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C++ 设计模式:建造者模式(Builder Pattern)

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建造者模式(Builder Pattern)是一种创建型设计模式,它允许你分步骤创建复杂对象。与其他创建型模式不同,建造者模式不仅关注对象的创建,还关注对象的组装过程。

1.问题分析

在软件开发中,有时我们需要创建一个复杂对象,这个对象由多个部分组成,并且这些部分的构建过程可能非常复杂。直接使用构造函数来创建这样的对象会导致代码难以维护和扩展。建造者模式通过将对象的构建过程与表示分离,使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

2.实现步骤

  1. 定义产品类:定义一个复杂对象类,该类包含多个部分。
  2. 定义建造者接口:定义一个包含构建各个部分方法的接口。
  3. 实现具体建造者类:实现建造者接口,提供构建各个部分的具体实现。
  4. 定义指挥者类:定义一个指挥者类,用于控制建造过程。
  5. 客户端代码:使用指挥者类和具体建造者类来创建复杂对象。

3.代码示例

3.1.定义产品类

// 机器人类
class Robot {public:void setHead(const std::string& head) { head_ = head; }void setBody(const std::string& body) { body_ = body; }void setArms(const std::string& arms) { arms_ = arms; }void setLegs(const std::string& legs) { legs_ = legs; }void show() const { std::cout << "Robot Parts: " << head_ << ", " << body_ << ", " << arms_ << ", " << legs_ << std::endl; }private:std::string head_;std::string body_;std::string arms_;std::string legs_;
};

3.2.定义建造者接口

// 建造者接口
class RobotBuilder {public:virtual ~RobotBuilder() = default;virtual void buildHead() = 0;virtual void buildBody() = 0;virtual void buildArms() = 0;virtual void buildLegs() = 0;virtual std::unique_ptr<Robot> getResult() = 0;protected:std::unique_ptr<Robot> robot_ = std::make_unique<Robot>();
};

3.3.实现具体建造者类

// 清洁机器人建造者类
class CleaningRobotBuilder : public RobotBuilder {public:void buildHead() override { robot_->setHead("Cleaning Head"); }void buildBody() override { robot_->setBody("Cleaning Body"); }void buildArms() override { robot_->setArms("Cleaning Arms"); }void buildLegs() override { robot_->setLegs("Cleaning Legs"); }std::unique_ptr<Robot> getResult() override { return std::move(robot_); }
};
// 巡检机器人建造者类
class InspectionRobotBuilder : public RobotBuilder {public:void buildHead() override { robot_->setHead("Inspection Head"); }void buildBody() override { robot_->setBody("Inspection Body"); }void buildArms() override { robot_->setArms("Inspection Arms"); }void buildLegs() override { robot_->setLegs("Inspection Legs"); }std::unique_ptr<Robot> getResult() override { return std::move(robot_); }
};

3.4.定义指挥者类

// 指挥者类
class RobotDirector {public:void setBuilder(RobotBuilder* builder) { builder_ = builder; }std::unique_ptr<Robot> construct() {builder_->buildHead();builder_->buildBody();builder_->buildArms();builder_->buildLegs();return builder_->getResult();}private:RobotBuilder* builder_;
};

3.5.客户端代码

int main() {// 创建具体建造者对象CleaningRobotBuilder cleaningBuilder;InspectionRobotBuilder inspectionBuilder;// 创建指挥者对象并设置建造者RobotDirector director;// 构建清洁机器人director.setBuilder(&cleaningBuilder);std::unique_ptr<Robot> cleaningRobot = director.construct();cleaningRobot->show();// 构建巡检机器人director.setBuilder(&inspectionBuilder);std::unique_ptr<Robot> inspectionRobot = director.construct();inspectionRobot->show();return 0;
}

4.总结

  • 建造者模式(Builder Pattern)

    1. 创建过程:指挥者控制对象的创建过程,按特定顺序构建对象。
    2. 目的:将复杂对象的构建过程与其表示分离。
    3. 适用场景:
      • 需要逐步构建复杂对象,并且构建过程可以有不同的表示。
      • 对象由多个部分组成,每个部分可以独立构建。
      • 需要控制对象的创建过程。
  • 工厂模式(Factory Pattern)

    1. 创建过程:工厂决定创建哪个具体对象,创建过程较为简单。
    2. 目的:定义一个用于创建对象的接口,让子类决定实例化哪一个类。
    3. 适用场景:
      • 需要创建的对象类型在运行时才确定。
      • 需要将对象的创建与使用分离。
      • 对象通常是一个整体,创建时不需要逐步构建。

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