【设计模式】建造者模式(C#)

【设计模式】建造者模式

1、概述

在软件开发过程中有时需要创建一个复杂的对象，这个复杂对象通常由多个子部件按一定的步骤组合而成。例如，计算机是由 CPU、主板、内存、硬盘、显卡、机箱、显示器、键盘、鼠标等部件组装而成的，采购员不可能自己去组装计算机，而是将计算机的配置要求告诉计算机销售公司，计算机销售公司安排技术人员去组装计算机，然后再交给要买计算机的采购员。

分离了部件的构造(由Builder来负责)和装配(由Director负责)。 从而可以构造出复杂的对象。这个模式适用于：某个对象的构建过程复杂的情况。

由于实现了构建和装配的解耦。不同的构建器，相同的装配，也可以做出不同的对象；相同的构建器，不同的装配顺序也可以做出不同的对象。也就是实现了构建算法、装配算法的解耦，实现了更好的复用。

建造者模式可以将部件和其组装过程分开，一步一步创建一个复杂的对象。用户只需要指定复杂对象的类型就可以得到该对象，而无须知道其内部的具体构造细节。

建造者（Builder）模式包含如下角色：

• 抽象建造者类（Builder）：这个接口规定要实现复杂对象的那些部分的创建，并不涉及具体的部件对象的创建。
• 具体建造者类（ConcreteBuilder）：实现 Builder 接口，完成复杂产品的各个部件的具体创建方法。在构造过程完成后，提供产品的实例。
• 产品类（Product）：要创建的复杂对象。
• 指挥者类（Director）：调用具体建造者来创建复杂对象的各个部分，在指导者中不涉及具体产品的信息，只负责保证对象各部分完整创建或按某种顺序创建。

2、实例

组装计算机

计算机是由 CPU、主板、内存、硬盘、显卡、机箱、显示器、键盘、鼠标等部件组装而成的，采购员不可能自己去组装计算机，而是将计算机的配置要求告诉计算机销售公司，计算机销售公司安排技术人员去组装计算机，然后再交给要买计算机的采购员。

这里Computer是产品，包含CPU、主板、内存、硬盘、显卡、机箱、显示器、键盘、鼠标等组件；Builder是抽象建造者，HighPerformanceBuilder和CostEffectiveBuilder是具体的建造者；Director是指挥者。

具体的代码如下：

//产品类
public class Computer
    {
        public string CPU { get; set; }
        public string Memory { get; set; }
        public string Disk { get; set; }
        public string GraphicsCard { get; set; }
        public string MainBoard { get; set; }
    }

// 抽象 builder 类
public abstract class Builder
    {
        protected Computer computer = new Computer();
        public abstract void BuildCPU();
        public abstract void BuildMemory();
        public abstract void BuildDisk();
        public abstract void BuildGraphicsCard();
        public abstract void BuildMainBoard();
        public Computer CreateComputer() 
        {
            return computer;
        }
    }

//具体Builder类
class CostEffectiveBuilder : Builder
    {
        public override void BuildCPU()
        {
            computer.CPU = "i5处理器";
            Console.WriteLine("i5处理器");
        }

        public override void BuildDisk()
        {
            computer.Disk = "512G固态";
            Console.WriteLine("512G固态");
        }

        public override void BuildGraphicsCard()
        {
            computer.GraphicsCard = "RTX 3050";
            Console.WriteLine("RTX 3050");
        }

        public override void BuildMainBoard()
        {
            computer.MainBoard = "联想主板";
            Console.WriteLine("联想主板");
        }

        public override void BuildMemory()
        {
            computer.Memory = "16G内存";
            Console.WriteLine("16G内存");
        }
    }

//具体Builder类
class HighPerformanceBuilder : Builder
    {
        public override void BuildCPU()
        {
            computer.CPU = "i7处理器";
            Console.WriteLine("i7处理器");
        }

        public override void BuildDisk()
        {
            computer.Disk = "i7处理器";
            Console.WriteLine("1T固态");
        }

        public override void BuildGraphicsCard()
        {
            computer.GraphicsCard = "RTX 3090";
            Console.WriteLine("RTX 3090");
        }

        public override void BuildMainBoard()
        {
            computer.MainBoard = "联想主板";
            Console.WriteLine("联想主板");
        }

        public override void BuildMemory()
        {
            computer.Memory = "32G内存";
            Console.WriteLine("32G内存");
        }
    }

//指挥者类
public class Director
    {
        private Builder _builder = null;

        public Director(Builder builder)
        {
            this._builder = builder;
        }

        public Computer AssembleComputer()
        {
            _builder.BuildCPU();
            _builder.BuildDisk();
            _builder.BuildGraphicsCard();
            _builder.BuildMainBoard();
            _builder.BuildMemory();
            return _builder.CreateComputer();
        }
    }

//测试类
class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("===============高性能电脑==================");
            HighPerformanceBuilder highPerformanceBuilder = new HighPerformanceBuilder();
            showComputer(highPerformanceBuilder);


            Console.WriteLine("===============高性价比电脑==================");
            CostEffectiveBuilder costEffectiveBuilder = new CostEffectiveBuilder();
            showComputer(costEffectiveBuilder);
        }

        private static void showComputer(Builder builder)
        {
            Director director = new Director(builder);
            Computer computer = director.AssembleComputer();
            Console.WriteLine($"CPU为   {computer.CPU}");
            Console.WriteLine($"内存为  {computer.Memory}");
        }
    }

******************【运行结果】******************
===============高性能电脑==================
i7处理器
1T固态
RTX 3090
联想主板
32G内存
CPU为   i7处理器
内存为  32G内存
===============高性价比电脑==================
i5处理器
512G固态
RTX 3050
联想主板
16G内存
CPU为   i5处理器
内存为  16G内存

3、优缺点

优点：

• 建造者模式的封装性很好。使用建造者模式可以有效的封装变化，在使用建造者模式的场景中，一般产品类和建造者类是比较稳定的，因此，将主要的业务逻辑封装在指挥者类中对整体而言可以取得比较好的稳定性。
• 在建造者模式中，客户端不必知道产品内部组成的细节，将产品本身与产品的创建过程解耦，使得相同的创建过程可以创建不同的产品对象。
• 可以更加精细地控制产品的创建过程 。将复杂产品的创建步骤分解在不同的方法中，使得创建过程更加清晰，也更方便使用程序来控制创建过程。
• 建造者模式很容易进行扩展。如果有新的需求，通过实现一个新的建造者类就可以完成，基本上不用修改之前已经测试通过的代码，因此也就不会对原有功能引入风险。符合开闭原则。

缺点：

造者模式所创建的产品一般具有较多的共同点，其组成部分相似，如果产品之间的差异性很大，则不适合使用建造者模式，因此其使用范围受到一定的限制。

4、使用场景

建造者模式唯一区别于工厂模式的是针对复杂对象的创建。也就是说，如果创建简单对象，通常都是使用工厂模式进行创建，而如果创建复杂对象，就可以考虑使用建造者模式。

当需要创建的产品具备复杂创建过程时，可以抽取出共性创建过程，然后交由具体实现类自定义创建流程，使得同样的创建行为可以生产出不同的产品，分离了创建与表示，使创建产品的灵活性大大增加。

• 创建的对象较复杂，由多个部件构成，各部件面临着复杂的变化，但构件间的建造顺序是稳定的。
• 创建复杂对象的算法独立于该对象的组成部分以及它们的装配方式，即产品的构建过程和最终的表示是独立的。

建造者（Builder）模式在应用过程中可以根据需要改变，如果创建的产品种类只有一种，只需要一个具体建造者，这时可以省略掉抽象建造者，甚至可以省略掉指挥者角色。

5、创建者模式对比

工厂方法模式VS建造者模式

工厂方法模式注重的是整体对象的创建方式；而建造者模式注重的是部件构建的过程，意在通过一步一步地精确构造创建出一个复杂的对象。

我们举个简单例子来说明两者的差异，如要制造一个超人，如果使用工厂方法模式，直接产生出来的就是一个力大无穷、能够飞翔、内裤外穿的超人；而如果使用建造者模式，则需要组装手、头、脚、躯干等部分，然后再把内裤外穿，于是一个超人就诞生了。

抽象工厂模式VS建造者模式

抽象工厂模式实现对产品家族的创建，一个产品家族是这样的一系列产品：具有不同分类维度的产品组合，采用抽象工厂模式则是不需要关心构建过程，只关心什么产品由什么工厂生产即可。

建造者模式则是要求按照指定的蓝图建造产品，它的主要目的是通过组装零配件而产生一个新产品。

如果将抽象工厂模式看成汽车配件生产工厂，生产一个产品族的产品，那么建造者模式就是一个汽车组装工厂，通过对部件的组装可以返回一辆完整的汽车。