1. 建造者模式

1.1 模式動(dòng)機(jī)

無(wú)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(duì)象，它們擁有多個(gè)組成部分，如汽車(chē)，它包括車(chē)輪、方向盤(pán)、發(fā)送機(jī)等各種部件。而對(duì)于大多數(shù)用戶(hù)而言，無(wú)須知道這些部件的裝配細(xì)節(jié)，也幾乎不會(huì)使用單獨(dú)某個(gè)部件，而是使用一輛完整的汽車(chē)，可以通過(guò)建造者模式對(duì)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(guò)程分開(kāi)，一步一步創(chuàng)建一個(gè)復(fù)雜的對(duì)象。用戶(hù)只需要指定復(fù)雜對(duì)象的類(lèi)型就可以得到該對(duì)象，而無(wú)須知道其內(nèi)部的具體構(gòu)造細(xì)節(jié)。

在軟件開(kāi)發(fā)中，也存在大量類(lèi)似汽車(chē)一樣的復(fù)雜對(duì)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(lèi)型的成員對(duì)象。而且在這些復(fù)雜對(duì)象中，還可能存在一些限制條件，如某些屬性沒(méi)有賦值則復(fù)雜對(duì)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(méi)有賦值之前，另一個(gè)屬性可能無(wú)法賦值等。

復(fù)雜對(duì)象相當(dāng)于一輛有待建造的汽車(chē)，而對(duì)象的屬性相當(dāng)于汽車(chē)的部件，建造產(chǎn)品的過(guò)程就相當(dāng)于組合部件的過(guò)程。由于組合部件的過(guò)程很復(fù)雜，因此，這些部件的組合過(guò)程往往被“外部化”到一個(gè)稱(chēng)作建造者的對(duì)象里，建造者返還給客戶(hù)端的是一個(gè)已經(jīng)建造完畢的完整產(chǎn)品對(duì)象，而用戶(hù)無(wú)須關(guān)心該對(duì)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(dòng)機(jī)。

1.2 模式定義

造者模式(Builder Pattern)：將一個(gè)復(fù)雜對(duì)象的構(gòu)建與它的表示分離，使得同樣的構(gòu)建過(guò)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(duì)象，它允許用戶(hù)只通過(guò)指定復(fù)雜對(duì)象的類(lèi)型和內(nèi)容就可以構(gòu)建它們，用戶(hù)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(duì)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(chēng)為生成器模式。

1.3 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

image

1.4 時(shí)序圖

image

1.5 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;
}

///////////////////////////////////////////////////////////
//  ConcreteBuilder.cpp
//  Implementation of the Class ConcreteBuilder
//  Created on:     
//  Original author: 
///////////////////////////////////////////////////////////

#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 ");
}

///////////////////////////////////////////////////////////
//  Director.cpp
//  Implementation of the Class Director
//  Created on:      
//  Original author: 
///////////////////////////////////////////////////////////

#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：
A Style B Style C style

1.6 模式分析

抽象建造者類(lèi)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(lèi)Director，該類(lèi)的作用主要有兩個(gè)：一方面它隔離了客戶(hù)與生產(chǎn)過(guò)程；另一方面它負(fù)責(zé)控制產(chǎn)品的生成過(guò)程。指揮者針對(duì)抽象建造者編程，客戶(hù)端只需要知道具體建造者的類(lèi)型，即可通過(guò)指揮者類(lèi)調(diào)用建造者的相關(guān)方法，返回一個(gè)完整的產(chǎn)品對(duì)象

在客戶(hù)端代碼中，無(wú)須關(guān)心產(chǎn)品對(duì)象的具體組裝過(guò)程，只需確定具體建造者的類(lèi)型即可，建造者模式將復(fù)雜對(duì)象的構(gòu)建與對(duì)象的表現(xiàn)分離開(kāi)來(lái)，這樣使得同樣的構(gòu)建過(guò)程可以創(chuàng)建出不同的表現(xiàn)。

1.7 實(shí)例

實(shí)例：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(duì)象，它一般包含主食（如漢堡、雞肉卷等）和飲料（如果汁、 可樂(lè)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。

image

1.8 優(yōu)點(diǎn)

在建造者模式中， 客戶(hù)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(guò)程解耦，使得相同的創(chuàng)建過(guò)程可以創(chuàng)建不同的產(chǎn)品對(duì)象。

每一個(gè)具體建造者都相對(duì)獨(dú)立，而與其他的具體建造者無(wú)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(hù)使用不同的具體建造者即可得到不同的產(chǎn)品對(duì)象 。

可以更加精細(xì)地控制產(chǎn)品的創(chuàng)建過(guò)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(guò)程更加清晰，也更方便使用程序來(lái)控制創(chuàng)建過(guò)程。

增加新的具體建造者無(wú)須修改原有類(lèi)庫(kù)的代碼，指揮者類(lèi)針對(duì)抽象建造者類(lèi)編程，系統(tǒng)擴(kuò)展方便，符合“開(kāi)閉原則”。

1.9 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(huì)導(dǎo)致需要定義很多具體建造者類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)這種變化，導(dǎo)致系統(tǒng)變得很龐大。

1.10 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(duì)象有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這些產(chǎn)品對(duì)象通常包含多個(gè)成員屬性。

需要生成的產(chǎn)品對(duì)象的屬性相互依賴(lài)，需要指定其生成順序。

對(duì)象的創(chuàng)建過(guò)程獨(dú)立于創(chuàng)建該對(duì)象的類(lèi)。在建造者模式中引入了指揮者類(lèi)，將創(chuàng)建過(guò)程封裝在指揮者類(lèi)中，而不在建造者類(lèi)中。

隔離復(fù)雜對(duì)象的創(chuàng)建和使用，并使得相同的創(chuàng)建過(guò)程可以創(chuàng)建不同的產(chǎn)品。

1.11 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(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)不同的具體建造者創(chuàng)建不同類(lèi)型的地圖或人物。

1.11 模式擴(kuò)展

建造者模式的簡(jiǎn)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(jí)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(hù)端實(shí)例化工廠類(lèi)，然后調(diào)用工廠方法獲取所需產(chǎn)品對(duì)象，而在建造者模式中，客戶(hù)端可以不直接調(diào)用建造者的相關(guān)方法，而是通過(guò)指揮者類(lèi)來(lái)指導(dǎo)如何生成對(duì)象，包括對(duì)象的組裝過(guò)程和建造步驟，它側(cè)重于一步步構(gòu)造一個(gè)復(fù)雜對(duì)象，返回一個(gè)完整的對(duì)象。

如果將抽象工廠模式看成 汽車(chē)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(chē)組裝工廠 ，通過(guò)對(duì)部件的組裝可以返回一輛完整的汽車(chē)。

1.11 總結(jié)

建造者模式將一個(gè)復(fù)雜對(duì)象的構(gòu)建與它的表示分離，使得同樣的構(gòu)建過(guò)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(duì)象，它允許用戶(hù)只通過(guò)指定復(fù)雜對(duì)象的類(lèi)型和內(nèi)容就可以構(gòu)建它們，用戶(hù)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)象；產(chǎn)品角色是被構(gòu)建的復(fù)雜對(duì)象，包含多個(gè)組成部件；指揮者負(fù)責(zé)安排復(fù)雜對(duì)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(duì)象的部件構(gòu)造與裝配方法，完成復(fù)雜對(duì)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(lèi)，該類(lèi)的作用主要有兩個(gè)：一方面它隔離了客戶(hù)與生產(chǎn)過(guò)程；另一方面它負(fù)責(zé)控制產(chǎn)品的生成過(guò)程。指揮者針對(duì)抽象建造者編程，客戶(hù)端只需要知道具體建造者的類(lèi)型，即可通過(guò)指揮者類(lèi)調(diào)用建造者的相關(guān)方法，返回一個(gè)完整的產(chǎn)品對(duì)象。

建造者模式的主要優(yōu)點(diǎn)在于客戶(hù)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(guò)程解耦，使得相同的創(chuàng)建過(guò)程可以創(chuàng)建不同的產(chǎn)品對(duì)象，每一個(gè)具體建造者都相對(duì)獨(dú)立，而與其他的具體建造者無(wú)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(kāi)閉原則”，還可以更加精細(xì)地控制產(chǎn)品的創(chuàng)建過(guò)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(huì)導(dǎo)致需要定義很多具體建造者類(lèi)來(lái)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(duì)象有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這些產(chǎn)品對(duì)象通常包含多個(gè)成員屬性；需要生成的產(chǎn)品對(duì)象的屬性相互依賴(lài)，需要指定其生成順序；對(duì)象的創(chuàng)建過(guò)程獨(dú)立于創(chuàng)建該對(duì)象的類(lèi)；隔離復(fù)雜對(duì)象的創(chuàng)建和使用，并使得相同的創(chuàng)建過(guò)程可以創(chuàng)建不同類(lèi)型的產(chǎn)品。