创建型模式—建造者模式

Posted 2020-07-07 浅墨浓香

1. 建造者（Builder，或生成器）模式的定义

（1）将一个复杂对象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。

　　①上述提到的“构建”是指构造过程的算法（即构造顺序，位于director类中），“表示”指生成各部件的具体细节（或叫实现，位于Builder或其子类中）。

　　②由指导者(director)来指导构造过程，而建造者(builder)负责每步的对象的具体实现和组装各部件。

　　③指导者可以重用构建过程，而生成器是可以被切换的具体实现。

（2）建造者模式的结构和说明

 

　　①Builder：建造者接口，定义创建一个Product对象所需要的各个部件的接口。

　　②ConcreteBuilder：具体的建造者实现，实现各个部件的创建，并负责组装Product对象的各个部件，同时还提供一个让用户获取组装完成后的产品对象的方法。

　　③Director：指导员，主要用来使用Builder接口，以一个统一年过程来构建所需要的Product对象。

　　④Product：产品，表示被建造者构建的复杂对象，包含多个部件。

2. 建造者模式的思考

（1）建造者模式的功能：构建复杂的产品，而且是细化的、分步骤的构建产品。也就是其重在一步一步解决构造复杂对象的问题。

　　①构建的过程是统一的、固定不变的（则指导者来制定）。变化的是的每步的具体的实现，由建造者来实现。

　　②建造者模式的重心在于分离构建算法和具体构造的实现。

（2）建造者模式的构成——两个部分

　　①Builder接口：这里定义了如何构建各个部件，也就是知道每个部件的功能是如何实现的，以及如何装配这些部件到产品中去。即部件构造和产品装配。

　　②Director：知道按什么流程来构建产品，负责整体的构建算法，通常是分步骤来执行。这里要强调的是，整体构建算法是固定的。当Director实现整体构建算法的时候，遇到需要创建和组合具体部件的时候，就会把这些具体的实现委托给Builder去完成。

【编程实验】建造神舟飞船

//创建型模式：建造者模式
//神舟飞船的组装
#include <stdio.h>
#include <string>

using namespace std;
//*************************辅助类：各个部件************************
//轨道舱
class OrbitalModule
{
private:
    string name;
public:
    OrbitalModule(string name)
    {
        this->name = name;
    }
    
    void setName(string name)
    {
        this->name = name;
    }
    
    string getName(){return name;}
};

//发动机
class Engine
{
private:
    string name;
public:
    Engine(string name)
    {
        this->name = name;
    }
    
    void setName(string name)
    {
        this->name = name;
    }
    
    string getName(){return name;}
};

//逃逸塔
class EscapeTower
{
private:
    string name;
public:
    EscapeTower(string name)
    {
        this->name = name;
    }
    
    void setName(string name)
    {
        this->name =name;
    }
    
    string getName(){return name;}
};

//最终产品Product
class Airship
{
private:
    OrbitalModule* orbitalModule;  //轨道舱
    Engine* engine;                //发动机
    EscapeTower* escapeTower;      //逃逸塔
public:
    OrbitalModule* getOrbitalModule(){return orbitalModule;}
    void setOrbitalModule(OrbitalModule* orbitalModule)
    {
        this->orbitalModule =orbitalModule;
    }    
    
    Engine* getEngine(){return engine;}
    void setEngine(Engine* engine)
    {
        this->engine =engine;
    } 

    EscapeTower* getEscapeTower(){return escapeTower;}
    void setEscapeTower(EscapeTower* escapeTower)
    {
        this->escapeTower =escapeTower;
    }

    void launch()
    {
        //检测发动机是否正常
        printf("%s\\n",engine->getName().c_str()); 
        //检测轨道舱是否正常
        printf("%s\\n",orbitalModule->getName().c_str());
        //检测逃逸塔是否正常
        printf("%s\\n",escapeTower->getName().c_str());
        
        //发射
        printf("launch...\\n");        
    }    
};

//*******************************************Builder：建造者*****************************
//抽象建造者
class AirshipBuilder
{
public:
    //构建发动机
    virtual void buildEngine() = 0;
    //构建轨道舱
    virtual void buildOrbitalModule() = 0;
    //构建逃逸塔
    virtual void buildEscapeTower() = 0;
};

//具体建造者
class ConcreteAirshipBuilder : public AirshipBuilder
{
private:
    Airship airship;
public:

    //Engine部件的构建
    void buildEngine()
    {
        Engine* engine =airship.getEngine();
        if (engine != NULL)
            delete engine;
        
        engine = new Engine("Airship\'s Engine!");
        
        //组装工作
        airship.setEngine(engine);       
    }
    
    //OrbitalModule部件的构建
    void buildOrbitalModule()
    {
        OrbitalModule* orbitalModule =airship.getOrbitalModule();
        if (orbitalModule != NULL)
            delete orbitalModule;
        
        orbitalModule = new OrbitalModule("Airship\'s OrbitalModule!");
        
        //组装工作
        airship.setOrbitalModule(orbitalModule);        
    }
    
    //EscapeTower部件的构建
    void buildEscapeTower()
    {
        EscapeTower* escapeTower =airship.getEscapeTower();
        if (escapeTower != NULL)
            delete escapeTower;
        
        escapeTower = new EscapeTower("Airship\'s EscapeTower!");
        
        //组装工作
        airship.setEscapeTower(escapeTower);          
    }
    
    //返回最终的整个产品（神舟飞船）
    Airship& getResult(){return airship;}
    
    ~ConcreteAirshipBuilder()
    {
        OrbitalModule* orbitalModule = airship.getOrbitalModule();
        if (orbitalModule != NULL)
            delete orbitalModule;
        
        Engine* engine =airship.getEngine();
        if (engine != NULL)
            delete engine;
        
        EscapeTower* escapeTower = airship.getEscapeTower();
        if (escapeTower != NULL)
            delete escapeTower;        
    }
};

//********************************Director：指导者******************************
class Director
{
private:
    AirshipBuilder* builder;
public:
    Director(AirshipBuilder* builder)
    {
        this->builder = builder;
    }
    
    //构建过程
    //1、建造者所构建的各部分是可以是先后顺序的，但本例这个顺序不明显或无关紧要。
    //2、本类中只有构建的过程（流程，也就算法），组装过程放在Builder类中。
    void construct()
    {
        //1.先构建发动机
        builder->buildEngine();
        //2.再构建轨道舱
        builder->buildOrbitalModule();
        //3.最后构建逃逸塔
        builder->buildEscapeTower();
    }
};


int main()
{
    //客户端调用例子
    
    //构建者
    AirshipBuilder* builder = new ConcreteAirshipBuilder();
    
    //指导者
    Director* director = new Director(builder);
    director->construct(); //生成最终产品
    
    //测试
    Airship& airship = ((ConcreteAirshipBuilder*)builder)->getResult();
    airship.launch();
      
    delete builder;
    delete director;    
    
    return 0;
}

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3. 建造者模式的实现

（1）建造者的实现

　　①Builder接口的实现中，每个buildPart方法中可以包含创建部件对象和组装部件的功能。

　　②如果实现Builder时，只创建对象，没有组装功能，这里Builder实现跟抽象工厂的实现很类似。这时的Builder接口就类似于抽象工厂的接口。Builder的具体实现就类似于具体的工厂。从这点上看，Builder与抽象工厂很类似。

（2）指导者的实现

　　①指导者承担的是整体构建算法的部分，是相对不变的部分。因此在实现指导者的时候，把变化的部分分离出去是很重要的。

　　②指导员分离出去的变化部分，就到了建造者那里，指导者知道整体的构建算法，却不知道如何具体的创建和装配部件对象。

　　③在指导者的实现可以有较为复杂的算法和运算过程，在运算过程中根据需要，才会调用建造者的方法来生成部件对象。

（3）指导者和建造者的交互

　　①指导者和建造者一般是通过Builder的buildPart方法来进行交互的。

　　②实际开发中，指导者可以按整体构建算法的步骤进行运算。到了某一步骤，需要具体创建某个部件对象了，再调用Builder中创建相应部件的方法来创建具体部件。同时把前面运算的数据传递给Builder，因为Builder内部实现创建和组装部件的时候，可能会用到这些数据。

　　③Builder创建完具体的部件对象后，会把创建好的部件对象返回指导者。指导者继续后续的算法运算，如此反复下去，直到最终产品对象创建完毕。

（4）返回装配好的产品的方法

　　①标准的生成器模式中，在Builder实现里面会提供一个返回装配好的产品的方法，在Builder接口上是没有的。它考虑的是最终的对象一定要通过部件构建和装配，才算真正创建了。

　　②虽然指导者也参与其中，但它不负再具体部件的创建和组装，因此客户端是从Builder的实现里面获取最终装配好的产品。但也可以把这个方法加到Builder接口中。

4. 建造者模式的优点

（1）松散耦合

　　用同一个构建算法构建出表现上完全不同的产品，实现产品构建和产品表现上的分离。Builder模式中构建算法可以复用，而具体产品表现可以灵活、方便地扩展和切换。

（2）很容易改变产品的内部表示

　　建造者只提供接口给Director使用，具体的部件创建和装配方式被Builder接口隐藏了，Director并不知道实现的细节。这样要改变产品的内部表示，只需要切换Builder的具体实现即可。不用管Director。

（3）更好的复用：Director中构建产品过程的算法相对固定，可以复用。

5. Builder模式的使用场合

（1）相同的方法，不同的执行顺序，产生不同的事件结构时，可以采用建造者模式。

（2）多个部件或零件，都可以装配到一个对象中，但是产生的运行结果又不相同时，则可以使用该模式。

（3）产品类非常复杂，或者产品类中的调用顺序不同产生了不同的效能，这个可以使用该模式。

6. 其他

（1）Builder与FactoryMethod模式结合

　　在Builder的实现中，通常需要选择具体的部件实现，这时可以用工厂方法来实现，通过工厂方法来获取具体的部件对象，然后再进行部件的装配。

（2）Builder与抽象工厂模式的区别

　　①Builder模式着重于一步步构造一个复杂对象，而Abstract Factory着重于多个系列的产品对象(简单的或复杂的)

　　②Builder是最后一步返回产品，而Abstract Factory是立即返回产品

　　③抽象工厂侧重点是创建，创建零件是它的主要职责，他关心的是创建产品的结果，而builder侧重的是创建产品的过程，即顺序安排。

（3）Builder与模板方法的区别

　　①两者都是定义了方法执行的流程。但一个前者是在Director定义的，后者是在父类定义的。

　　②在实现方法的结构上，建造者模式中使用的是组合的方式，而模板方法模式采用的是继承的方式

　　③模板方法模式是通过把不变行为搬移到父类（超类），去除了类中的重复代码来体现它的优势。而建造者是将不变部分移到Director中去，变化的部分由Builder接口去实现。

【编程实验】将数据导出为txt和xml格式的文件

　　①文件头：包括部门ID、导出数据的日期

　　②文件体：表名称、分条描述数据

　　③文件尾：输出人的信息

//创建型模式：建造者模式
//将数据导出为不同格式的文件
#include <iostream>
#include <string>
#include <sstream>
#include <list>

using namespace std;
//*************************辅助类：各个部件************************
//文件头对象
class Header
{
private:
    string depId; //部门编号
    string date;  //导出数据的日期
    
public:
    
    void setDepId(string depId)
    {
       this->depId = depId;
    }
    
    string& getDepId(){return depId;}
    
     void setDate(string date)
    {
        this->date = date;
    }
    
    string& getDate(){return date;}   
};

//文件体
class Body
{
private:
    string productId; //产品编号
    double price;     //销售价格
    double amount;    //销售数量
public:  
    void setProductId(string productId)
    {
        this->productId = productId;
    }
    
    string& getProductId(){return productId;}

    void setPrice(double price)
    {
        this->price = price;
    }
    
    double getPrice(){return price;}  

    void setAmount(double amount)
    {
        this->amount = amount;
    }
    
    double getAmount(){return amount;}      
};

//文件尾
class Footer
{
private:
    string user; //输出人
public:   
    void setUser(string user)
    {
        this->user = user;
    }
    
    string& getUser(){return user;}      
};

//*******************************Builder*************************
class Builder
{
public:
    virtual void buildHeader(Header& header) = 0; 
    virtual void buildBody(list<Body>& bodys) = 0;
    virtual void buildFooter(Footer& footer) = 0;    
};

//XmlBuilder
class XmlBuilder : public Builder
{
private:
    string buffer; //用来记录文件的内容，相当于最终产品
public:
    void buildBody(list<Body>& bodys)
    {
        buffer.append("  <Body>\\n");
        buffer.append("    <Datas TableName=Sale Details:>\\n");
        list<Body>::iterator first = bodys.begin();
        list<Body>::iterator last = bodys.end();
        
        ostringstream oss;
        while (first != last)
        {
            oss.str("");
            oss<<first->getPrice();
            
            buffer.append("      <Data>\\n");
            buffer.append("        <ProductId>"+first->getProductId()+"</ProductId>\\n");
            buffer.append("        <Price>"+oss.str()+"</Price>\\n");
            
            oss.str("");
            oss<<first->getAmount();
            
            buffer.append("        <Amount>"+oss.str()+"</Amount>\\n");            
           
            buffer.append("      </Data>\\n");
            ++first;
        } 
        buffer.append("    </Datas>\\n");
        buffer.append("  </Body>\\n");        
        
    };
    
    void buildFooter(Footer& footer)
    {
        buffer.append("  <Footer>\\n"); 
        buffer.append("    <ExportUser>"+footer.getUser()+"\\n"); 
        buffer.append("  </Footer>\\n");
        buffer.append("</Report>\\n");        
    }
    
    void buildHeader(Header& header)
    {
        buffer.append("<?xml version =\'1.0\' encoding =\'gb2312\'?>\\n");
        buffer.append("<Report>\\n");
        buffer.append("  <Header>\\n");
        buffer.append("    <DepId>"+header.getDepId()+"</DepId>\\n");
        buffer.append("    <ExportDate>"+header.getDate()+"</ExportDate>\\n");
        buffer.append("  </Header>\\n");
    }
    
    string& getResult(){return buffer;}
};

//TxtBuilder
class TxtBuilder : public Builder
{
private:
    string buffer; //用来记录文件的内容，相当于最终产品
public:
    void buildBody(list<Body>& bodys)
    {
        list<Body>::iterator first = bodys.begin();
        list<Body>::iterator last = bodys.end();
        buffer.append("Sale details:\\n");
        
        ostringstream oss;
        while (first !=  last)
        {
            buffer.append("ProductId="+first->getProductId()+", ");
            
            oss.str("");
            oss << first->getPrice();
            buffer.append("Price=" + oss.str()+", ");
            
            oss.str("");
            oss << first->getAmount();        
            buffer.append("Amount=" + oss.str()+"\\n");

            ++first;
        }
    }
    
    void buildFooter(Footer& footer)
    {
        buffer.append(footer.getUser());
    }
    
    void buildHeader(Header& header)
    {
        buffer.append(header.getDepId()+","+header.getDate() + \'\\n\');
    }
    
    string& getResult(){return buffer;}
};

//*********************************Director*********************
class Director
{
private:
    Builder* builder;
public:
    Director(Builder* builder){this->builder = builder;}
    
    void construct(Header& header,list<Body>& bodys,Footer& footer)
    {
        builder->buildHeader(header);
        builder->buildBody(bodys);
        builder->buildFooter(footer);      
    }     
};

int main()
{
    //客户端调用例子
 
    //准备测试数据
    Header* header = new Header();
    header->setDepId("one company");
    header->setDate("2016-5-18");
    
    list<Body> bodys;
    
    Body* body1 = new Body();
    body1->setProductId("001");
    body1->setPrice(100);
    body1->setAmount(80);
    
    Body* body2 = new Body();
    body2->setProductId("002");
    body2->setPrice(99);
    body2->setAmount(55);
    
    bodys.push_back(*body1);
    bodys.push_back(*body2);
     
    Footer* footer = new Footer();
    footer->setUser("SantaClaus");
    
    //测试输出到文本文件
    TxtBuilder* txtBuilder = new TxtBuilder();

    //创建指导者对象
    Director* directorTxt = new Director(txtBuilder);
    directorTxt->construct(*header,bodys,*footer);
    
    cout << txtBuilder->getResult() << endl;
    
    //测试输出到XML文件
    XmlBuilder* xmlBuilder = new XmlBuilder();

    //创建指导者对象
    Director* directorXml = new Director(xmlBuilder);
    directorXml->construct(*header,bodys,*footer);
    
    cout << xmlBuilder->getResult() << endl;
    
    delete txtBuilder;
    delete directorTxt;
    
    delete xmlBuilder;
    delete directorXml; 

    delete header;
    delete body1;
    delete body2;
    delete footer;
    
    return 0;
}