建造者模式-创建型
一、建造者模式
1.1、核心思想
将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。<================>（说人话）创建步骤复杂，需要过多参数，用户只提供自己的参数，只关心最后的结果，不关心中间
的过程。比如diy主机：CPU:是考虑intel还是AMD：i5还是Rzen5 9700x等；内存是ddr5还是ddr4，选择哪个厂家，容量多大，时序多少等。
1.2、为什么需要建造者模式
问题场景
以DIY主机为例：
// 糟糕的设计：伸缩构造函数模式classComputer{public:// 构造函数1：只有必填参数Computer(conststring&cpu,conststring&ram):cpu_(cpu),ram_(ram){}// 构造函数2：加上可选参数Computer(conststring&cpu,conststring&ram,conststring&storage):cpu_(cpu),ram_(ram),storage_(storage){}// 构造函数3：再加上更多可选参数...Computer(conststring&cpu,conststring&ram,conststring&storage,conststring&gpu,conststring&monitor):cpu_(cpu),ram_(ram),storage_(storage),gpu_(gpu),monitor_(monitor){}// 更多构造函数...// 问题：参数太多，难以阅读和维护！private:string cpu_;string ram_;string storage_="";string gpu_="";string monitor_="";boolbluetooth_=false;// ... 更多成员};// 使用：哪个参数对应什么？完全看不懂！Computercomputer("i7","16GB","1TB SSD","RTX 3080","27寸4K",true,false,true);问题点：
- 构造函数的参数太多，难以阅读和维护。
- 用户需要记住每个参数的顺序和类型，容易出错。
- 扩展性差，每次增加新属性都需要修改构造函数。
建造者模式解决方案
- 构建产品类
// 产品类：电脑classComputer{public:// 使用友元类，让Builder可以访问私有成员friendclassComputerBuilder;voidshow()const{std::cout<<"=== 电脑配置 ==="<<std::endl;std::cout<<"CPU: "<<cpu_<<std::endl;std::cout<<"内存: "<<ram_<<std::endl;if(!storage_.empty()){std::cout<<"存储: "<<storage_<<std::endl;}if(!gpu_.empty()){std::cout<<"显卡: "<<gpu_<<std::endl;}if(!monitor_.empty()){std::cout<<"显示器: "<<monitor_<<std::endl;}std::cout<<"蓝牙: "<<(bluetooth_?"支持":"不支持")<<std::endl;std::cout<<"WiFi: "<<(wifi_?"支持":"不支持")<<std::endl;std::cout<<"总价: ¥"<<price_<<std::endl;}private:// 私有构造函数，只能通过Builder创建Computer()=default;// 电脑组件std::string cpu_;std::string ram_;std::string storage_;std::string gpu_;std::string monitor_;boolbluetooth_=false;boolwifi_=false;doubleprice_=0.0;};- 构建建造者类
// 抽象建造者classComputerBuilder{public:virtual~ComputerBuilder()=default;// 构建步骤virtualvoidbuildCPU(conststd::string&cpu)=0;virtualvoidbuildRAM(conststd::string&ram)=0;virtualvoidbuildStorage(conststd::string&storage)=0;virtualvoidbuildGPU(conststd::string&gpu)=0;virtualvoidbuildMonitor(conststd::string&monitor)=0;virtualvoidbuildBluetooth(boolenabled)=0;virtualvoidbuildWifi(boolenabled)=0;// 获取产品virtualstd::unique_ptr<Computer>getResult()=0;};- 构建具体建造者类
// 具体建造者：游戏电脑建造者classGamingComputerBuilder:publicComputerBuilder{private:std::unique_ptr<Computer>computer_;public:GamingComputerBuilder(){computer_=std::make_unique<Computer>();computer_->price_=0.0;// 初始价格}voidbuildCPU(conststd::string&cpu)override{computer_->cpu_=cpu;computer_->price_+=(cpu.find("i9")!=std::string::npos)?3500:2500;std::cout<<"安装CPU: "<<cpu<<std::endl;}voidbuildRAM(conststd::string&ram)override{computer_->ram_=ram;computer_->price_+=(ram.find("32GB")!=std::string::npos)?1200:800;std::cout<<"安装内存: "<<ram<<std::endl;}voidbuildStorage(conststd::string&storage)override{computer_->storage_=storage;computer_->price_+=(storage.find("2TB")!=std::string::npos)?1500:800;std::cout<<"安装存储: "<<storage<<std::endl;}voidbuildGPU(conststd::string&gpu)override{computer_->gpu_=gpu;computer_->price_+=(gpu.find("RTX")!=std::string::npos)?5000:2000;std::cout<<"安装显卡: "<<gpu<<std::endl;}voidbuildMonitor(conststd::string&monitor)override{computer_->monitor_=monitor;computer_->price_+=(monitor.find("4K")!=std::string::npos)?2000:1000;std::cout<<"连接显示器: "<<monitor<<std::endl;}voidbuildBluetooth(boolenabled)override{computer_->bluetooth_=enabled;computer_->price_+=enabled?100:0;std::cout<<"配置蓝牙: "<<(enabled?"支持":"不支持")<<std::endl;}voidbuildWifi(boolenabled)override{computer_->wifi_=enabled;computer_->price_+=enabled?150:0;std::cout<<"配置WiFi: "<<(enabled?"支持":"不支持")<<std::endl;}std::unique_ptr<Computer>getResult()override{std::cout<<"游戏电脑组装完成！"<<std::endl;returnstd::move(computer_);}};// 具体建造者：办公电脑建造者classOfficeComputerBuilder:publicComputerBuilder{private:std::unique_ptr<Computer>computer_;public:OfficeComputerBuilder(){computer_=std::make_unique<Computer>();computer_->price_=0.0;}voidbuildCPU(conststd::string&cpu)override{computer_->cpu_=cpu;computer_->price_+=(cpu.find("i5")!=std::string::npos)?1200:800;std::cout<<"安装CPU: "<<cpu<<std::endl;}voidbuildRAM(conststd::string&ram)override{computer_->ram_=ram;computer_->price_+=400;// 办公电脑内存价格固定std::cout<<"安装内存: "<<ram<<std::endl;}voidbuildStorage(conststd::string&storage)override{computer_->storage_=storage;computer_->price_+=500;std::cout<<"安装存储: "<<storage<<std::endl;}voidbuildGPU(conststd::string&gpu)override{// 办公电脑默认集成显卡if(!gpu.empty()){computer_->gpu_=gpu;computer_->price_+=800;std::cout<<"安装显卡: "<<gpu<<std::endl;}}voidbuildMonitor(conststd::string&monitor)override{computer_->monitor_=monitor;computer_->price_+=800;std::cout<<"连接显示器: "<<monitor<<std::endl;}voidbuildBluetooth(boolenabled)override{computer_->bluetooth_=enabled;computer_->price_+=enabled?50:0;std::cout<<"配置蓝牙: "<<(enabled?"支持":"不支持")<<std::endl;}voidbuildWifi(boolenabled)override{computer_->wifi_=enabled;computer_->price_+=enabled?80:0;std::cout<<"配置WiFi: "<<(enabled?"支持":"不支持")<<std::endl;}std::unique_ptr<Computer>getResult()override{std::cout<<"办公电脑组装完成！"<<std::endl;returnstd::move(computer_);}};- 指挥者（Director）：指导构建过程，但不直接参与具体建造细节。
// 指挥者：指导构建过程classComputerDirector{public:voidconstructGamingComputer(ComputerBuilder&builder){std::cout<<"\n开始构建高性能游戏电脑..."<<std::endl;builder.buildCPU("Intel i9-13900K");builder.buildRAM("32GB DDR5");builder.buildStorage("2TB NVMe SSD");builder.buildGPU("NVIDIA RTX 4080");builder.buildMonitor("32寸4K 144Hz");builder.buildBluetooth(true);builder.buildWifi(true);}voidconstructOfficeComputer(ComputerBuilder&builder){std::cout<<"\n开始构建办公电脑..."<<std::endl;builder.buildCPU("Intel i5-12400");builder.buildRAM("16GB DDR4");builder.buildStorage("512GB SSD");builder.buildGPU("");// 集成显卡builder.buildMonitor("24寸1080P");builder.buildBluetooth(true);builder.buildWifi(true);}voidconstructBasicComputer(ComputerBuilder&builder){std::cout<<"\n开始构建基础电脑..."<<std::endl;builder.buildCPU("Intel i3-12100");builder.buildRAM("8GB DDR4");builder.buildStorage("256GB SSD");builder.buildMonitor("21.5寸1080P");// 不调用 buildGPU, buildBluetooth, buildWifi 使用默认值}};// 使用示例voiddemoBuilderPattern(){std::cout<<"=== 建造者模式演示 ==="<<std::endl;ComputerDirector director;// 构建游戏电脑GamingComputerBuilder gamingBuilder;director.constructGamingComputer(gamingBuilder);autogamingPC=gamingBuilder.getResult();gamingPC->show();// 构建办公电脑OfficeComputerBuilder officeBuilder;director.constructOfficeComputer(officeBuilder);autoofficePC=officeBuilder.getResult();officePC->show();// 自定义构建std::cout<<"\n=== 自定义构建 ==="<<std::endl;GamingComputerBuilder customBuilder;customBuilder.buildCPU("AMD Ryzen 7 7800X3D");customBuilder.buildRAM("64GB DDR5");customBuilder.buildStorage("4TB NVMe SSD");customBuilder.buildGPU("AMD RX 7900 XTX");customBuilder.buildMonitor("34寸曲面带鱼屏");customBuilder.buildBluetooth(true);customBuilder.buildWifi(true);autocustomPC=customBuilder.getResult();customPC->show();}1.3、建造者模式常见的四个角色
- Product(产品角色):一个具体的产品对象，比如上面的
Computer - Builder(抽象建造者):定义构建步骤的接口，比如上面的
ComputerBuilder - ConcreteBuilder(具体建造者):实现构建步骤，比如上面的
GamingComputerBuilder,OfficeComputerBuilder - Director(指挥者):指导构建过程以及隔离客户与对象的生产过程，比如上面的
ComputerDirector
附上UML类图:
二、总结
2.1、优缺点
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 构造过程清晰可控 | 增加了代码复杂度 |
| 避免伸缩构造函数 | 需要创建多个类 |
| 可以分布构建对象 | 适合复杂对象，简单对象不划算 |
| 更好的参数验证 | 产品类需要暴露给建造者 |
2.2、适用场景
- 创建复杂对象：对象有很多组成部分，构造过程复杂
- 构造过程需要精细控制：需要细化构建步骤
- 对象有很多可选参数
- 需要创建不同表示的对象：同样的构建过程，不同的配置
2.3、建造者模式 VS 工厂模式
- 工厂模式：侧重于创建对象，不关心构建过程
- 建造者模式：侧重于构建过程，不关心对象类型