设计模式--建造者模式

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。