如何在C++教学中引入设计模式的思想.docVIP

如何在C++教学中引入初步的设计模式思想 向 华 (长江大学计算机科学学院，湖北荆州 434100) [摘要] 本文从教学的角度阐述了如何在C++程序设计课中引入初步设计模式的思想的方法，简单说明了设计模式在面向对象程序设计教学中的重要性，并以一个实际可操作性的案例为进行论述，在实践中取得了良好的教学效果。 [关键字] 设计模式 案例 抽象工厂 引言 C++语言程序设计是计算机类专业的专业基础课，本课程的主要目的是培养学生的基本编程能力、基本的软件逻辑思维方法以及基本的面向对象思维方法[1]，但从实际教学情况看，本课程学完之后，很多同学遇到具体的问题时，很少有同学用面向对象的类结构解决问题，即使设计了类，也是把各种功能揉进一个类中，然后“按顺序”调用，经过了解，很多同学感觉学了C++后，在解决某一个具体问题时，直接设计使用C++的函数就可以解决问题，对于设计类，然后借助对象搭建程序反而感觉更“麻烦”。分析其原因，主要是由于我们在教学过程中，过于注重C++的语法解析，所举的应用实例都是为了理解语法的方便比较简单的计算型的，较少涉及到逻辑关系复杂，代码量较长的问题，所以无法让学生从根本上理解面向对象程序设计的好处，又由于课时安排的原因，在整个本科教学过程中又无法开设《设计模式》这门课，这样导致部分同学在后面的学习过程无法遇到问题，还是无法很好的利用面向对象的可复用思想解决问题。 C++教学中引入设计模式思想的案例 设计模式使人们可以更加简单方便地复用成功的设计和体系结构，给同学们传递的最主要的是可复用的面向对象的思想，现有的23个模式是实现这一思想的主要模式[2]，但如果在教学中不加选择的笼统介绍给同学们，在还不是很熟练的掌握C++的语法的情况下，会让大家更是一头雾水，所以，对准备给同学们讲的模式应当有代表性，实现起来又比较容易，同时，使同学们切身感受到设计模式的好处。经过笔者教学过程中的摸索，给出了一个比较好的教学思路，下面以一个讲解抽象工厂模式的例子说明教学引入过程。 1.前期铺垫 在讲解函数一章时，布置下函数作业，要求同学们分别写出求圆、正方形、矩形、梯形、三角形面积的函数，从实践情况看，大部分同学在这一阶段可以很好的完成任务，给出所要求的程序，同学们作业中一般的函数结构是： Double AreaOFTectangle(double); //求三角型面积。其它几种图形面积求法类似。 2.创建类对象求面积 在进入面向对象程序设计讲解时引入类的概念之后，要求同学们完成构建圆、正方形、矩形、梯形、三角形类，并用各个类分别创建一个对象实例，然后求出总面积输出。 此阶段在同学们的作业中多出现类似下面的程序结构： Circle c(3.0); //圆对象 Square Sq(4.0); //正方形对象 Rectangle R(5.0,6.0); //矩形对象 Trapezoid Tra(6.0,4.0,3.0); //矩形对象 Triangle Tri(5.0,3.0.4.0); //三角形对象 Double AreaSum=C.ReturnArea()+Sq.ReturnArea()+R.ReturnArea()+Tra.ReturnArea()+Tri.ReturnArea();//面积求和计算 3.提出问题 在深入学习过多态性与虚函数一节之后，向同学们提新的要求，可否提供一个基类[3]，把所有图形的面积计算都做成一个统一的接口，由于已经学过虚函数还有继承，所以同学们会很自然想到用虚基类的继承形式，形成如下的类结构图。 图表 1 图形类继承关系 此结构其实已经是抽象工厂模式了，只是同学们还不知道如何发挥它的作用，在这里用进一步的问同学们如何得到一组图形的面积和？用以引导同学们进一步探讨此模式的用法。在恰当的时候，老师可以给出解决方案： Figure *pFig[n]; pFig[0]=new Circle(3.0); //圆对象 pFig[1]= new Square (4.0); //正方形对象 pFig[2]= new Rectangle(5.0,6.0); //矩形对象 pFig[3]= new Trapezoid(6.0,4.0,3.0); //矩形对象 pFig[4]= new Triangle(5.0,3.0.4.0); //三角形对象 ….. //统一通过基在指针调用子类对象的面积函数 for(int i=0;in;i++) AreaSum +=pFig[i]-ReturnArea(); 此例演示完成后，则可以给同学们给出规范化的抽象工厂模式的结构图和描述，如下图，描述略。 图表 2 抽象工厂模式 至此，在抽象工厂模式的讲解完成，用类似的先实践后理论总结的方法笔者也尝试讲