C#设计模式（8）－Builder Pattern

一、 建造者（Builder）模式

建造者模式可以将一个产品的内部表象与产品的生成过程分割开来，从而可以使一个建造过程生成具有不同的内部表象的产品对象。

对象性质的建造

有些情况下，一个对象会有一些重要的性质，在它们没有恰当的值之前，对象不能作为一个完整的产品使用。比如，一个电子邮件有发件人地址、收件人地址、主题、内容、附录等部分，而在最起码的收件人地址未被赋值之前，这个电子邮件不能发出。

有些情况下，一个对象的一些性质必须按照某个顺序赋值才有意义。在某个性质没有赋值之前，另一个性质则无法赋值。这些情况使得性质本身的建造涉及到复杂的商业逻辑。

这时候，此对象相当于一个有待建造的产品，而对象的这些性质相当于产品的零件，建造产品的过程就是组合零件的过程。由于组合零件的过程很复杂，因此，这些"零件"的组合过程往往被"外部化"到一个称作建造者的对象里，建造者返还给客户端的是一个全部零件都建造完毕的产品对象。

命名的考虑

之所以使用"建造者"而没有用"生成器"就是因为用零件生产产品，"建造"更为合适，"创建"或"生成"不太恰当。

二、 Builder模式的结构：

建造者（Builder）角色：给出一个抽象接口，以规范产品对象的各个组成成分的建造。一般而言，此接口独立于应用程序的商业逻辑。模式中直接创建产品对象的是具体建造者（ConcreteBuilder）角色。具体建造者类必须实现这个接口所要求的方法：一个是建造方法，另一个是结果返还方法。

具体建造者（Concrete Builder）角色：担任这个角色的是于应用程序紧密相关的类，它们在应用程序调用下创建产品实例。这个角色主要完成的任务包括：

实现Builder角色提供的接口，一步一步完成创建产品实例的过程。

在建造过程完成后，提供产品的实例。

指导者（Director）角色：担任这个角色的类调用具体建造者角色以创建产品对象。导演者并没有产品类的具体知识，真正拥有产品类的具体知识的是具体建造者对象。

产品（Product）角色：产品便是建造中的复杂对象。

指导者角色是于客户端打交道的角色。导演者角色将客户端创建产品的请求划分为对各个零件的建造请求，再将这些请求委派给具体建造者角色。具体建造者角色是做具体建造工作的，但却不为客户端所知。

三、 程序举例：

该程序演示了Builder模式一步一步完成构件复杂产品的过程。用户可以控制生成过程以及生成不同对象。


// Builder pattern -- Structural example




using System;


using System.Collections;




// "Director"


class Director






{


// Methods


public void Construct( Builder builder )






{


builder.BuildPartA();


builder.BuildPartB();


}


}




// "Builder"


abstract class Builder






{


// Methods


abstract public void BuildPartA();


abstract public void BuildPartB();


abstract public Product GetResult();


}




// "ConcreteBuilder1"


class ConcreteBuilder1 : Builder






{


// Fields


private Product product;




// Methods


override public void BuildPartA()






{


product = new Product();


product.Add( "PartA" );


}




override public void BuildPartB()






{


product.Add( "PartB" );


}




override public Product GetResult()






{


return product;


}


}




// "ConcreteBuilder2"


class ConcreteBuilder2 : Builder






{


// Fields


private Product product;




// Methods


override public void BuildPartA()






{


product = new Product();


product.Add( "PartX" );


}




override public void BuildPartB()






{


product.Add( "PartY" );


}




override public Product GetResult()






{


return product;


}


}




// "Product"


class Product






{


// Fields


ArrayList parts = new ArrayList();




// Methods


public void Add( string part )






{


parts.Add( part );


}




public void Show()






{


Console.WriteLine( " Product Parts -------" );


foreach( string part in parts )


Console.WriteLine( part );


}


}






/**//// <summary>


/// Client test


/// </summary>


public class Client






{


public static void Main( string[] args )






{


// Create director and builders


Director director = new Director( );




Builder b1 = new ConcreteBuilder1();


Builder b2 = new ConcreteBuilder2();




// Construct two products


director.Construct( b1 );


Product p1 = b1.GetResult();


p1.Show();




director.Construct( b2 );


Product p2 = b2.GetResult();


p2.Show();


}


}

四、 建造者模式的活动序列：

客户端负责创建指导者和具体建造者对象。然后，客户把具体建造者对象交给指导者。客户一声令下，指导者操纵建造者开始创建产品。当产品创建完成后，建造者把产品返还给客户端。

五、 建造者模式的实现：

下面的程序代码演示了Shop对象使用VehicleBuilders来建造不同的交通工具。该例子使用了Builder模式顺序建造交通工具的不同部分。


// Builder pattern -- Real World example




using System;


using System.Collections;




// "Director"


class Shop






{


// Methods


public void Construct( VehicleBuilder vehicleBuilder )






{


vehicleBuilder.BuildFrame();


vehicleBuilder.BuildEngine();


vehicleBuilder.BuildWheels();


vehicleBuilder.BuildDoors();


}


}




// "Builder"


abstract class VehicleBuilder






{


// Fields


protected Vehicle vehicle;




// Properties


public Vehicle Vehicle






{




get

{ return vehicle; }


}




// Methods


abstract public void BuildFrame();


abstract public void BuildEngine();


abstract public void BuildWheels();


abstract public void BuildDoors();


}




// "ConcreteBuilder1"


class MotorCycleBuilder : VehicleBuilder






{


// Methods


override public void BuildFrame()






{


vehicle = new Vehicle( "MotorCycle" );


vehicle[ "frame" ] = "MotorCycle Frame";


}




override public void BuildEngine()






{


vehicle[ "engine" ] = "500 cc";


}




override public void BuildWheels()






{


vehicle[ "wheels" ] = "2";


}




override public void BuildDoors()






{


vehicle[ "doors" ] = "0";


}


}




// "ConcreteBuilder2"


class CarBuilder : VehicleBuilder






{


// Methods


override public void BuildFrame()






{


vehicle = new Vehicle( "Car" );


vehicle[ "frame" ] = "Car Frame";


}




override public void BuildEngine()






{


vehicle[ "engine" ] = "2500 cc";


}




override public void BuildWheels()






{


vehicle[ "wheels" ] = "4";


}




override public void BuildDoors()






{


vehicle[ "doors" ] = "4";


}


}




// "ConcreteBuilder3"


class ScooterBuilder : VehicleBuilder






{


// Methods


override public void BuildFrame()






{


vehicle = new Vehicle( "Scooter" );


vehicle[ "frame" ] = "Scooter Frame";


}




override public void BuildEngine()






{


vehicle[ "engine" ] = "none";


}




override public void BuildWheels()






{


vehicle[ "wheels" ] = "2";


}




override public void BuildDoors()






{


vehicle[ "doors" ] = "0";


}


}




// "Product"


class Vehicle






{


// Fields


private string type;


private Hashtable parts = new Hashtable();




// Constructors


public Vehicle( string type )






{


this.type = type;


}




// Indexers


public object this[ string key ]






{




get

{ return parts[ key ]; }




set

{ parts[ key ] = value; }


}




// Methods


public void Show()






{


Console.WriteLine( " ---------------------------");


Console.WriteLine( "Vehicle Type: "+ type );


Console.WriteLine( " Frame : " + parts[ "frame" ] );


Console.WriteLine( " Engine : "+ parts[ "engine"] );


Console.WriteLine( " #Wheels: "+ parts[ "wheels"] );


Console.WriteLine( " #Doors : "+ parts[ "doors" ] );


}


}






/**//// <summary>


/// BuilderApp test


/// </summary>


public class BuilderApp






{


public static void Main( string[] args )






{


// Create shop and vehicle builders


Shop shop = new Shop();


VehicleBuilder b1 = new ScooterBuilder();


VehicleBuilder b2 = new CarBuilder();


VehicleBuilder b3 = new MotorCycleBuilder();




// Construct and display vehicles


shop.Construct( b1 );


b1.Vehicle.Show();




shop.Construct( b2 );


b2.Vehicle.Show();




shop.Construct( b3 );


b3.Vehicle.Show();


}


}

六、 建造者模式的演化

建造者模式在使用的过程中可以演化出多种形式。

省略抽象建造者角色

如果系统中只需要一个具体建造者的话，可以省略掉抽象建造者。这时代码可能如下：


// "Director"


class Director






{


private ConcreteBuilder builder;




// Methods


public void Construct()






{


builder.BuildPartA();


builder.BuildPartB();


}


}

省略指导者角色

在具体建造者只有一个的情况下，如果抽象建造者角色已经被省略掉，那么还可以省略掉指导者角色。让Builder角色自己扮演指导者与建造者双重角色。这时代码可能如下：


public class Builder






{


private Product product = new Product();




public void BuildPartA()






{


//Some code here


}




public void BuildPartB()






{


//Some code here


}




public Product GetResult()






{


return product;


}




public void Construct()






{


BuildPartA();


BuildPartB();


}


}

同时，客户端也需要进行相应的调整，如下：


public class Client






{


private static Builder builder;




public static void Main()






{


builder = new Builder();


builder.Construct();


Product product = builder.GetResult();


}


}

C#中的StringBuilder就是这样一个例子。

七、 在什么情况下使用建造者模式

以下情况应当使用建造者模式：

1、 需要生成的产品对象有复杂的内部结构。
2、 需要生成的产品对象的属性相互依赖，建造者模式可以强迫生成顺序。
3、 在对象创建过程中会使用到系统中的一些其它对象，这些对象在产品对象的创建过程中不易得到。

使用建造者模式主要有以下效果：

1、 建造模式的使用使得产品的内部表象可以独立的变化。使用建造者模式可以使客户端不必知道产品内部组成的细节。
2、 每一个Builder都相对独立，而与其它的Builder无关。
3、 模式所建造的最终产品更易于控制。

参考文献：
阎宏，《Java与模式》，电子工业出版社
[美]James W. Cooper，《C#设计模式》，电子工业出版社
[美]Alan Shalloway James R. Trott，《Design Patterns Explained》，中国电力出版社
[美]Robert C. Martin，《敏捷软件开发－原则、模式与实践》，清华大学出版社
[美]Don Box, Chris Sells，《.NET本质论 第1卷：公共语言运行库》，中国电力出版社