【C++设计模式之建造者模式:创建型】分析及示例

简介

建造者模式（Builder Pattern）是一种创建型设计模式，它将复杂对象的构建过程与其表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

描述

建造者模式通过将一个复杂对象的构建过程拆分成多个简单的部分，并由不同的建造者构建每个部分，最终组装成整的对象。这种方式可以灵活地构建不同的对象表示，同时封装了对象的构建过程。

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。通常，一个建造者接口定义了构建每个部分的方法，一个具体的建造者实现了该接口，并负责构建每个部分。最后，一个指挥者类根据具体的构建者来组装构建过程，并返回构建完成的对象。

类图

建造者模式中有几个角色：

1. Director：导演类，按照已有的顺序告诉Builder建造
2. Builder：抽象建造者，规范建造的方法
3. ConcreteBuilder：具体的建造者，复实现抽象建造者的方法，并返回一个产品
4. Product：产品类

示例

假设要构建一个电脑对象，该电脑对象包含CPU、内存和硬盘等部件。

1. 创建一个电脑建造者接口（ComputerBuilder），其中定义了构建每个部分的方法。
2. 创建了具体的电脑建造者类（ConcreteComputerBuilder），实现了建造者接口，并负责构建每个部分。
3. 创建一个指挥者类（Director），根据具体的建造者来组装构建过程，并最终返回构建好的电脑对象。

C++示例代码如下：

#include 
using namespace std;

// 电脑类
class Computer {
public:
    void setCPU(const string& cpu) {
        this->cpu cpu;
    }
    void setMemory(const string& memory) {
        this->memory = memory;
    }
    void setHardDrive(const string& hardDrive) {
        this->hardDrive = hardDrive;
    }
    void showInfo() const {
        cout << "CPU: " << cpu << endl;
        cout << "Memory: " << memory << endl;
        cout << "Hard Drive: " << hardDrive << endl;
    }
private:
    string cpu;
    string memory;
    string hardDrive;
};

// 电脑建造者接口
class ComputerBuilder {
public:
    virtual void buildCPU() = 0;
    virtual void buildMemory() = 0;
    virtual void buildHardDrive() = 0;
    virtual Computer* get() = 0;
};

// 具体的电脑建造者
class ConcreteComputerBuilder : public ComputerBuilder {
public:
    ConcreteComputerBuilder() {
        computer = new Computer();
    }

    void buildCPU() override {
        computer->setCPU("Intel Core i7");
    }
    void buildMemory() override {
        computer->setMemory("16GB");
    }
    void buildHardDrive() override {
        computer->setHardDrive("1TB SSD");
    }
    Computer* getComputer() override {
        return computer;
    }

private:
    Computer* computer;
};

// 指挥者
class Director {
public:
    void setComputerBuilder(ComputerBuilder* builder)
    {
    	this->builder = builder;
    }

    void constructComputer() {
        builder->buildCPU();
 		builder->buildMemory();
        builder->buildHardDrive();
    }

private:
    ComputerBuilder* builder;
};

// 使用示例
int main() {
    Director director;
    ConcreteComputerBuilder builder;
    director.setComputerBuilder(&builder);
    director.constructComputer();

    Computer* computer = builder.getComputer();
    computer->showInfo();

    delete computer;

    return 0;
}

输出结果

CPU: Intel Core i7
Memory: 16GB
Hard Drive: 1TB SSD

解释

在上述示例中，首先定义了电脑类（Computer），其中包含了一些电脑的属性和显示信息的方法。
然后，创建了电脑建造者接口（ComputerBuilder），其中定义了构建每个部分的抽象方法，并定义了获取构建好的电脑的方法。
接着，创建了具体的电脑建造者类（ConcreteComputerBuilder），它实现了电脑建造者接口，并负责构建每个部分。
最后，创建了一个指挥者类（Director），它接收一个具体的建造者，并根据这个建造者来组装建过程。

在示例中，通过调用指挥者的constructComputer方法来使用具体的建造者构建电脑对象。最终，通过调用建造者的getComputer方法来获取构建好电脑对象，并调用它的showInfo方法来显示电脑的信息。

结论

建造者模式通过将对象的构建过程与其表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。它提供了更加灵活和可复用的方式来构建复杂对象。

应用场景

建造者模式适用于以下情况：

1. 当需要创建具有复杂内部结构的对象时，使用建造者模式可以简化构建过程；
2. 当需要构建的对象具有不同的表示时，使用建造者模式可以根据不同的建造者生成不同的对象表示；
3. 当需要封装对象的构建过程，以便于修改或扩展时，使用建造者模式可以将构建过程与表示分离，减少代码的耦合度。

建造者模式可以应用于各种场景，如复杂对象的构建、流程控制、组装不同的表示等。它通过将构建过程拆分为多个简单的部分，使得构建过程可控制和可扩，提供了更加灵活和可复用对象构建方式。