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设计模式-建造者模式(转自：http://www.cnblogs.com/cbf4life/archive/2010/01/14/1647710.html)...

發布時間：2025/5/22 65 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了设计模式-建造者模式(转自：http://www.cnblogs.com/cbf4life/archive/2010/01/14/1647710.html)... 小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

11.1 變化是永恒的

????? 又是一個周三，快要下班了，老大突然拉住我，喜滋滋地告訴我:“牛叉公司很滿意我們做的模型，又簽訂了一個合同，把奔馳、寶馬的車輛模型都交給我們公司制作了，不過這次又額外增加了一個新需求：汽車的啟動、停止、喇叭聲音、引擎聲音都由客戶自己控制，他想什么順序就什么順序，這個沒問題吧?”

????? 看著老大殷切的目光，我還能說啥？非常肯定地點頭，“沒問題！”，加班加點做唄，“再苦再累就當自己二百五！再難再險就當自己二皮臉！與君共勉！”這句話說出了俺的心聲。

????? 那任務是接下來，又是一個時間緊，工程量大的項目，為什么是“又”呢？因為基本上每個項目都是如此，我該怎么來完成這個任務呢？

????? 首先我們分析一下需求，奔馳、寶馬都是一個產品，他們有共有的屬性，牛叉公司關心的是單個模型的運行過程：奔馳模型A是先有引擎聲音，然后再響喇叭；奔馳模型B是先啟動起來，然后再有引擎聲音，這才是牛叉公司要關心的，那到我們老大這邊呢，就是滿足人家的要求，要什么順序就立馬能產生什么順序的模型出來，我就負責把老大的要求實現出來，而且還要是批量的，也就是說牛叉公司下單訂購寶馬A車模，我們老大馬上就找我“生產一個這樣的車模，啟動完畢后，喇叭響一下”，然后我們就準備開始批量生產這些模型。由我生產出N多個奔馳和寶馬車輛模型，這些車輛模型的都有run()方法，但是具體到每一個模型的run()方法中間的執行任務的順序是不同的，老大說要啥順序，我就給啥順序，最終客戶買走后只能是既定的模型。好，需求還是比較復雜，我們先一個一個的解決，先從找一個最簡單的切入點——產品類，每個車都是一個產品，如圖11-1所示。

圖11-1 汽車模型類圖

????? 類圖比較簡單，在CarModel中我們定義了一個setSequence方法，車輛模型的這幾個動作要如何排布，是在這個ArrayList中定義的，然后run()方法根據sequence定義的順序完成指定的順序動作，與我們上一章節介紹的模板方法模式是不是非常類似？好，我們先看CarModel源代碼，如代碼清單11-1所示。

代碼清單11-1 車輛模型的抽象類

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63

public?abstract?class?CarModel { //這個參數是各個基本方法執行的順序 private?ArrayList<String> sequence = new?ArrayList<String>(); //模型是啟動開始跑了 protected?abstract?void?start(); //能發動，那還要能停下來，那才是真本事 protected?abstract?void?stop(); //喇叭會出聲音，是滴滴叫，還是嗶嗶叫 protected?abstract?void?alarm(); //引擎會轟隆隆地響，不響那是假的 protected?abstract?void?engineBoom(); //那模型應該會跑吧，別管是人推的，還是電力驅動，總之要會跑 final public?void?run() { //循環一邊，誰在前，就先執行誰 for(int?i=0;i<this.sequence.size();i++){ String actionName = this.sequence.get(i); if(actionName.equalsIgnoreCase("start")){ this.start(); //開啟汽車 }else?if(actionName.equalsIgnoreCase("stop")){ this.stop(); //停止汽車 }else?if(actionName.equalsIgnoreCase("alarm")){ this.alarm(); //喇叭開始叫了 }else?if(actionName.equalsIgnoreCase("engine boom")){ //如果是engine boom關鍵字 this.engineBoom(); //引擎開始轟鳴 } } } //把傳遞過來的值傳遞到類內 final public?void?setSequence(ArrayList<String> sequence){ this.sequence = sequence; } }

CarModel的設計原理是這樣的，setSequence方法是允許客戶自己設置一個順序，是要先啟動響一下喇叭再跑起來，還是要先響一下喇叭再啟動，對于一個具體的模型永遠都固定的，但是對N多個模型就是動態的了。在子類中實現父類的基本方法，run()方法讀取sequence，然后遍歷sequence中的字符串，哪個字符串在先，就先執行哪個方法。

兩個實現類分別實現父類的基本方法，奔馳模型如代碼清單11-2所示。

代碼清單11-2 奔馳模型代碼

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

public?class?BenzModel extends CarModel { protected?void?alarm() { System.out.println("奔馳車的喇叭聲音是這個樣子的..."); } protected?void?engineBoom() { System.out.println("奔馳車的引擎室這個聲音的..."); } protected?void?start() { System.out.println("奔馳車跑起來是這個樣子的..."); } protected?void?stop() { System.out.println("奔馳車應該這樣停車..."); } }

????? 寶馬車模型如代碼清單11-3所示。

代碼清單11-3 寶馬模型代碼

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

public?class?BMWModel extends CarModel { protected?void?alarm() { System.out.println("寶馬車的喇叭聲音是這個樣子的..."); } protected?void?engineBoom() { System.out.println("寶馬車的引擎室這個聲音的..."); } protected?void?start() { System.out.println("寶馬車跑起來是這個樣子的..."); } protected?void?stop() { System.out.println("寶馬車應該這樣停車..."); } }

????? 兩個產品的實現類都完成，我們來模擬一下牛叉公司的要求：生產1件奔馳模型，要求跑的時候，先發動引擎，然后再掛檔啟動，然后停下來，不需要喇叭。這個需求很容易滿足，我們增加一個場景類實現該需求，如代碼清單11-4所示。

代碼清單11-4 寶馬模型代碼

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33

public?class?Client { public?static?void?main(String[] args) { /* * 客戶告訴牛叉公司，我要這樣一個模型，然后牛叉公司就告訴我老大 * 說要這樣一個模型，這樣一個順序，然后我就來制造 */ BenzModel benz = new?BenzModel(); //存放run的順序 ArrayList<String> sequence = new?ArrayList<String>(); sequence.add("engine boom"); //客戶要求，run的時候時候先發動引擎 sequence.add("start"); //啟動起來 sequence.add("stop"); //開了一段就停下來 //我們把這個順序賦予奔馳車 benz.setSequence(sequence); benz.run(); } }

????? 運行結果如下所示。

奔馳車的引擎是這個聲音的...

奔馳車跑起來是這個樣子的...

奔馳車應該這樣停車...

????? 看，我們組裝了這樣的一輛汽車，滿足了牛叉公司的需求了。但是想想我們的需求，汽車的動作執行順序是要能夠隨意調整的，我們只滿足了一個需求，還要下一個需求呀，然后是第2件寶馬模型，只要啟動、停止，其他的什么都不要，第3件模型，先喇叭，然后啟動，然后停止，第4件...直到把你逼瘋為止，那怎么辦？我們就一個一個的來寫場景類滿足嗎？不可能了，那我們要想辦法來解決這個問題，有了！我們為每種模型產品模型定義一個建造者，你要啥順序直接告訴建造者，由建造者來建造，于是乎我們就有了如圖11-2所示的類圖。

圖11-2 增加了建造者的汽車模型類圖

????? 增加了一個CarBuilder抽象類，由它來組裝各個車模，要什么類型什么順序的車輛模型，都由相關的子類完成，首先編寫CarBuilder代碼，如代碼清單11-5所示。

代碼清單11-5 抽象汽車組裝者

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

public?abstract?class?CarBuilder { //建造一個模型，你要給我一個順序要，就是組裝順序 public?abstract?void?setSequence(ArrayList<String> sequence); //設置完畢順序后，就可以直接拿到這個車輛模型 public?abstract?CarModel getCarModel(); }

????? 很簡單，每個車輛模型都要有確定的運行順序，然后才能返回一個車輛模型。奔馳車的組裝者如代碼清單11-6所示。

代碼清單11-6 奔馳車組裝者

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

public?class?BenzBuilder extends CarBuilder { private?BenzModel benz = new?BenzModel(); public?CarModel getCarModel() { return?this.benz; } public?void?setSequence(ArrayList<String> sequence) { this.benz.setSequence(sequence); } }

????? 非常簡單實用的程序，給定一個汽車的運行順序，然后就返回一個奔馳車，簡單了很多，寶馬車的組裝與此相同，如代碼清單11-7所示。

代碼清單11-7 寶馬車組裝者

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

public?class?BMWBuilder extends CarBuilder { private?BMWModel bmw = new?BMWModel(); public?CarModel getCarModel() { return?this.bmw; } public?void?setSequence(ArrayList<String> sequence) { this.bmw.setSequence(sequence); } }

????? 兩個組裝者都完成了，我們再來看看牛叉公司的需求如何滿足，修改一下場景類，如代碼清單11-8所示。

代碼清單11-8 修改后的場景類

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39

public?class?Client { public?static?void?main(String[] args) { /* * 客戶告訴牛叉公司，我要這樣一個模型，然后牛叉公司就告訴我老大 * 說要這樣一個模型，這樣一個順序，然后我就來制造 */ ArrayList<String> sequence = new?ArrayList<String>(); //存放run的順序 sequence.add("engine boom"); //客戶要求，run的時候時候先發動引擎 sequence.add("start"); //啟動起來 sequence.add("stop"); //開了一段就停下來 //要一個奔馳車： BenzBuilder benzBuilder = new?BenzBuilder(); //把順序給這個builder類，制造出這樣一個車出來 benzBuilder.setSequence(sequence); //制造出一個奔馳車 BenzModel benz = (BenzModel)benzBuilder.getCarModel(); //奔馳車跑一下看看 benz.run(); } }

????? 運行結果如下所示。

奔馳車的引擎是這個聲音的...

奔馳車跑起來是這個樣子的...

奔馳車應該這樣停車...

????? 那如果我再想要個同樣順序的寶馬車呢？很簡單，再次修改一下場景類，如代碼清單11-9所示。

代碼清單11-9 相同順序的寶馬車的場景類

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41

public?class?Client { public?static?void?main(String[] args) { ArrayList<String> sequence = new?ArrayList<String>(); //存放run的順序 sequence.add("engine boom"); //客戶要求，run的時候時候先發動引擎 sequence.add("start"); //啟動起來 sequence.add("stop"); //開了一段就挺下來 //要一個奔馳車： BenzBuilder benzBuilder = new?BenzBuilder(); //把順序給這個builder類，制造出這樣一個車出來 benzBuilder.setSequence(sequence); //制造出一個奔馳車 BenzModel benz = (BenzModel)benzBuilder.getCarModel(); //奔馳車跑一下看看 benz.run(); //按照同樣的順序，我再要一個寶馬 BMWBuilder bmwBuilder = new?BMWBuilder(); bmwBuilder.setSequence(sequence); BMWModel bmw = (BMWModel)bmwBuilder.getCarModel(); bmw.run(); } }

????? 運行結果如下所示。

奔馳車的引擎是這個聲音的...

奔馳車跑起來是這個樣子的...

奔馳車應該這樣停車...

寶馬車的引擎是這個聲音的...

寶馬車跑起來是這個樣子的...

寶馬車應該這樣停車...

????? 看，同樣運行順序的寶馬車也生產出來了，而且代碼是不是比剛開始直接訪問產品類(Procuct)簡單了很多。我們在做項目時，經常會有一個共識：需求是無底洞，是無理性的，不可能你告訴它不增加需求就不增加，這四個過程（start、stop、alarm、engineBoom）按照排列組合有很多種，牛叉公司可以隨意組合，它要什么順序的車模我就必須生成什么順序的車模，客戶可是上帝！那我們不可能預知他們要什么順序的模型呀，怎么辦？封裝一下，找一個導演，指揮各個事件的先后順序，然后為每種順序指定一個代碼，你說一種我們立刻就給你生產處理，好方法，厲害！我們先修正一下類圖，如圖11-3所示。

圖11-3 完整汽車模型類圖

????? 類圖看著復雜了，但是還是比較簡單，我們增加了一個Director類，負責按照指定的順序生產模型，其中方法說明如下：

getABenzModel方法

????? 組建出A型號的奔馳車輛模型，其過程為只有啟動（start）、停止(stop)方法，其他的引擎聲音、喇叭都沒有。

getBBenzModel方法

????? 組建出B型號的奔馳車，其過程為先發動引擎（engine boom）,然后啟動(star),再然后停車(stop),沒有喇叭。

getCBMWModel方法

????? 組建出C型號的寶馬車，其過程為先喇叭叫一下（alarm），然后（start）,再然后是停車(stop)，引擎不轟鳴。

getDBMWModel方法

????? 組建出D型號的寶馬車，其過程就一個啟動(start)，然后一路跑到黑，永動機，沒有停止方法，沒有喇叭，沒有引擎轟鳴。

????? 其他的E型號、F型號……等等，可以有很多，啟動(start)、停止(stop)、喇叭(alarm)、引擎轟鳴(engine boom)這四個方法在這個類中可以隨意的自由組合，有幾種呢？好像是排列組合，這個不會算，高中數學沒學好，反正有很多種了，都可以實現。Director類如代碼清單11-10所示。

代碼清單11-10 導演類

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105

public?class?Director { private?ArrayList<String> sequence = new?ArrayList(); private?BenzBuilder benzBuilder = new?BenzBuilder(); private?BMWBuilder bmwBuilder = new?BMWBuilder(); /* * A類型的奔馳車模型，先start,然后stop,其他什么引擎了，喇叭一概沒有 */ public?BenzModel getABenzModel(){ //清理場景，這里是一些初級程序員不注意的地方 this.sequence.clear(); //這只ABenzModel的執行順序 this.sequence.add("start"); this.sequence.add("stop"); //按照順序返回一個奔馳車 this.benzBuilder.setSequence(this.sequence); return?(BenzModel)this.benzBuilder.getCarModel(); } /* * B型號的奔馳車模型，是先發動引擎，然后啟動，然后停止，沒有喇叭 */ public?BenzModel getBBenzModel(){ this.sequence.clear(); this.sequence.add("engine boom"); this.sequence.add("start"); this.sequence.add("stop"); this.benzBuilder.setSequence(this.sequence); return?(BenzModel)this.benzBuilder.getCarModel(); } /* * C型號的寶馬車是先按下喇叭（炫耀嘛），然后啟動，然后停止 */ public?BMWModel getCBMWModel(){ this.sequence.clear(); this.sequence.add("alarm"); this.sequence.add("start"); this.sequence.add("stop"); this.bmwBuilder.setSequence(this.sequence); return?(BMWModel)this.bmwBuilder.getCarModel(); } /* * D類型的寶馬車只有一個功能，就是跑，啟動起來就跑，永遠不停止，牛叉 */ public?BMWModel getDBMWModel(){ this.sequence.clear(); this.sequence.add("start"); this.bmwBuilder.setSequence(this.sequence); return?(BMWModel)this.benzBuilder.getCarModel(); } /* * 這里還可以有很多方法，你可以先停止，然后再啟動，或者一直停著不動，靜態的嘛 * 導演類嘛，按照什么順序是導演說了算 */ }

????? 順便說一下，大家看一下程序中有很多this調用，這個我一般是這樣要求項目組成員的，如果你要調用類中的成員變量或方法，需要在前面加上this關鍵字，不加也能正常的跑起來，但是不清晰，加上this關鍵字，我就是要調用本類中成員變量或方法，而不是本方法的中的一個變量，還有super方法也是一樣，是調用父類的的成員變量或者方法，那就加上這個關鍵字，不要省略，這要靠約束，還有就是程序員的自覺性，他要是死不悔改，那咱也沒招。

????? 注意?上面每個方法都一個this.sequence.clear()，這個估計你一看就明白，但是作為一個系統分析師或是技術經理一定要告訴告訴項目成員，ArrayList和HashMap如果定義成類的成員變量，那你在方法中調用一定要做一個clear的動作，防止數據混亂。如果你發生過一次類似問題的話，比如ArrayList中出現一個“出乎意料”的數據，而你又花費了幾個通宵才解決這個問題，那你會有很深刻的印象。

????? 有了這樣一個導演類后，我們的場景類就更容易處理了，牛叉公司要A類型的奔馳車1W輛，B類型的奔馳車100W輛，C類型的寶馬車1000W輛，D類型的不需要，非常容易處理，如代碼清單11-11所示。

代碼清單11-11 導演類

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33

public?class?Client { public?static?void?main(String[] args) { Director director = new?Director(); //1W輛A類型的奔馳車 for(int?i=0;i<10000;i++){ director.getABenzModel().run(); } //100W輛B類型的奔馳車 for(int?i=0;i<1000000;i++){ director.getBBenzModel().run(); } //1000W輛C類型的寶馬車 for(int?i=0;i<10000000;i++){ director.getCBMWModel().run(); } } }

????? 清晰，簡單吧，我們寫程序重構的最終目的就是:簡單、清晰，代碼是讓人看的，不是寫完就完事了，我一直在教育我帶的團隊，Java程序不是像我們前輩寫二進制代碼、匯編一樣，寫完基本上就自己能看懂，別人看就跟看天書一樣，現在的高級語言，要像寫中文漢字一樣，你寫的，別人能看懂。——這就是建造者模式。

11.2 建造者模式的定義

????? 建造者模式(Builder Pattern)也叫做生成器模式，其定義如下：

??????Separate the construction of a complex object from its representation so that the same construction process can create different representations.?將一個復雜對象的構建與它的表示分離，使得同樣的構建過程可以創建不同的表示。

????? 建造者模式的通用類圖如圖11-4所示。

圖11-4 建造者模式通用類圖

????? 在建造者模式中，有如下四個角色：

Product 產品類

????? 通常是實現了模板方法模式，也就是有模板方法和基本方法，這個參考上一章節的模板方法模式。在例子中，BenzModel和BMWModel就屬于產品類。

Builder 抽象建造者

????? 規范產品的組建，一般是由子類實現。在例子中，CarBuilder屬于抽象建造者。

ConcreteBuilder 具體建造者

????? 實現抽象類定義的所有方法，并且返回一個組件好的對象。在例子中，BenzBuilder和BMWBuilder就屬于具體建造者。

Director 導演

????? 負責安排已有模塊的順序，然后告訴Builder開始建造，在上面的例子中就是我們的老大，牛叉公司找到老大，說我要這個，這個，那個類型的車輛模型，然后老大就把命令傳遞給我，我和我的團隊就開始拼命的建造，于是一個項目建設完畢了。

????? 建造者模式的通用源代碼也比較簡單，先看Product類，通常它是一個組合或繼承（如模板方法模式）產生的類，如代碼清單11-12所示。

代碼清單11-12 產品類

1 2 3 4 5 6 7 8 9

public?class?Product { public?void?doSomething(){ //獨立業務處理 } }

????? 抽象建造者如代碼清單11-13所示。

代碼清單11-13 抽象建造者

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

public?abstract?class?Builder { //設置產品的不同部分，以獲得不同的產品 public?abstract?void?setPart(); //建造產品 public?abstract?Product buildProduct(); }

????? 其中，setPart方法是零件的配置，什么是零件？其他的對象，獲得一個不同零件，或者不同的裝配順序就可能產生不同的產品。具體的建造者如代碼清單11-14所示。

代碼清單11-14 具體建造者

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

public?class?ConcreteProduct extends Builder { private?Product product = new?Product(); //設置產品零件 public?void?setPart(){ /* * 產品類內的邏輯處理 */ } //組建一個產品 public?Product buildProduct() { return?product; } }

????? 需要注意的是，如果有多個產品類就有幾個具體的建造者，而且這多個產品類具有相同接口或抽象類，參考我們上面的例子。

導演類如代碼清單11-15所示。

代碼清單11-15 導演類

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

public?class?Director { private?Builder builder = new?ConcreteProduct(); //構建不同的產品 public?Product getAProduct(){ builder.setPart(); /* * 設置不同的零件，產生不同的產品 */ return?builder.buildProduct(); } }

????? 導演類就是起到封裝的作用，避免高層模塊深入到建造者內部的實現類。當然，在建造者模式比較龐大時，導演類可以有多個。

11.3 建造者模式的應用

????? 1. 建造者模式的優點

封裝性

????? 使用建造者模式可以使客戶端不必知道產品內部組成的細節，如例子中我們就不需要關心每一個具體的模型內部是如何實現的，產生的對象類型就是CarModel。

建造者獨立，容易擴展

????? BenzBuilder和BMWBuilder是相互獨立的，對系統的擴展非常有利。

便于控制細節風險

????? 由于具體的建造者是獨立的，因此可以對建造過程逐步細化，而不對其他的模塊產生任何影響。

????? 2. 建造者模式的使用場景

相同的方法，不同的執行順序，產生不同的事件結果時，可以采用建造者模式。
多個部件或零件,都可以裝配到一個對象中，但是產生的運行結果又不相同時，則可以使用該模式。
產品類非常復雜，或者產品類中的調用順序不同產生了不同的效能，這個時候使用建造者模式是非常合適。
在對象創建過程中會使用到系統中的一些其它對象，這些對象在產品對象的創建過程中不易得到時，也可以采用建造者模式封裝該對象的創建過程。該種場景，只能是一個補償方法，因為一個對象不容易獲得，而在設計階段竟然沒有發覺，而要通過創建者模式柔化創建過程，本身已經違反設計最初目標。

????? 3. 建造者模式的注意事項

????? 建造者模式關注的是的零件類型和裝配工藝（順序），這是它與工廠方法模式最大不同的地方，雖然同為創建類模式，但是注重點不同。

11.4 建造者模式的擴展

????? 已經不用擴展了，因為我們在汽車模型制造的例子中已經對建造者模式進行了擴展，引入了模板方法模式，可能大家會比較疑惑，為什么在其他介紹設計模式的書籍上創建者模式并不是這樣說的，讀者請注意，建造者模式中還有一個角色沒有說明，就是零件，建造者怎么去建造一個對象？是零件的組裝，組裝順序不同對象效能也不同，這才是建造者模式要表達的核心意義，而怎么才能更好的達到這種效果呢？引入模板方法模式是一個非常簡單而有效的辦法。

????? 大家看到這里估計就開始犯嘀咕了，這個建造者模式和工廠模式非常相似呀，Yes，是的，是非常相似，但是記住一點你就可以游刃有余的使用了：建造者模式最主要功能是基本方法的調用順序安排，也就是這些基本方法已經實現了，通俗的說就是零件的裝配，順序不同產生的對象也不同；而工廠方法則重點是創建，創建零件時它的主要職責，你要什么對象我創造一個對象出來，組裝順序則不是他關心的。