23种设计模式 - 建造者模式

模式定义

建造者模式（Builder Pattern）是一种创建型设计模式，它将复杂对象的构建过程与其表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。其核心思想是分步骤构建复杂对象，并通过统一的接口控制构建流程，适用于需要灵活组合复杂组件且构建顺序稳定的场景（如数控系统的多模块配置）。

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模式结构

产品（Product）：最终要构建的复杂对象（如数控系统），包含多个组件（控制器、传感器等）。
抽象建造者（Builder）：定义构建产品各个部件的接口（如buildController()、buildSensor()）。
具体建造者（Concrete Builder）：实现抽象建造者接口，提供具体组件的实现（如西门子、发那科数控系统建造器）。
指挥者（Director）：控制构建流程，按顺序调用建造者的方法生成完整产品。

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C++示例（数控系统场景）

#include 
#include 

// 产品类：数控系统
class CNCSystem {
public:
    void setController(const std::string& controller) {
        controller_ = controller;
    }
    void setSensor(const std::string& sensor) {
        sensor_ = sensor;
    }
    void setDriver(const std::string& driver) {
        driver_ = driver;
    }
    void showConfig() {
        std::cout << "数控系统配置：\n"
                  << "- 控制器: " << controller_ << "\n"
                  << "- 传感器: " << sensor_ << "\n"
                  << "- 驱动模块: " << driver_ << "\n";
    }
private:
    std::string controller_;
    std::string sensor_;
    std::string driver_;
};

// 抽象建造者
class CNCBuilder {
public:
    virtual ~CNCBuilder() = default;
    virtual void buildController() = 0;
    virtual void buildSensor() = 0;
    virtual void buildDriver() = 0;
    virtual CNCSystem getResult() = 0;
};

// 具体建造者：西门子系统
class SiemensBuilder : public CNCBuilder {
public:
    SiemensBuilder() { system_ = CNCSystem(); }
    void buildController() override {
        system_.setController("西门子840D控制器");
    }
    void buildSensor() override {
        system_.setSensor("西门子高精度编码器");
    }
    void buildDriver() override {
        system_.setDriver("西门子伺服驱动模块");
    }
    CNCSystem getResult() override { return system_; }
private:
    CNCSystem system_;
};

// 具体建造者：发那科系统
class FanucBuilder : public CNCBuilder {
public:
    FanucBuilder() { system_ = CNCSystem(); }
    void buildController() override {
        system_.setController("发那科30i控制器");
    }
    void buildSensor() override {
        system_.setSensor("发那科激光位移传感器");
    }
    void buildDriver() override {
        system_.setDriver("发那科α系列驱动模块");
    }
    CNCSystem getResult() override { return system_; }
private:
    CNCSystem system_;
};

// 指挥者：控制构建流程
class Director {
public:
    void construct(CNCBuilder& builder) {
        builder.buildController();
        builder.buildSensor();
        builder.buildDriver();
    }
};

// 客户端使用
int main() {
    Director director;
    
    SiemensBuilder siemensBuilder;
    director.construct(siemensBuilder);
    CNCSystem siemens = siemensBuilder.getResult();
    siemens.showConfig();

    FanucBuilder fanucBuilder;
    director.construct(fanucBuilder);
    CNCSystem fanuc = fanucBuilder.getResult();
    fanuc.showConfig();

    return 0;
}

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输出结果

数控系统配置：
控制器: 西门子840D控制器
传感器: 西门子高精度编码器
驱动模块: 西门子伺服驱动模块

数控系统配置：
控制器: 发那科30i控制器
传感器: 发那科激光位移传感器
驱动模块: 发那科α系列驱动模块

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模式优点

构建与表示分离：客户端无需了解内部组件细节，只需指定建造者类型。
灵活扩展：新增具体建造者即可支持新品牌数控系统（如三菱），无需修改指挥者逻辑。
流程控制：通过指挥者统一管理构建顺序，确保组件装配的稳定性。

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应用场景

需要生成的对象具有复杂内部结构（如数控系统的多模块依赖）。
对象的构建过程需要独立于其组成部分（如不同品牌的组件混用）。

通过建造者模式，数控系统的构建过程被标准化，同时支持灵活扩展不同厂商的硬件配置。