4、使用工厂方法模式设计能够实现包含加法（+）、减法（-）、乘法（*）、除法（/）四种运算的计算机程序，要求输入两个数和运算符，得到运算结果。要求使用相关的工具绘制UML类图并严格按照类图的设计编写程序实现。

在设计这个程序时，我们可以采用工厂方法模式，这是一种创建型设计模式，它提供了一种创建对象的最佳方式，而无需暴露其内部细节。在这个场景中，我们将创建一个运算符接口和一系列的具体运算实现类，然后通过工厂类来选择并创建相应的运算。

首先，我们画出UML类图：

1. **Operator** (运算符接口)
- 方法: operate(num1, num2)

2. **Addition** (加法类)
- 实现 Operator 接口
- 方法: operate() 返回 num1 + num2

3. **Subtraction** (减法类)
- 实现 Operator 接口
- 方法: operate() 返回 num1 - num2

4. **Multiplication** (乘法类)
- 实现 Operator 接口
- 方法: operate() 返回 num1 * num2

5. **Division** (除法类)
- 实现 Operator 接口
- 方法: operate() 返回 num1 / num2 (需要处理除数为0的情况)

6. **CalculatorFactory** (计算器工厂类)
- 方法: createOperator(String operator) 根据运算符返回对应的运算类实例

以下是按照类图编写的部分代码：

// 运算符接口
public interface Operator {
    double operate(double num1, double num2);
}

// 具体运算类
public class Addition implements Operator {
    @Override
    public double operate(double num1, double num2) {
        return num1 + num2;
    }
}

public class Subtraction implements Operator {
    @Override
    public double operate(double num1, double num2) {
        return num1 - num2;
    }
}

public class Multiplication implements Operator {
    @Override
    public double operate(double num1, double num2) {
        return num1 * num2;
    }
}

public class Division implements Operator {
    @Override
    public double operate(double num1, double num2) throws ArithmeticException {
        if (num2 == 0) {
            throw new ArithmeticException("Divisor cannot be zero");
        }
        return num1 / num2;
    }
}

// 计算器工厂类
public class CalculatorFactory {
    public static Operator createOperator(String operator) {
        switch (operator) {
            case "+":
                return new Addition();
            case "-":
                return new Subtraction();
            case "*":
                return new Multiplication();
            case "/":
                return new Division();
            default:
                throw new IllegalArgumentException("Invalid operator");
        }
    }
}

用户可以这样使用：

double result;
try {
    String operator = getUserInput(); // 获取用户的输入
    Operator calculator = CalculatorFactory.createOperator(operator);
    result = calculator.operate(getNum1(), getNum2());
} catch (ArithmeticException e) {
    System.out.println(e.getMessage());
}
System.out.println("Result: " + result);