C++设计模式：构建器模式（九）

1、定义与动机

• 定义：将一个复杂对象的构建与其表示相分离，使得同样的构建过程（稳定）可以创建不同的表示（变化）

• 动机：

  • 在软件系统中，有时候面临着“一个复杂对象”的创建工作，其通常由各个部分的子对象用一定的算法构建而成；由于需求的变化，这个复杂对象的各个部分经常面临着剧烈的变化，但是将它们组合在一起的算法却相对稳定
  • 如何应对这种变化？如何提供一种“封装机制”来隔离出“复杂对象的各个部分”的变化，从而保持系统中的“稳定构建算法”不随着需求改变而改变？

• 个人理解：构建器模式严格来说是在Template Method方法的基础上进行拆分，将表示和构建过程相分离拆成一个更加复杂但耦合度更低的代码。

2、案例分析

• 假设需要构建一栋房子，需要墙、窗户、房顶、地板等需求，但是所需要的房子是木头还是石头还是其他材料的房子并不清楚
• 可以很容易的使用Template Method模式写出一个伪代码，解决依赖倒置问题即可。

2.1、模板方法（一）

class House{
public:void Init(){// 构建墙this->BuilderWall();// 构建四个窗户for(int i = 0;i < 4;i++){this->BuilderWindows();}// 是否需要铺地板if(this->BuilderFlag()){this->BuilderFloor();}// 构建房顶this->BuilderRoof();}virtual ~House(){}
protected:virtual void BuilderWall() = 0;virtual void BuilderWindows() = 0;virtual bool BuilderFlag() = 0;virtual void BuilderFloor() = 0;virtual void BuilderRoof() = 0;
};class StoneHouse: public House{
public:virtual ~StoneHouse(){}
protected:virtual void BuilderWall(){}virtual void BuilderWindows(){}virtual bool BuilderFlag(){return true;}virtual void BuilderFloor(){}virtual void BuilderRoof(){}
};int main()
{House *house = new StoneHouse();house->Init();
}

其实这个代码写到这里已经可以了，可以不继续优化也不需要使用构建器模式。

2.2、构建器模式

• 一个类的功能不能太复杂太过于庞大，当类的行为代码太多时可以考虑重构，将对象的表示和构建过程分离提取多个单独的类
• 具体思路：
  • House和HouseBuilder基类，分别是一个东西的表示和构建过程
  • 对于House基类可以有多种多样的House，StoneHouse、WoodHouse、CrystalHouse…
  • 对于HouseBuilder基类为每种房子的构建提供具体的Builder构建器，其应该组合一个House基类
  • 由于构建房子的一个基本流程（算法骨架）是大致相同（相对稳定）的，因此可以将这个大致流程（算法骨架）单独提取出一个类，通过多态的性质传入不同的XXXHouseBuilder构建器进行构建不同的房子。

class House{
protected:Wall wall;Window window;
public:virtual ~House(){}// ...
};class StoneHouse: public House{
public:virtual ~StoneHouse(){}
};class HouseBuilder{
public:House* GetResult(){return house;}virtual ~HouseBuilder(){}
protected:House *house;virtual void BuilderWall() = 0;virtual void BuilderWindows() = 0;virtual bool BuilderFlag() = 0;virtual void BuilderFloor() = 0;virtual void BuilderRoof() = 0;
};class StoneHouseBuilder: public HouseBuilder{
protected:virtual void BuilderWall(){
//        house->wall;...}virtual void BuilderWindows(){
//        house->window;...}virtual bool BuilderFlag(){}virtual void BuilderFloor(){}virtual void BuilderRoof(){}
};class HouseDirector{
public:HouseBuilder* houseBuilder;HouseDirector(HouseBuilder* _houseBuilder): houseBuilder(_houseBuilder){}House *Construct(){// 构建墙houseBuilder->BuilderWall();// 构建四个窗户for(int i = 0;i < 4;i++){houseBuilder->BuilderWindows();}// 是否需要铺地板if(houseBuilder->BuilderFlag()){houseBuilder->BuilderFloor();}// 构建房顶houseBuilder->BuilderRoof();return houseBuilder->GetResult();}
};

3、总结

• Builder模式主要用于“分步构建一个复杂的对象”。在这其中“分步骤”是一个稳定的算法，而复杂对象的各个部分则经常变化。
• 变化点在哪里，封装哪里——Builder模式主要在于应对“复杂对象各个部分”的频繁需求变动。其缺点在于难以应对“分步骤构建算法”的需求变动。（稳定点就是缺点）
• Builder模式中，需要注意不同语言中构造器内部调用虚函数的差别（C++ vs Java）
  • C++中无法再父类的构造方法中调用子类的虚函数（动态绑定），因为子类在此时还没有构造出来，此时如果在构造方法中调用虚函数，那么将会是静态绑定，意味着调用父类自己的虚函数。而Java等语言不是