【设计模式从青铜到王者】第八篇:创建型模式之建造者模式（BuilderPattern）

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前言

建一栋房子总共分几步？建造者模式告诉你答案！

“把大象装冰箱，总共分几步？”
“三步。第一步，打开冰箱门；第二步，把大象装进冰箱；第三步，把冰箱门关上。”

Jungle活了这20多年，全靠这个笑话活着！ 把大象装冰箱竟然只需要三步？那到底是怎么把大象装进冰箱呢？你问我，我问谁？再说，我也不关心这个呀！这……来点实际的吧，如果Jungle要建一栋房子，总共分几步？本文的建造者模式将声情并茂地向您娓娓道来……

1.建造者模式简介

建造者模式将客户端与包含多个部件的复杂对象的创建过程分离，客户端不必知道复杂对象的内部组成方式与装配方式（就好像Jungle不知道到底是如何把大象装进冰箱一样），只需知道所需建造者的类型即可。

建造者模式定义：

建造者模式：

将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

“同样的构建过程可以创建不同的表示”？？这句话是什么意思呢？想象一下，建造一栋房子，建造过程无非都是打地基、筑墙、安装门窗等过程，但不同的客户可能希望不同的风格或者过程，最终建造出来的房子当然就呈现不同的风格啦！

2.建造者模式结构

建造者模式的结构包含以下几个角色：

  • 抽象建造者（AbstractBuilder）：创建一个Product对象的各个部件指定的抽象接口；
  • 具体建造者（ConcreteBuilder）：实现AbstractBuilder的接口，实现各个部件的具体构造方法和装配方法，并返回创建结果。
  • 产品（Product）：具体的产品对象
  • 指挥者（Director）： 构建一个使用Builder接口的对象，安排复杂对象的构建过程，客户端一般只需要与Director交互，指定建造者类型，然后通过构造函数或者setter方法将具体建造者对象传入Director。它主要作用是：隔离客户与对象的生产过程，并负责控制产品对象的生产过程。

建造者模式UML类图如下：

3.建造者模式代码实例

考虑这样一个场景，如下图：

Jungle想要建造一栋简易的房子（地板、墙和天花板），两个工程师带着各自的方案找上门来，直接给Jungle看方案和效果图。
犹豫再三，Jungle最终选定了一位工程师……交房之日，Jungle满意的看着建好的房子，
开始思考：这房子究竟是怎么建成的呢？这地板、墙和天花板是怎么建造的呢？
工程师笑着说：“It's none of your business”

UML图如下：

3.1.定义产品类House

//产品类House
class House
{
public:
	House(){}
	void setFloor(string iFloor){
		this->floor = iFloor;
	}
	void setWall(string iWall){
		this->wall = iWall;
	}
	void setRoof(string iRoof){
		this->roof = iRoof;
	}
	//打印House信息
	void printfHouseInfo(){
		printf("Floor:%s\t\n", this->floor.c_str());
		printf("Wall:%s\t\n", this->wall.c_str());
		printf("Roof:%s\t\n", this->roof.c_str());
	}
private:
	string floor;
	string wall;
	string roof;
};

House是本实例中的产品，具有floor、wall和roof三个属性。

3.2.定义建造者

3.2.1.定义抽象建造者AbstractBuilder
//抽象建造者AbstractBall
class AbstractBuilder
{
public:
    AbstractBuilder(){
        house = new House();
    }
    virtual ~AbstractBuilder(){}
    //抽象方法：
    virtual void buildFloor() = 0;
    virtual void buildWall() = 0;
    virtual void buildRoof() = 0;
    virtual House *getHouse() = 0;

    House *house;
};
3.2.2.定义具体建造者
//具体建造者ConcreteBuilderA
class ConcreteBuilderA :public AbstractBuilder
{
public:
	ConcreteBuilderA(){
		printf("ConcreteBuilderA\n");
	}
	//具体实现方法
	void buildFloor(){
		this->house->setFloor("Floor_A");
	}
	void buildWall(){
		this->house->setWall("Wall_A");
	}
	void buildRoof(){
		this->house->setRoof("Roof_A");
	}
	House *getHouse(){
		return this->house;
	}
};
 
//具体建造者ConcreteBuilderB
class ConcreteBuilderB :public AbstractBuilder
{
public:
	ConcreteBuilderB(){
		printf("ConcreteBuilderB\n");
	}
	//具体实现方法
	void buildFloor(){
		this->house->setFloor("Floor_B");
	}
	void buildWall(){
		this->house->setWall("Wall_B");
	}
	void buildRoof(){
		this->house->setRoof("Roof_B");
	}
	House *getHouse(){
		return this->house;
	}
};
3.3.定义指挥者
//指挥者Director
class Director
{
public:
    Director(){}
    //具体实现方法
    void setBuilder(AbstractBuilder *iBuilder){
        this->builder = iBuilder;
    }
    //封装组装流程，返回建造结果
    House *construct(){
        builder->buildFloor();
        builder->buildWall();
        builder->buildRoof();
        return builder->getHouse();
    }
private:
	AbstractBuilder *builder;
};

3.4.客户端代码示例

#include "BuilderPattern.h"
 
int main()
{
    //抽象建造者
    AbstractBuilder *builder;
    //指挥者
    Director *director = new Director();
    //产品：House
    House *house;

    //指定具体建造者A
    builder = new ConcreteBuilderA();
    director->setBuilder(builder);
    house = director->construct();
    house->printfHouseInfo();
    delete builder;
    builder = nullptr;
    delete house;
    house = nullptr;

    //指定具体建造者B
    builder = new ConcreteBuilderB();
    director->setBuilder(builder);
    house = director->construct();
    house->printfHouseInfo();
    delete builder;
    builder = nullptr;
    delete house;
    house = nullptr;

    delete director;
    director = nullptr;

    system("pause");
    return 0;
}
  • BuilderPattern.h
#ifndef __BUILDER_PATTERN__
#define __BUILDER_PATTERN__

#include <iostream>
#include <string.h>
using namespace std;

// 产品类House
class House
{
public:
	House() {}
	void setFloor(string iFloor) {
		this->floor = iFloor;
	}
	void setWall(string iWall) {
		this->wall = iWall;
	}
	void setRoof(string iRoof) {
		this->roof = iRoof;
	}
	// 打印House信息
	void printfHouseInfo() {
		printf("Floor:%s\t\n", this->floor.c_str());
		printf("Wall:%s\t\n", this->wall.c_str());
		printf("Roof:%s\t\n", this->roof.c_str());
	}
private:
	string floor;
	string wall;
	string roof;
};

// 抽象建造者AbstractBall
class AbstractBuilder
{
public:
	AbstractBuilder() {
		house = new House();
	}
	AbstractBuilder(const AbstractBuilder& o) = delete;
	AbstractBuilder& operator=(const AbstractBuilder& o) = delete;
	virtual ~AbstractBuilder()
	{
		if (house != nullptr)
		{
			delete house;
			house = nullptr;
		}
	}
	// 抽象方法：
	virtual void buildFloor() = 0;
	virtual void buildWall() = 0;
	virtual void buildRoof() = 0;
	virtual House *getHouse() = 0;

	House *house;
};

// 具体建造者ConcreteBuilderA
class ConcreteBuilderA :public AbstractBuilder
{
public:
	ConcreteBuilderA() {
		printf("ConcreteBuilderA\n");
	}
	ConcreteBuilderA(const ConcreteBuilderA& o) = delete;
	ConcreteBuilderA& operator=(const ConcreteBuilderA& o) = delete;
	~ConcreteBuilderA()
	{
		if (this->house != nullptr)
		{
			delete house;
			house = nullptr;
		}
	}
	// 具体实现方法
	void buildFloor() {
		this->house->setFloor("Floor_A");
	}
	void buildWall() {
		this->house->setWall("Wall_A");
	}
	void buildRoof() {
		this->house->setRoof("Roof_A");
	}
	House *getHouse() {
		return this->house;
	}
};

// 具体建造者ConcreteBuilderB
class ConcreteBuilderB :public AbstractBuilder
{
public:
	ConcreteBuilderB() {
		printf("ConcreteBuilderB\n");
	}
	ConcreteBuilderB(const ConcreteBuilderB&) = delete;
	ConcreteBuilderB& operator=(const ConcreteBuilderB&) = delete;
	~ConcreteBuilderB()
	{
		if (this->house != nullptr)
		{
			delete house;
			house = nullptr;
		}
	}
	// 具体实现方法
	void buildFloor() {
		this->house->setFloor("Floor_B");
	}
	void buildWall() {
		this->house->setWall("Wall_B");
	}
	void buildRoof() {
		this->house->setRoof("Roof_B");
	}
	House *getHouse() {
		return this->house;
	}
};

// 指挥者Director
class Director
{
public:
	Director() :builder(nullptr) {}
	~Director()
	{
		if (this->builder != nullptr)
		{
			delete builder;
			builder = nullptr;
		}
	}
	Director(const Director&) = delete;
	Director& operator=(const Director&) = delete;
	// 具体实现方法
	void setBuilder(AbstractBuilder *iBuilder) {
		this->builder = iBuilder;
	}
	// 封装组装流程，返回建造结果
	House *construct() {
		builder->buildFloor();
		builder->buildWall();
		builder->buildRoof();
		return builder->getHouse();
	}
private:
	AbstractBuilder *builder;
};

#endif //__BUILDER_PATTERN__
  • main.cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS   1
#include "BuilderPattern.h"

int main()
{
	// 抽象建造者
	AbstractBuilder *builder;
	// 指挥者
	Director *director = new Director();
	// 产品：House
	House *house;

	// 指定具体建造者A
	builder = new ConcreteBuilderA();
	director->setBuilder(builder);
	house = director->construct();
	house->printfHouseInfo();
	delete builder;

	// 指定具体建造者A
	builder = new ConcreteBuilderB();
	director->setBuilder(builder);
	house = director->construct();
	house->printfHouseInfo();

	system("pause");

	delete director;
	delete builder;

	return 0;
}

3.5.效果

ConcreteBuilderA
Floor:Floor_A
Wall:Wall_A
Roof:Roof_A
ConcreteBuilderB
Floor:Floor_B
Wall:Wall_B
Roof:Roof_B

4.建造者模式总结

从客户端代码可以看到，客户端只需指定具体建造者，并作为参数传递给指挥者，通过指挥者即可得到结果。客户端无需关心House的建造方法和具体流程。如果要更换建造风格，只需更换具体建造者即可，不同建造者之间并无任何关联，方便替换。从代码优化角度来看，其实可以不需要指挥者Director的角色，而直接把construct方法放入具体建造者当中。

优点：

  • 建造者模式中，客户端不需要知道产品内部组成细节，将产品本身和产品的创建过程分离，使同样的创建过程可以创建不同的产品对象；
  • 不同建造者相互独立，并无任何挂链，方便替换。

缺点：

  • 建造者模式所创建的产品一般具有较多的共同点，其组成部分相似，如果产品之间的差异性很大，则不适合使用建造者模式，因此其使用范围受到一定的限制。
  • 如果产品的内部变化复杂，可能会导致需要定义很多具体建造者类来实现这种变化，导致系统变得很庞大

适用环境：

  • 需要生成的产品对象有复杂的内部结构（通常包含多个成员变量）；
  • 产品对象内部属性有一定的生成顺序；
  • 同一个创建流程适用于多种不同的产品。

总结

以上就是今天要讲的内容，本文详细介绍了设计模式中创建型模式之建造者模式（BuilderPattern）介绍，建造者模式（BuilderPattern）设计模式的使用，设计模式提供了大量的方法供我们使用，非常的便捷，我们务必掌握。希望大家多多支持！另外如果上述有任何问题，请懂哥指教，不过没关系，主要是自己能坚持，更希望有一起学习的同学可以帮我指正，但是如果可以请温柔一点跟我讲，爱与和平是永远的主题，爱各位了。加油啊！

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原文链接 : https://blog.csdn.net/qq_44918090/article/details/125862499

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