设计模式的艺术之道–建造者模式
声明：本系列为刘伟老师博客内容总结(http://blog.youkuaiyun.com/lovelion)，博客中有完整的设计模式的相关博文，以及作者的出版书籍推荐
本系列内容思路分析借鉴了刘伟老师的博文内容，同时改用C#代码进行代码的演示和分析(Java资料过多 C#表示默哀).
本系列全部源码均在文末地址给出。
本系列开始讲解创建型模式，顾名思义，这类模式主要是为了解决类的创建问题。
- 创建型模式(Creational Pattern)关注对象的创建过程。分析你怎么来的
- 创建型模式对类的实例化过程进行了抽象，对用户隐藏了类的实例的创建细节。客户不知道你怎么来的
- 创建型模式描述如何将对象的创建和使用分离，让用户在使用对象时无须关心对象的创建细节。你用就行，别管我怎么来的。
- 创建型模式关注点 创建什么(What) 由谁创建(Who) 何时创建(When)
6种常见的创建型模式
建造者模式
小王是个动手能力极强的理工男，某天他需要一把锤子，自己去磨了一把，某天他需要一个凳子，他自己用木材割了一个，小红对他爱慕不已，想问他要一个宝马汽车？请问小王该怎么办？当然是提钱去买？自己也做不来啊。由此引出了建造者模式，表达一个复杂对象的创建过程。
1.1定义
- 建造者模式 (Builder Pattern)：将一个复杂对象的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。
- 小王为小红买了宝马汽车，小红整体满意，但是具体的细节需求还可能不同，座位要换真皮的，引擎要换AE86的，轮胎要换抓地力强的，没想到小红是个飙车司机，小王这下可犯了难。
- 小王自己也不懂，请了一个汽车建造大师来让他负责汽车制造。(更应该叫做指挥建造者模式)
- 在建造者模式的定义中提到了复杂对象，那么什么是复杂对象？
- 简单来说，复杂对象是指那些包含多个成员属性的对象，这些成员属性也称为部件或零件，如汽车包括方向盘、发动机、轮胎等部件，电子邮件包括发件人、收件人、主题、内容、附件等部件
1.2情景实例
问题描述
- 游戏角色设计
菜鸟软件公司全面发展，涉及了游戏行业，近日公司一款需要开发人物随你捏的游戏。人物有不同的种族，并且每个部位都可以玩家自由进行捏造选择。如性别、脸型、服装、发型等外部特性都有所差异。
菜鸟软件公司决定开发一个角色创建系统，可以创建不同类型的角色并可以灵活增加新的角色。
初步思路
无论是何种造型的游戏角色，它的创建步骤都大同小异，都需要逐步创建其组成部分，再将各组成部分装配成一个完整的游戏角色。如何一步步创建一个包含多个组成部分的复杂对象，建造者模式为解决此类问题而诞生。让一个指挥者去负责角色创建任务的发令，让其他人去负责具体的创建。
UML类图
关键源代码
namespace BuilderSample
{
class Actor
{
private string type; //角色类型
private string sex; //性别
private string face; //面容
private string costume; //服装
private string hairstyle; //发型
//设置方法省略
}
//角色建造者：抽象建造者
abstract class ActorBuilder
{
protected Actor actor = new Actor();
public abstract void BuildType();
public abstract void BuildSex();
public abstract void BuildFace();
public abstract void BuildCostume();
public abstract void BuildHairstyle();
//工厂方法，返回一个完整的游戏角色对象
public Actor CreateActor()
{
return actor;
}
}
class HeroBuilder : ActorBuilder
{
public override void BuildType()
{
actor.Type = "英雄";
}
public override void BuildSex()
{
actor.Sex = "男";
}
public override void BuildFace()
{
actor.Face = "英俊";
}
public override void BuildCostume()
{
actor.Costume = "盔甲";
}
public override void BuildHairstyle()
{
actor.Hairstyle = "飘逸";
}
}
class ActorController
{
//逐步构建复杂产品对象
public Actor Construct(ActorBuilder ab)
{
Actor actor;
ab.BuildType();
ab.BuildSex();
ab.BuildFace();
ab.BuildCostume();
ab.BuildHairstyle();
actor = ab.CreateActor();
return actor;
}
}
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
ActorBuilder ab; //针对抽象建造者编程
//读取配置文件
string builderType = ConfigurationManager.AppSettings["builder"];
//反射生成对象
ab = (ActorBuilder)Assembly.Load("BuilderSample").CreateInstance(builderType);
ActorController ac = new ActorController();
Actor actor;
actor = ac.Construct(ab); //通过指挥者创建完整的建造者对象
Console.WriteLine("{0}的外观：",actor.Type);
Console.WriteLine("性别：{0}",actor.Sex);
Console.WriteLine("面容：{0}",actor.Face);
Console.WriteLine("服装：{0}",actor.Costume);
Console.WriteLine("发型：{0}",actor.Hairstyle);
Console.Read();
}
}
}关于指挥者的进一步讨论
1.省略Director
为了简化系统结构，可以将Director和抽象建造者Builder进行合并，在Builder中提供逐步构建复杂产品对象的construct()方法。由于Builder类通常为抽象类，因此可以将construct()方法定义为静态(static)方法。
核心代码
abstract class ActorBuilder
{
protected static Actor actor = new Actor();
public abstract void BuildType();
public abstract void BuildSex();
public abstract void BuildFace();
public abstract void BuildCostume();
public abstract void BuildHairstyle();
public static Actor Construct(ActorBuilder ab)
{
ab.BuildType();
ab.BuildSex();
ab.BuildFace();
ab.BuildCostume();
ab.BuildHairstyle();
return actor;
}
//客户端修改 不能运行这代码 运行代码看下载的源代码
ActorBuilder ab; //针对抽象建造者编程
//读取配置文件
string builderType = ConfigurationManager.AppSettings["builder"];
//反射生成对象
ab = (ActorBuilder)Assembly.Load("BuilderExtend1").CreateInstance(builderType);
Actor actor;
actor = ActorBuilder.Construct(ab); //通过指挥者创建完整的建造者对象
}2.省略Director进一步优化
可以将construct()方法的参数去掉，直接在Construct()方法中调用BuildPartX()方法。
核心代码
abstract class ActorBuilder
{
protected static Actor actor = new Actor();
public abstract void BuildType();
public abstract void BuildSex();
public abstract void BuildFace();
public abstract void BuildCostume();
public abstract void BuildHairstyle();
public Actor Construct()
{
this.BuildType();
this.BuildSex();
this.BuildFace();
this.BuildCostume();
this.BuildHairstyle();
return actor;
}
//客户端修改 不能运行这代码 运行代码看下载的源代码
ActorBuilder ab; //针对抽象建造者编程
//读取配置文件
string builderType = ConfigurationManager.AppSettings["builder"];
//反射生成对象
ab = (ActorBuilder)Assembly.Load("BuilderExtend1").CreateInstance(builderType);
Actor actor;
actor = ab.Construct(); //通过指挥者创建完整的建造者对象 无参数
}3.钩子方法的引入
建造者模式除了逐步构建一个复杂产品对象外，还可以通过Director类来更加精细地控制产品的创建过程，例如增加一类称之为钩子方法(HookMethod)的特殊方法来控制是否对某个BuildPartX()的调用。
钩子方法的返回类型通常为bool类型，方法名一般为isXXX()，钩子方法定义在抽象建造者类中。
例如我们可以在游戏角色的抽象建造者类ActorBuilder中定义一个方法isBareheaded()，用于判断某个角色是否为“光头(Bareheaded)”，在ActorBuilder为之提供一个默认实现，其返回值为false
class ActorController
{
//逐步构建复杂产品对象
public Actor Construct(ActorBuilder ab)
{
Actor actor;
ab.BuildType();
ab.BuildSex();
ab.BuildFace();
ab.BuildCostume();
//通过钩子方法来控制产品的构建
if (!ab.IsBareheaded())
{
ab.BuildHairstyle();
}
actor = ab.CreateActor();
return actor;
}
//覆盖钩子方法 在一个具体的建造者类中
public override bool IsBareheaded()
{
return true;
}
}1.3模式分析
动机和意图
-如何将多个部件组装成一个完整的产品并返回给用户？
- 如何逐步创建一个复杂的对象，不同的建造者定义了不同的创建过程
一般结构
-建造者模式包含以下4个角色：
- Builder（抽象建造者） 提升抽象的建造者 不同细节的建造者总称
- ConcreteBuilder（抽象建造者） 实现某个细节具体的建造者
- Product（产品） 建造者具体建造的某个产品
- Director（指挥者） 指挥建造者完成任务
改进的优点
- 客户端不必知道产品内部组成的细节，相同的创建过程可以创建不同的产品对象
- 扩展方便，可以方便的增加新的建造者，符合开闭原则
- 每一个具体建造者都相对独立，与其他的具体建造者无关，可替换或者删除增加
现存的缺点
- 建造的产品应该是同一种东西的不同表示，产品差别太大不适用
- 如果产品的内部变化复杂，可能会需要定义很多具体建造者类来实现这种变化
优化空间
- 指挥者建造者可以考虑合并，进一步优化代码
- 添加钩子方法进行局部部件控制，进行更加精细的局部控制
适用场景
(1)需要生成的产品对象有复杂的内部结构，这些产品对象通常包含多个成员变量
(2)需要生成的产品对象的属性相互依赖，需要指定其生成顺序
举例:小王卖杂粮煎饼(面饼+鸡蛋+脆皮+生菜+辣椒+香菜) 有人不爱吃辣椒可以不放
实例源代码
GitHub地址
百度云地址:链接: https://pan.baidu.com/s/1jHBLIWu 密码: md3h
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