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Design Pattern Practice 1.序 本文从一个简单的多列排序的例子入手,由浅入深地讲解Design Pattern(设计模式)的目的、分析和实践。 文中的例子用到Compositor Pattern和Decorator Pattern。 同时,文中的例子也提供了一类问题(条件组合问题)的解决方案。
2.问题的引入 Design Pattern(设计模式)的目标是,把共通问题中的不变部分和变化部分分离出来。不变的部分,就构成了Design Pattern(设计模式)。这一点和Framework(框架)有些象。 下面举个排序的例子,说明如何抽取问题中的不变部分。 假设一个Java类Record有field1,field2,field3等字段。 java代码:
public class Record{ public int field1; public long field2; public double filed3; };
我们还有一个Record对象的数组Record[] records。我们需要对这个数组按照不同的条件排序。 首先,按照field1的大小从小到大进行升序排序。 排序函数如下: java代码:
void sort(Record[] records){ for(int i =….){ for(int j=….){ if(records.field1 > records[j].field1) // swap records and records[j] } } }
其次,按照field2的大小从小到大进行升序排序。 java代码:
void sort(Record[] records){ for(int i =….){ for(int j=….){ if(records.field2 > records[j].field2) // swap records and records[j] } } }
再次,按照field3的大小从小到大进行升序排序。 这种要求太多了,我们写了太多的重复代码。我们可以看到,问题的变化部分,只有判断条件部分(黑体的if条件判断语句)。 我们可以引入一个Comparator接口,把这个变化的部分抽取出来。 java代码:
public interface Comparator(){ public boolean greaterThan(Record a, Record b); }; sort函数就可以这样写(把判断条件作为参数): void sort(Record[] records, Comparator compare){ for(int i =….){ for(int j=….){ if(compare.greaterThen(records, records[j])) // swap records and records[j] } } }
这样,对应第一个要求——对records数组按照field1的大小排序。 我们可以做一个实现Comparator接口的CompareByField1类。 java代码:
public class CompareByField1 implements Comparator{ public boolean greaterThan(Record a, Record b){ if(a.filed1 > b.filed1){ return ture; } return false; } }
sort函数的调用为:sort(records, new CompareByField1());
这样,对应第一个要求——对records数组按照field2的大小排序。 我们可以做一个实现Comparator接口的CompareByField2类。
java代码:
public class CompareByField2 implements Comparator{ public boolean greaterThan(Record a, Record b){ if(a.filed2 > b.filed2){ return ture; } return false; } }
sort函数的调用为:sort(records, new CompareByField2()); 按照C++ STL的叫法,这里的sort称为算法(Algorithm),records称为容器(集合),Comparator称为函数对象(Function Object)。
JDK的java.util.Collections类的sort方法和java.util.Comparator接口就是按照这样的思路设计的。下面我们来看看如何应用sort和Comparator解决多列排序问题。
3.多列排序问题 3.1排序条件的数量 我们知道,SQL语句能够实现强大的排序功能,能够按照不同字段的排列进行排序,也能够按照升序,降序排序。比如下面的语句。 order by field1 asc, field2 asc, field3 desc。
这个排序条件按照field1的升序,field2的升序,field3的降序排序。 注意,排在前面的字段具有较高的优先级。 比如,两条纪录A和B,满足如下条件:(1)A.field1 > B.field1,(2)A.field2 < B.field2。 这时如果按照order by field1, field2语句排序,那么 A > B。 如果上述条件中的(1)A.field1 > B.field1变化为A.field1 == B.field1。这时,条件(2)就会起作用。这时,A < B。
我们来看看在Java中如何实现这种灵活而强大的排序。 我们还是以上一节的Record类为例。Record类有3个字段,我们来看一看,有多少种可能的排序条件。 (1)按field1排序。(2)按field2排序。(3)按field3排序。(4)按field1,field2排序。(5)按field1升序,按field2降序排序…...
各种排序条件的排列组合,大概共有30种。而且,随着字段个数的增长,排序条件的个数呈幂级数的增长。 按照上一节的sort和Comparator方法,如果我们需要达到按照任意条件进行排序的目的,那么我们需要为每一个排序条件提供一个Comparator,我们需要30个Comparator类。 当然,我们不会这么做,我们能够进一步提取这个问题中的相同重复部分,优化我们的解决方案。
3.2 问题分析 我们来分析这个问题中变化的部分和不变的部分。 上面所有的排序条件中,不变的部分有3部分:(1)A.field1和B.field1的比较,(2)A.field2和B.field2的比较,(3)A.field3和B.field3的比较;变化的部分有两部分,(1)这三种比较条件的任意组合排列,(2)升序和降序。 根据这段分析,我们引入两个类,ReverseComparator类和CompositeComparator类。 CompositeComparator类用来解决字段的组合排列问题。 ReverseComparator类用来解决字段的升序、降序问题。
3.3 ReverseComparator类的代码
java代码:
import java.util.Comparator;
public class ReverseComparator implements Comparator{ /** *//** the original comparator*/ private Comparator originalComparator = null;
/** *//** constructor takes a comparator as parameter */ public ReverseComparator(Comparator comparator){ originalComparator = comparator; }
/** *//** reverse the result of the original comparator */ public int compare(Object o1, Object o2){ return - originalComparator.compare(o1, o2); } }
3.4 CompositeComparator类的代码
java代码:
import java.util.Comparator; import java.util.Iterator; import java.util.List; import java.util.LinkedList;
public class CompositeComparator implements Comparator{ /** *//** in the condition list, comparators' priority decrease from head to tail */ private List comparators = new LinkedList();
/** *//** get the comparators, you can manipulate it as need.*/ public List getComparators(){ return comparators; }
/** *//** add a batch of comparators to the condition list */ public void addComparators(Comparator[] comparatorArray){ if(comparatorArray == null){ return; }
for(int i = 0; i < comparatorArray.length; i++){ comparators.add(comparatorArray); } }
/** *//** compare by the priority */ public int compare(Object o1, Object o2){ for(Iterator iterator = comparators.iterator(); iterator.hasNext();){ Comparator comparator = (Comparator)iterator.next();
int result = comparator.compare(o1, o2);
if(result != 0){ return result; } }
return 0; } }
3.5 Comparator的组合应用 这一节讲述上面两个类的用法。 对应前面的排序问题,我们只需要3个Comparator类: (1)Field1Comaprator; (2)Field2Comaprator; (3)Field3Comaprator。
下面举例说明,如何组合这些Comparator实现不同的排序条件。 (1)order by field1, field2
java代码:
CompoiComparator myComparator = new CompoiComparator(); myComparator. addComparators( new Comparator[]{new Field1Comaprator (), new Field2Comaprator ()}; );
// records is a list of Record Collections.sort(records, myComparator);
(2)order by field1 desc, field2
java代码:
CompoiComparator myComparator = new CompoiComparator(); myComparator. addComparators( new Comparator[]{ new ReverseComparator(new Field1Comaprator ()), new Field2Comaprator ()}; );
// records is a list of Record Collections.sort(records, myComparator);
这里提供的ReverseComparator类和CompositeComparator类都采用了Decorator Pattern。 CompositeComparator类同时也是Composite Pattern。
4.过滤条件的排列组合 (多谢shinwell指正,我改正了后面的代码)
过滤条件问题也属于条件组合问题的范畴。比如JDK提供的java.io.File类提供了一个文件过滤方法listFile(FileFilter),用户可以定制不同的FileFilter,实现不同的过滤条件,比如文件时间在某个范围内;文件后缀名,文件名符合某种模式;是目录,还是文件,等等。 同样,我们可以应用上述的解决方法,实现灵活的过滤条件组合——用一个CompositeFilter类任意组合过滤条件,用一个ReverseFilter类作为排除条件。 4.1 CompositeFilter类的代码
java代码:
import java.io.FileFilter; import java.io.File;
import java.util.Iterator; import java.util.List; import java.util.LinkedList;
public class CompositeFilter implements FileFilter {
/** *//** in the filter list, every condition should be met. */ private List filters = new LinkedList();
/** *//** get the filters, you can manipulate it as need.*/ public List getFilters(){ return filters; }
/** *//** add a batch of filters to the condition list */ public void addFilters(FileFilter[] filterArray){ if(filterArray == null){ return; }
for(int i = 0; i < filterArray.length; i++){ filters.add(filterArray); } }
/** *//** must meet all the filter condition */ public boolean accept(File pathname) { for(Iterator iterator = filters.iterator(); iterator.hasNext();){ FileFilter filter = (FileFilter)iterator.next();
boolean result = filter.accept(pathname);
// if any condition can not be met, return false. if(result == false){ return false; } }
// all conditions are met, return true. return true; } }
4.2 ReverseFilter类的代码 java代码:
import java.io.FileFilter; import java.io.File;
public class ReverseFilter implements FileFilter { /** *//** the original filter*/ private FileFilter originalFilter = null;
/** *//** constructor takes a filter as parameter */ public ReverseFilter(FileFilter filter){ originalFilter = filter; }
/** *//** must meet all the filter condition */ public boolean accept(File pathname) { return !originalFilter.accept(pathname); } }
5.总结 本文讲述了Design Pattern的分析和实践,并阐述了一类条件组合问题的解决思路。 |