C++ 设计模式：建造者模式（Builder Pattern）

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链接：C++ 设计模式 - 工厂方法
链接：C++ 设计模式 - 抽象工厂
链接：C++ 设计模式 - 原型模式

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。