实战设计模式之建造者模式

概述

        在实际项目中，我们有时会遇到需要创建复杂对象的情况。这些对象可能包含多个组件或属性，而且每个组件都有自己的配置选项。如果直接使用构造函数或前面介绍的工厂方法来创建这样的对象，可能会导致以下两个严重问题。

        1、参数过多。当一个类有很多可选参数时，构造函数可能会变得非常庞大，难以维护。此外，调用方必须记住哪些参数是必需的，哪些是可选的，这在一定程度上增加了出错的风险。

        2、代码冗余。如果每次创建对象都需要传递大量的参数，那么代码将会变得冗长、复杂且难以理解。即使有些参数有默认值，调用者仍然需要为所有参数提供值。

        相比之下，建造者模式提供了更好的解决方案。它通过引入一个专门的建造者类来逐步构建对象，直到所有的必要部分都被设置完毕。这样不仅可以简化对象的创建过程，还可以提高代码的可读性和可维护性。

        餐厅点餐是运用建造者模式的一个典型例子：菜单上有多种套餐组合，但每个套餐的具体内容可能不同；服务员会根据我们的选择，逐步记录下我们想要的食物和饮料，最后再把这些信息传递给厨房。在这个过程中，服务员扮演了“导演”的角色，而每道菜的厨师则是具体的“建造者”，他们负责按照订单的要求制作食物。

基本原理

        建造者模式的核心思想是：将一个复杂对象的构建过程与其表示分离，从而使得同样的构建过程可以创建不同的表示。它提供了一种分步骤构造复杂对象的方法，避免了大型构造函数带来的问题，并且提高了代码的可读性和可维护性。建造者模式包括如下四个核心组件。

        1、产品类。代表要创建的复杂对象，它可以是一个具体的产品实例，也可以是一系列相关属性的集合。产品类通常包含多个组成部分，每个部分都有自己的配置选项。

        2、抽象建造者。定义了创建产品各个部分的接口，它是所有具体建造者的基类或接口，声明了一系列用于组装产品的抽象方法。这些方法定义了如何构建产品的不同部分，但不涉及具体的实现逻辑。

        3、具体建造者。实现了抽象建造者接口，提供了构建产品的具体实现。每个具体建造者都对应一种特定的产品配置或类型，负责按照预定规则组装出完整的产品。通常情况下，具体建造者还会提供一个类似GetResult的方法来获取最终构建的产品对象。

        4、导演类。导演类负责协调各个具体建造者的执行顺序，它不直接参与产品的构建，而是调用建造者的方法来组织构建过程。它可以根据不同的需求选择合适的建造者，并控制构建的流程。

        基于上面的核心组件，建造者模式的实现主要有以下五个步骤。

        1、定义产品类。创建一个代表最终产品的类，它包含了所有与产品相关的属性。

        2、定义抽象建造者。定义一个接口或抽象类，声明一组用于构建产品的方法。这些方法定义了如何设置产品的各个部分，但不涉及具体的实现细节。

        3、实现具体建造者。根据需要创建多个具体建造者类，每个类都实现了抽象建造者接口。每个具体建造者负责按照特定的规则，组装出完整的产品，并提供GetResult方法来返回最终构建的产品对象。

        4、创建导演类。定义一个导演类，它负责调用具体建造者的方法来组织构建过程。导演类不直接参与产品的构建，而是充当协调者的角色，确保构建过程按照预期进行。

        5、编写应用层代码。在应用层代码中，首先选择合适的具体建造者并将其传递给导演类。导演类会根据预设的构建流程调用建造者的方法，逐步构建出最终的产品对象。最后，应用层可以从建造者那里获取到完全配置好的产品实例。

实战解析

        在下面的实战代码中，我们使用建造者模式模拟了餐厅点餐的应用场景。

        首先，我们定义了产品类COrder。COrder类代表最终的订单对象，它包含了主菜、饮料、甜点以及额外添加的项目。

        然后，我们定义了抽象建造者COrderBuilder。COrderBuilder是一个接口或抽象类，声明了一系列用于设置订单各个部分的方法。每个具体建造者都将实现这些方法，以按照特定规则组装出完整的订单。

        接下来，我们实现了具体建造者CStandardMealBuilder和CVegetarianMealBuilder，分别表示创建标准套餐和素食套餐。每个具体建造者都实现了COrderBuilder接口，并提供了构建特定类型订单的具体逻辑。

        我们还创建了导演类CWaiter，它负责协调各个建造者的执行顺序。它不直接参与订单的构建，而是调用建造者的方法来组织构建过程，这样可以确保构建过程的一致性和灵活性。

        最后，在main函数中，我们首先选择了CStandardMealBuilder来构建一个标准套餐，并通过CWaiter类来指导构建过程。紧接着，我们选择了CVegetarianMealBuilder来构建一个素食套餐。最后，我们打印了两个订单的具体内容，并进行了清理工作。

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>using namespace std;// 定义产品类：订单对象
class COrder
{
public:void SetMainDish(const string& strDish){m_strMainDish = strDish;}void SetDrink(const string& strDrink){m_strDrink = strDrink; }void SetDessert(const string& strDessert){m_strDessert = strDessert;}void AddExtra(const string& strExtra){m_vctExtras.push_back(strExtra);}void Print() const{cout << "Your order contains: " << endl;if (!m_strMainDish.empty()){cout << "Main dish: " << m_strMainDish << endl;}if (!m_strDrink.empty()){cout << "Drink: " << m_strDrink << endl;}if (!m_strDessert.empty()){cout << "Dessert: " << m_strDessert << endl;}if (!m_vctExtras.empty()){cout << "Extras: " << endl;for (const auto& extra : m_vctExtras){cout << "  " << extra << endl;}}}private:string m_strMainDish;               // 主菜string m_strDrink;                  // 饮料string m_strDessert;                // 甜点vector<string> m_vctExtras;         // 额外项
};// 定义抽象建造者
class COrderBuilder
{
public:COrderBuilder(){m_pOrder = new COrder();}virtual ~COrderBuilder() {}virtual void BuildMainDish() = 0;virtual void BuildDrink() = 0;virtual void BuildDessert() = 0;virtual void AddExtras() = 0;virtual COrder* GetResult(){return m_pOrder; }protected:COrder* m_pOrder;
};// 实现具体建造者：标准套餐建造者
class CStandardMealBuilder : public COrderBuilder
{
public:void BuildMainDish() override{m_pOrder->SetMainDish("Roast Chicken");}void BuildDrink() override{m_pOrder->SetDrink("Cola");}void BuildDessert() override{m_pOrder->SetDessert("Ice Cream");}void AddExtras() override{m_pOrder->AddExtra("Potato Fries");}
};// 实现具体建造者：素食套餐建造者
class CVegetarianMealBuilder : public COrderBuilder
{
public:void BuildMainDish() override{m_pOrder->SetMainDish("Vegetable Curry");}void BuildDrink() override{m_pOrder->SetDrink("Lemonade");}void BuildDessert() override{m_pOrder->SetDessert("Fruit Salad");}void AddExtras() override{m_pOrder->AddExtra("Breadsticks");}
};// 创建导演类：服务员
class CWaiter
{
public:void Construct(COrderBuilder* pBuilder){pBuilder->BuildMainDish();pBuilder->BuildDrink();pBuilder->BuildDessert();pBuilder->AddExtras();}
};int main()
{CWaiter waiter;// 选择标准套餐COrderBuilder* pBuilder = new CStandardMealBuilder();waiter.Construct(pBuilder);COrder* pStandardOrder = pBuilder->GetResult();cout << "***** Standard Meal *****" << endl;pStandardOrder->Print();cout << endl;delete pBuilder;// 选择素食套餐pBuilder = new CVegetarianMealBuilder();waiter.Construct(pBuilder);COrder* pVegetarianOrder = pBuilder->GetResult();cout << "***** Vegetarian Meal *****" << endl;pVegetarianOrder->Print();delete pBuilder;// 清理delete pStandardOrder;delete pVegetarianOrder;return 0;
}

总结

        对于那些需要很多参数的对象创建，尤其是这些参数大多数是可选的时候，使用建造者模式可以让代码更加易读、易于维护。相比长串的构造函数参数列表，建造者模式提供了更自然的接口来逐步设定属性。

        但建造者模式也引入了额外的类（即具体的建造者），因此会稍微增加系统的复杂度和整体大小。对于简单的对象创建，这种模式可能显得过于繁琐。如果要添加新的产品，就需要修改现有的建造者接口或创建新的建造者子类，这可能会影响现有代码的稳定性。另外，如果建造者负责多个不同类型的对象创建，可能会导致建造者类变得臃肿，承担过多责任，从而违背了单一职责原则。