class ApControl{ … public void do

73、Draw(){ … myDisplayDriver.draw(); } public void doPrint(){ … myPrintDriver.print(); }},方案三：使用抽象工廠,Abstract class ResFactory{ abstract public DisplayDriver getdispDr

74、vr(); abstract public PrintDriver getPrtDrvr();}Class LowResFact extends ResFactory{ public DisplayDriver getDispDrvr(){ return new LRDD(); }}Class HighResFact extends ResFactory{ public DisplayDriver g

75、etDispDrvr(){ return new HRDD(); } public PrintDriver getPrtDrvr(){ return new HRPD(); }},Abstract Factory模式的3個關(guān)鍵的概念步驟,Prototype設計模式,Prototype設計模式的目標：創(chuàng)建一系列幾乎相同的對象，它的類型在運行時確定設計模式：假定那個原型實例是已知的，當需要一個新

76、實例時克隆這個原型Prototype設計模式的客戶端接口：Prototype設計模式的類模型：Prototype設計模式的時序圖：Prototype設計模式的應用實例：顧客信息的錄入Prototype設計模式和java APIPrototype設計模式小結(jié),應用,問題假定一個這樣的應用程序，能夠展示辦公設備，給顧客一個所選設備的大概廓。這個應用程序要遵循這樣一個規(guī)則 ：所有桌子的裝飾風格、顏色都是相同的，所有的椅子具有同樣

77、的風格、同樣的花紋，等等設計目標：展示辦公室的代碼只需要編寫一次，桌子、椅子等設計部分在整個設計中以獨立的、可維護的方式出現(xiàn),原型設計舉例:選擇,,,,,,,,,,,Click on choice of storage:,Click on choice of chair:,Click on choice of desk:,Furniture color,Furniture hardware type,colonial,,,,,一個簡

78、單的原型設計模式舉例,設計目標,創(chuàng)建一系列幾乎相同的對象，它的類型在運行時確定,設計模式,假定那個原型實例是已知的，當需要一個新實例時克隆這個原型,Prototype,,具有客戶的原型接口,EnsemblecreateEnsemble(),Client,Part1clone(),Part2clone(),(optional part of interface),客戶通過引用命名為Ensemble的聚合對象來使用Prototype設

79、計模式客戶訪問Prototype應用的方法： CreateEnsemble() CreateEnsemble(Element1 aPrototypeElement1, Element2 aPrototypeElement2…);,Prototype Design Pattern,The Prototype 設計模式的思想,Ensemblec

80、reateEnsemble(),,Client,MyPartclone(): MyPart,MyPartStyleAclone(),MyPartStyleBclone(),,myPartPrototype,1,,// To create a MyPart instance:MyPart p = myPartPrototype.clone();,,Prototype Class Model類模型,EnsemblecreateEn

81、semble(),,Client,Part1clone(),Part2clone(),Part1StyleAclone(),Part1StyleBclone(),Part2StyleAclone(),Part2StyleBclone(),,,part1Prototype,part2Prototype,1,1,,.....// To create a Part1 object:Part1 p1 = part1Prototy

82、pe.clone();….,,Part1StyleB returnObject = new Part1StyleB();….,Part1StyleCclone(),,時序圖,,,,,partNPrototype:PartN,,:Ensemble,createEnsemble(),clone(),,,,,,,partNPrototype:PartNStyleB,,,,:PartNStyleB,PartNStyleB(),,(vi