5. 建造者模式

5.1. 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完整的產(chǎn)品使用；有些屬性的賦值必須按照某個順序，一個屬性沒有賦值之前，另一個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”到一個稱作建造者的對象里，建造者返還給客戶端的是一個已經(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)。

5.2. 模式定義

造者模式(Builder Pattern)： 將一個復(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。

5.3. 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

5.4. 時(shí)序圖

5.5. 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:      02-十月-2014 15:57:03
//  Original author: colin
///

#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:      02-十月-2014 15:57:01
//  Original author: colin
///

#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：

5.6. 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)中還引入了一個指揮者類Director，該類的作用主要有兩個：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)。

5.7. 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。

5.8. 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”。

5.9. 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。

5.10. 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。

5.11. 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。

5.12. 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)造一個復(fù)雜對象，返回一個完整的對象。

• 如果將抽象工廠模式看成 汽車配件生產(chǎn)工廠 ，生產(chǎn)一個產(chǎn)品族的產(chǎn)品，那么建造者模式就是一個 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。

5.13. 總結(jié)

• 建造者模式將一個復(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角色：抽象建造者為創(chuàng)建一個產(chǎn)品對象的各個部件指定抽象接口；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)中引入了一個指揮者類，該類的作用主要有兩個：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。

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