圖說設(shè)計(jì)模式之建造者模式

1. 模式動機(jī)

無論是在現(xiàn)實(shí)世界中還是在軟件系統(tǒng)中，都存在一些復(fù)雜的對象，它們擁有多個(gè)組成部分，如汽車，它包括車輪、方向盤、發(fā)送機(jī)等各種部件。而對于大多數(shù)用戶而言，無須知道這些部件的裝配細(xì)節(jié)，也幾乎不會使用單獨(dú)某個(gè)部件，而是使用一輛完整的汽車，可以通過建造者模式對其進(jìn)行設(shè)計(jì)與描述，建造者模式可以將部件和其組裝過程分開，一步一步創(chuàng)建一個(gè)復(fù)雜的對象。用戶只需要指定復(fù)雜對象的類型就可以得到該對象，而無須知道其內(nèi)部的具體構(gòu)造細(xì)節(jié)。

在軟件開發(fā)中，也存在大量類似汽車一樣的復(fù)雜對象，它們擁有一系列成員屬性，這些成員屬性中有些是引用類型的成員對象。而且在這些復(fù)雜對象中，還可能存在一些限制條件，如某些屬性沒有賦值則復(fù)雜對象不能作為一個(gè)完整的產(chǎn)品使用；有些屬性的賦值必須按照某個(gè)順序，一個(gè)屬性沒有賦值之前，另一個(gè)屬性可能無法賦值等。

復(fù)雜對象相當(dāng)于一輛有待建造的汽車，而對象的屬性相當(dāng)于汽車的部件，建造產(chǎn)品的過程就相當(dāng)于組合部件的過程。由于組合部件的過程很復(fù)雜，因此，這些部件的組合過程往往被“外部化”到一個(gè)稱作建造者的對象里，建造者返還給客戶端的是一個(gè)已經(jīng)建造完畢的完整產(chǎn)品對象，而用戶無須關(guān)心該對象所包含的屬性以及它們的組裝方式，這就是建造者模式的模式動機(jī)。

2. 模式定義

建造者模式(Builder Pattern)：將一個(gè)復(fù)雜對象的構(gòu)建與它的表示分離，使得同樣的構(gòu)建過程可以創(chuàng)建不同的表示。

建造者模式是一步一步創(chuàng)建一個(gè)復(fù)雜的對象，它允許用戶只通過指定復(fù)雜對象的類型和內(nèi)容就可以構(gòu)建它們，用戶不需要知道內(nèi)部的具體構(gòu)建細(xì)節(jié)。建造者模式屬于對象創(chuàng)建型模式。根據(jù)中文翻譯的不同，建造者模式又可以稱為生成器模式。

3. 模式結(jié)構(gòu)

建造者模式包含如下角色：

• Builder：抽象建造者
• ConcreteBuilder：具體建造者
• Director：指揮者
• Product：產(chǎn)品角色

4. 時(shí)序圖

5. 代碼分析

#include <iostream> #include "ConcreteBuilder.h" #include "Director.h" #include "Builder.h" #include "Product.h"using namespace std;int main(int argc, char *argv[]) {ConcreteBuilder * builder = new ConcreteBuilder();Director director;director.setBuilder(builder);Product * pd = director.constuct();pd->show();delete builder;delete pd;return 0; } #include "ConcreteBuilder.h"ConcreteBuilder::ConcreteBuilder(){} ConcreteBuilder::~ConcreteBuilder(){}void ConcreteBuilder::buildPartA() {m_prod->setA("A Style "); //不同的建造者，可以實(shí)現(xiàn)不同產(chǎn)品的建造 } void ConcreteBuilder::buildPartB() {m_prod->setB("B Style "); } void ConcreteBuilder::buildPartC() {m_prod->setC("C style "); } #include "Director.h"Director::Director(){ }Director::~Director(){ }Product* Director::constuct(){m_pbuilder->buildPartA();m_pbuilder->buildPartB();m_pbuilder->buildPartC();return m_pbuilder->getResult(); }void Director::setBuilder(Builder* buider){m_pbuilder = buider; }

運(yùn)行結(jié)果：

6. 模式分析

抽象建造者類中定義了產(chǎn)品的創(chuàng)建方法和返回方法;

建造者模式的結(jié)構(gòu)中還引入了一個(gè)指揮者類Director，該類的作用主要有兩個(gè)：一方面它隔離了客戶與生產(chǎn)過程；另一方面它負(fù)責(zé)控制產(chǎn)品的生成過程。指揮者針對抽象建造者編程，客戶端只需要知道具體建造者的類型，即可通過指揮者類調(diào)用建造者的相關(guān)方法，返回一個(gè)完整的產(chǎn)品對象

在客戶端代碼中，無須關(guān)心產(chǎn)品對象的具體組裝過程，只需確定具體建造者的類型即可，建造者模式將復(fù)雜對象的構(gòu)建與對象的表現(xiàn)分離開來，這樣使得同樣的構(gòu)建過程可以創(chuàng)建出不同的表現(xiàn)。

7. 實(shí)例

實(shí)例一： KFC套餐

建造者模式可以用于描述KFC如何創(chuàng)建套餐：套餐是一個(gè)復(fù)雜對象，它一般包含主食（如漢堡、雞肉卷等）和飲料（如果汁、 可樂等）等組成部分，不同的套餐有不同的組成部分，而KFC的服務(wù)員可以根據(jù)顧客的要求，一步一步裝配這些組成部分，構(gòu)造一份完整的套餐，然后返回給顧客。

實(shí)例二

#include <iostream> using namespace std;#include "string"class House { public:void setDoor(string door){this->m_door = door;}void setWall(string wall){this->m_wall = wall;}void setWindow(string window){this->m_window = window;}//--string getDoor( ){cout << m_door << endl;return this->m_door ;}string getWall(){cout << m_wall << endl;return this->m_wall;}string getWindow(){cout << m_window << endl;return m_window;}private:string m_door;string m_wall;string m_window; };class Builder { public:virtual void buildWall() = 0;virtual void buildDoor() = 0;virtual void buildWindow() = 0;virtual House* getHouse() = 0; };class FlatBuilder : public Builder { public:FlatBuilder(){m_house = new House;}virtual void buildWall(){m_house->setWall(" flat wall");}virtual void buildDoor(){m_house->setDoor("flat door");}virtual void buildWindow(){m_house->setWindow("flat window");}virtual House* getHouse(){return m_house;} private:House *m_house; };class VillaBuilder : public Builder { public:VillaBuilder(){m_house = new House;}virtual void buildWall(){m_house->setWall(" villa wall");}virtual void buildDoor(){m_house->setDoor("villa door");}virtual void buildWindow(){m_house->setWindow("villa window");}virtual House* getHouse(){return m_house;} private:House *m_house; };class Director { public:Director( Builder * build){m_build = build;}void Construct(){m_build->buildWall();m_build->buildWindow();m_build->buildDoor();} private:Builder * m_build; };int main() {House *house = NULL;Builder *builder = NULL;Director *director = NULL;builder = new VillaBuilder;director = new Director(builder);director->Construct(); house = builder->getHouse();house->getWindow();house->getDoor();delete house;delete builder;builder = new FlatBuilder;director = new Director(builder);director->Construct(); house = builder->getHouse();house->getWindow();house->getDoor();delete house;delete builder;delete director;return 0; }

8. 優(yōu)點(diǎn)

• 在建造者模式中， 客戶端不必知道產(chǎn)品內(nèi)部組成的細(xì)節(jié)，將產(chǎn)品本身與產(chǎn)品的創(chuàng)建過程解耦，使得相同的創(chuàng)建過程可以創(chuàng)建不同的產(chǎn)品對象。
• 每一個(gè)具體建造者都相對獨(dú)立，而與其他的具體建造者無關(guān)，因此可以很方便地替換具體建造者或增加新的具體建造者， 用戶使用不同的具體建造者即可得到不同的產(chǎn)品對象 。
• 可以更加精細(xì)地控制產(chǎn)品的創(chuàng)建過程 。將復(fù)雜產(chǎn)品的創(chuàng)建步驟分解在不同的方法中，使得創(chuàng)建過程更加清晰，也更方便使用程序來控制創(chuàng)建過程。
• 增加新的具體建造者無須修改原有類庫的代碼，指揮者類針對抽象建造者類編程，系統(tǒng)擴(kuò)展方便，符合“開閉原則”。

9. 缺點(diǎn)

• 建造者模式所創(chuàng)建的產(chǎn)品一般具有較多的共同點(diǎn)，其組成部分相似，如果產(chǎn)品之間的差異性很大，則不適合使用建造者模式，因此其使用范圍受到一定的限制。
• 如果產(chǎn)品的內(nèi)部變化復(fù)雜，可能會導(dǎo)致需要定義很多具體建造者類來實(shí)現(xiàn)這種變化，導(dǎo)致系統(tǒng)變得很龐大。

10. 適用環(huán)境

在以下情況下可以使用建造者模式：

• 需要生成的產(chǎn)品對象有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這些產(chǎn)品對象通常包含多個(gè)成員屬性。
• 需要生成的產(chǎn)品對象的屬性相互依賴，需要指定其生成順序。
• 對象的創(chuàng)建過程獨(dú)立于創(chuàng)建該對象的類。在建造者模式中引入了指揮者類，將創(chuàng)建過程封裝在指揮者類中，而不在建造者類中。
• 隔離復(fù)雜對象的創(chuàng)建和使用，并使得相同的創(chuàng)建過程可以創(chuàng)建不同的產(chǎn)品。

11. 模式應(yīng)用

在很多游戲軟件中，地圖包括天空、地面、背景等組成部分，人物角色包括人體、服裝、裝備等組成部分，可以使用建造者模式對其進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過不同的具體建造者創(chuàng)建不同類型的地圖或人物。

12. 模式擴(kuò)展

建造者模式的簡化:

• 省略抽象建造者角色：如果系統(tǒng)中只需要一個(gè)具體建造者的話，可以省略掉抽象建造者。
• 省略指揮者角色：在具體建造者只有一個(gè)的情況下，如果抽象建造者角色已經(jīng)被省略掉，那么還可以省略指揮者角色，讓

Builder角色扮演指揮者與建造者雙重角色。

建造者模式與抽象工廠模式的比較:

• 與抽象工廠模式相比， 建造者模式返回一個(gè)組裝好的完整產(chǎn)品 ，而 抽象工廠模式返回一系列相關(guān)的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品位于不同的產(chǎn)品等級結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了一個(gè)產(chǎn)品族。
• 在抽象工廠模式中，客戶端實(shí)例化工廠類，然后調(diào)用工廠方法獲取所需產(chǎn)品對象，而在建造者模式中，客戶端可以不直接調(diào)用建造者的相關(guān)方法，而是通過指揮者類來指導(dǎo)如何生成對象，包括對象的組裝過程和建造步驟，它側(cè)重于一步步構(gòu)造一個(gè)復(fù)雜對象，返回一個(gè)完整的對象。
• 如果將抽象工廠模式看成 汽車配件生產(chǎn)工廠 ，生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品族的產(chǎn)品，那么建造者模式就是一個(gè) 汽車組裝工廠 ，通過對部件的組裝可以返回一輛完整的汽車。

13. 總結(jié)

• 建造者模式將一個(gè)復(fù)雜對象的構(gòu)建與它的表示分離，使得同樣的構(gòu)建過程可以創(chuàng)建不同的表示。建造者模式是一步一步創(chuàng)建一個(gè)復(fù)雜的對象，它允許用戶只通過指定復(fù)雜對象的類型和內(nèi)容就可以構(gòu)建它們，用戶不需要知道內(nèi)部的具體構(gòu)建細(xì)節(jié)。建造者模式屬于對象創(chuàng)建型模式。
• 建造者模式包含如下四個(gè)角色：抽象建造者為創(chuàng)建一個(gè)產(chǎn)品對象的各個(gè)部件指定抽象接口；具體建造者實(shí)現(xiàn)了抽象建造者接口，實(shí)現(xiàn)各個(gè)部件的構(gòu)造和裝配方法，定義并明確它所創(chuàng)建的復(fù)雜對象，也可以提供一個(gè)方法返回創(chuàng)建好的復(fù)雜產(chǎn)品對象；產(chǎn)品角色是被構(gòu)建的復(fù)雜對象，包含多個(gè)組成部件；指揮者負(fù)責(zé)安排復(fù)雜對象的建造次序，指揮者與抽象建造者之間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以在其construct()建造方法中調(diào)用建造者對象的部件構(gòu)造與裝配方法，完成復(fù)雜對象的建造
• 在建造者模式的結(jié)構(gòu)中引入了一個(gè)指揮者類，該類的作用主要有兩個(gè)：一方面它隔離了客戶與生產(chǎn)過程；另一方面它負(fù)責(zé)控制產(chǎn)品的生成過程。指揮者針對抽象建造者編程，客戶端只需要知道具體建造者的類型，即可通過指揮者類調(diào)用建造者的相關(guān)方法，返回一個(gè)完整的產(chǎn)品對象。
• 建造者模式的主要優(yōu)點(diǎn)在于客戶端不必知道產(chǎn)品內(nèi)部組成的細(xì)節(jié)，將產(chǎn)品本身與產(chǎn)品的創(chuàng)建過程解耦，使得相同的創(chuàng)建過程可以創(chuàng)建不同的產(chǎn)品對象，每一個(gè)具體建造者都相對獨(dú)立，而與其他的具體建造者無關(guān)，因此可以很方便地替換具體建造者或增加新的具體建造者，符合“開閉原則”，還可以更加精細(xì)地控制產(chǎn)品的創(chuàng)建過程；其主要缺點(diǎn)在于由于建造者模式所創(chuàng)建的產(chǎn)品一般具有較多的共同點(diǎn)，其組成部分相似，因此其使用范圍受到一定的限制，如果產(chǎn)品的內(nèi)部變化復(fù)雜，可能會導(dǎo)致需要定義很多具體建造者類來實(shí)現(xiàn)這種變化，導(dǎo)致系統(tǒng)變得很龐大。
• 建造者模式適用情況包括：需要生成的產(chǎn)品對象有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這些產(chǎn)品對象通常包含多個(gè)成員屬性；需要生成的產(chǎn)品對象的屬性相互依賴，需要指定其生成順序；對象的創(chuàng)建過程獨(dú)立于創(chuàng)建該對象的類；隔離復(fù)雜對象的創(chuàng)建和使用，并使得相同的創(chuàng)建過程可以創(chuàng)建不同類型的產(chǎn)品。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的学习《图说设计模式》建造者模式的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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