设计模式 - 创建型 - 生成器模式（Builder Pattern）

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生成器模式（Builder Pattern）是一种创建型设计模式，专注于分步骤构建复杂对象，通过分离对象的构建过程与表示，支持灵活创建不同形式的产品。以下是该模式的详细解析：

一、核心定义与设计目标

定义
生成器模式将一个复杂对象的构建过程分解为多个独立步骤，通过统一的构建流程生成不同表示形式的对象。其核心在于解耦构建算法与部件构造，允许通过配置不同生成器实现对象的灵活组合。
设计目标
- 避免构造函数参数爆炸：通过分步设置属性替代冗长的构造函数。
- 支持对象的多形态表示：同一构建流程可生成不同形式的产品（如不同风格的汽车或配置的笔记本。
- 复用构建算法：通过主管类（Director）统一管理构建步骤，提升代码复用性。

二、模式结构与角色划分

核心角色
- 生成器接口（Builder）：定义构建各部件的方法（如 buildWheels()、setCPU()）。
- 具体生成器（ConcreteBuilder）：实现部件构造逻辑，并负责组装最终产品（如 CarBuilder、LaptopBuilder）。
- 主管类（Director）：控制构建流程，按顺序调用生成器方法。
- 产品（Product）：最终生成的复杂对象（如汽车、笔记本）。
UML类图示例

┌───────────────────────┐          ┌───────────────────────┐
│       Director        │          │       Builder         │
├───────────────────────┤          ├───────────────────────┤
│ +construct(builder)   │<|───────>│ +buildPartA()         │
│                       │          │ +buildPartB()         │
└───────────▲───────────┘          └───────────┬───────────┘
            │                                  ▲
            │ uses                             │ implements
┌───────────┴───────────┐          ┌───────────┴───────────┐
│        Client         │          │   ConcreteBuilder     │
├───────────────────────┤          ├───────────────────────┤
│ +main()               │─────────>│ +buildPartA()         │
│                       │          │ +buildPartB()         │
└───────────────────────┘          └───────────────────────┘

三、与工厂模式的对比

特性	工厂模式	生成器模式
关注点	实例化单一对象（如日志、数据库连接）	分步骤构建复杂对象（如包含多个部件的汽车）
构建过程	一次性生成完整对象	逐步设置属性，支持中途调整
代码复杂度	低（单方法调用）	较高（需定义多个构建步骤）
适用场景	简单对象的标准化创建	复杂对象的定制化构造

四、优缺点分析

优点

分步构建复杂对象：避免构造函数参数过多，提升代码可读性。
灵活性与扩展性：通过替换生成器子类快速切换产品形式。
封装构建细节：客户端仅需关注最终产品，无需了解内部构造逻辑。

缺点

类数量增加：每个具体生成器对应一个类，可能导致代码膨胀。
构建流程固化：若需动态调整步骤顺序，需修改主管类逻辑。
适用场景有限：对简单对象可能引入不必要的复杂性。

五、适用场景

多部件对象构建：如汽车（车轮、引擎、内饰）、电脑（CPU、内存、硬盘）。
配置型对象创建：例如生成不同参数的数据库连接配置。
多形态产品生成：同一流程生成不同风格UI组件（如Windows/Mac按钮。
链式调用优化：支持流畅接口（Fluent Interface）提升代码可读性。

六、实现示例（Java）

// 产品：笔记本电脑
class Laptop {
    private String cpu;
    private int ram;
    // 其他部件...
    public void setCPU(String cpu) { this.cpu = cpu; }
    public void setRAM(int ram) { this.ram = ram; }
}

// 生成器接口
interface LaptopBuilder {
    void buildCPU();
    void buildRAM();
    Laptop getResult();
}

// 具体生成器：高配版笔记本
class HighEndLaptopBuilder implements LaptopBuilder {
    private Laptop laptop = new Laptop();
    @Override public void buildCPU() { laptop.setCPU("i9-13900K"); }
    @Override public void buildRAM() { laptop.setRAM(64); }
    @Override public Laptop getResult() { return laptop; }
}

// 主管类
class Director {
    public Laptop construct(LaptopBuilder builder) {
        builder.buildCPU();
        builder.buildRAM();
        return builder.getResult();
    }
}

// 客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Director director = new Director();
        Laptop laptop = director.construct(new HighEndLaptopBuilder());
    }
}