【Python笔记-设计模式】建造者模式

一、说明

又称生成器，是一种创建型设计模式，使其能够分步骤创建复杂对象。允许使用相同的创建代码生成不同类型和形式的对象。

(一) 解决问题

1. 对象的创建问题：当一个对象的构建过程复杂，且部分构建过程相互独立时，可以使用建造者模式。例如，一个软件系统中需要创建一个复杂的对象，这个对象由多个部分组成，而这些部分可以独立地进行变更，这时候就可以使用建造者模式。
2. 解耦问题：建造者模式将一个复杂对象的构建函数进行分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。用户只需要指定需要建造的类型，不需要知道建造的过程和细节。

(二) 使用场景

• 结构复杂：当对象有非常复杂的内部结构，有许多属性时
• 拆分大量参数的构造函数
• 希望使用代码创建不同形式的产品，制造过程相似且仅有细节上的差异

二、结构

1. 生成器 （Builder）接口声明在所有类型生成器中通用的产品构造步骤。
2. 具体生成器 （Concrete Builders）提供构造过程的不同实现。具体生成器也可以构造不遵循通用接口的产品。
3. 产品 （Products）是最终生成的对象。由不同生成器构造的产品无需属于同一类层次结构或接口。
4. 主管 （Director）类定义调用构造步骤的顺序，这样你就可以创建和复用特定的产品配置。
5. 客户端 （Client）必须将某个生成器对象与主管类关联。一般情况下，你只需通过主管类构造函数的参数进行一次性关联即可。此后主管类就能使用生成器对象完成后续所有的构造任务。但在客户端将生成器对象传递给主管类制造方法时还有另一种方式。在这种情况下，你在使用主管类生产产品时每次都可以使用不同的生成器。

三、伪代码

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: UTF-8 -*-
__doc__ = """
建造者模式

例：复用相同的对象构造代码来生成不同类型的产品——例如汽车 （Car）——及其相应的使用手册 （Manual）。
"""


class Car:
    """产品类"""

    def __init__(self):
        self.brand = None
        self.seats = None
        self.engine = None
        self.trip_computer = None
        self.gps = None

    def __str__(self):
        return "汽车概况：\n     " + f"{self.__dict__}"


class Manual:
    """使用手册类"""

    def __init__(self):
        self.sections = []

    def add_section(self, feature, description):
        self.sections.append((feature, description))

    def __str__(self):
        return "使用手册：\n     " + "\n     ".join(
            f"{feature} - {description}" for feature, description in self.sections
        )


class CarBuilder:
    """生成器类"""

    def __init__(self):
        self._manual = None
        self._car = None
        self.reset()

    def reset(self):
        self._car = Car()
        self._manual = Manual()

    def set_brand(self, brand):
        self._car.brand = brand
        self._manual.add_section("Brand", f"这辆车的品牌是 {brand}")
        return self

    def set_seats(self, seats):
        self._car.seats = seats
        self._manual.add_section("Seats", f"这辆车有 {seats} 个座位")
        return self

    def set_engine(self, engine):
        self._car.engine = engine
        self._manual.add_section("Engine", f"这辆车配备了一个 {engine} 引擎")
        return self

    def set_trip_computer(self, trip_computer):
        self._car.trip_computer = trip_computer
        if trip_computer:
            self._manual.add_section("Trip Computer", "这辆汽车装有行车电脑。")
        return self

    def set_gps(self, gps):
        self._car.gps = gps
        if gps:
            self._manual.add_section("GPS", "这辆汽车装有全球定位系统（GPS）。")
        return self

    def get_car(self):
        return self._car

    def get_manual(self):
        return self._manual


class Director:
    """
    主管类
    主管只负责按照特定顺序执行生成步骤。由于客户端可以直接控制生成器，所以严格意义上来说，主管类并不是必需的。
    """

    @staticmethod
    def construct_sports_car1(builder):
        builder.reset()
        builder.set_brand("宝马").set_seats(4).set_engine("SportEngine").set_trip_computer(True).set_gps(True)

    @staticmethod
    def construct_sports_car2(builder):
        builder.reset()
        builder.set_brand("奔驰").set_seats(6)


def client_code():
    """客户端代码"""
    director = Director()

    # 构建汽车和使用手册
    car_builder = CarBuilder()
    director.construct_sports_car1(car_builder)
    print(car_builder.get_car())
    print(car_builder.get_manual())
    print()
    director.construct_sports_car2(car_builder)
    print(car_builder.get_car())
    print(car_builder.get_manual())


if __name__ == "__main__":
    """
    汽车概况：
         {'brand': '宝马', 'seats': 4, 'engine': 'SportEngine', 'trip_computer': True, 'gps': True}
    使用手册：
         Brand - 这辆车的品牌是 宝马
         Seats - 这辆车有 4 个座位
         Engine - 这辆车配备了一个 SportEngine 引擎
         Trip Computer - 这辆汽车装有行车电脑。
         GPS - 这辆汽车装有全球定位系统（GPS）。
    
    汽车概况：
         {'brand': '奔驰', 'seats': 6, 'engine': None, 'trip_computer': None, 'gps': None}
    使用手册：
         Brand - 这辆车的品牌是 奔驰
         Seats - 这辆车有 6 个座位
    """
    client_code()

四、优缺点

优点

• 你可以分步创建对象，暂缓创建步骤或递归运行创建步骤。
• 生成不同形式的产品时，你可以复用相同的制造代码。
• 单一职责原则。你可以将复杂构造代码从产品的业务逻辑中分离出来。

缺点

• 由于该模式需要新增多个类，因此代码整体复杂程度会有所增加。