建造者模式（Builder Pattern）是23种经典设计模式中的创建型模式之一，其核心思想是将复杂对象的构建过程与其表示分离，使得同样的构建流程可以生成不同结构或配置的对象。以下从定义、结构、应用场景、优缺点及代码示例展开分析：
一、模式定义
建造者模式通过分步构建复杂对象，将对象的构造逻辑（如部件创建、组装顺序）封装在独立的建造者类中，客户端只需指定建造者类型即可获得最终产品，无需了解内部细节。
类比：如同在餐厅点餐，顾客只需选择套餐类型（如A套餐、B套餐），厨师（建造者）会按固定流程准备食材（部件）并组合成完整餐品（产品）。
二、模式结构
建造者模式通常包含以下角色：
1.产品（Product）
复杂对象，由多个部件组成（如汽车由引擎、轮胎、车身等部件构成）。
2.抽象建造者（Builder）
定义创建产品各部件的抽象方法（如buildEngine()、buildWheel()），并提供获取最终产品的方法（如getVehicle()）。
3.具体建造者（ConcreteBuilder）
实现抽象建造者接口，具体定义部件的创建和组装逻辑，返回不同配置的产品实例。
4.指挥者（Director）
封装构建流程，调用建造者的方法按固定顺序组装产品（可选角色，客户端也可直接调用建造者）。
三、应用场景
1.复杂对象构造
对象由多个部件构成，且部件创建步骤复杂（如计算机组装需选择CPU、内存、硬盘等）。
2.相同流程不同表示
构建过程稳定，但部件组合方式多样（如汽车可组装为SUV、跑车等不同型号）。
3.隔离构造与使用
客户端无需关心对象内部细节，只需关注最终产品（如通过StringBuilder.append()逐步构建字符串，最后调用toString()获取结果）。
4.可选部件处理
对象包含可选属性，避免使用冗长的构造函数或Setter方法（如通过链式调用设置对象属性）。
四、优缺点分析
1.优点
（1）解耦构建与表示：客户端无需知道产品内部结构，只需指定建造者类型。
（2）扩展性强：新增具体建造者不影响现有代码，符合开闭原则。
（3）控制构建细节：可灵活调整部件创建顺序或条件（如根据配置选择引擎类型）。
2.缺点
（1）类数量增加：需定义抽象建造者、具体建造者等额外类，系统复杂度上升。
（2）维护成本高：若产品内部结构变化，所有建造者均需修改。
（3）适用范围有限：仅适用于部件数量多、构造过程复杂的对象。
五、代码示例（C#）
以下是一个 完整的 C# 建造者模式示例，包含 产品类、抽象建造者、具体建造者、指挥者 和 客户端调用，并支持 链式调用：
csharp
using System;
// 1. 产品类（Computer）
public class Computer
{
public string CPU { get; set; }
public string RAM { get; set; }
public string Storage { get; set; }
public string GPU { get; set; }
public bool HasKeyboard { get; set; }
public bool HasMouse { get; set; }
public override string ToString()
{
return $@"
Computer Configuration:
CPU: {CPU}
RAM: {RAM}
Storage: {Storage}
GPU: {GPU}
Keyboard: {(HasKeyboard ? "Included" : "Not Included")}
Mouse: {(HasMouse ? "Included" : "Not Included")}";
}
}
// 2. 抽象建造者（IComputerBuilder）
public interface IComputerBuilder
{
IComputerBuilder SetCPU(string cpu);
IComputerBuilder SetRAM(string ram);
IComputerBuilder SetStorage(string storage);
IComputerBuilder SetGPU(string gpu);
IComputerBuilder IncludeKeyboard(bool include);
IComputerBuilder IncludeMouse(bool include);
Computer Build();
}
// 3. 具体建造者（GamingComputerBuilder）
public class GamingComputerBuilder : IComputerBuilder
{
private Computer _computer = new Computer();
public IComputerBuilder SetCPU(string cpu) { _computer.CPU = cpu; return this; }
public IComputerBuilder SetRAM(string ram) { _computer.RAM = ram; return this; }
public IComputerBuilder SetStorage(string storage) { _computer.Storage = storage; return this; }
public IComputerBuilder SetGPU(string gpu) { _computer.GPU = gpu; return this; }
public IComputerBuilder IncludeKeyboard(bool include) { _computer.HasKeyboard = include; return this; }
public IComputerBuilder IncludeMouse(bool include) { _computer.HasMouse = include; return this; }
public Computer Build() { return _computer; }
}
// 4. 指挥者（ComputerDirector）
public class ComputerDirector
{
public Computer BuildGamingPC(IComputerBuilder builder)
{
return builder
.SetCPU("AMD Ryzen 9 5900X")
.SetRAM("64GB DDR4")
.SetStorage("2TB NVMe SSD")
.SetGPU("NVIDIA RTX 3080 Ti")
.IncludeKeyboard(true)
.IncludeMouse(true)
.Build();
}
public Computer BuildOfficePC(IComputerBuilder builder)
{
return builder
.SetCPU("Intel i5")
.SetRAM("16GB DDR4")
.SetStorage("512GB SSD")
.SetGPU("Integrated Graphics")
.IncludeKeyboard(false)
.IncludeMouse(false)
.Build();
}
}
// 5. 客户端代码
class Program
{
static void Main()
{
// 使用指挥者构建标准配置
var director = new ComputerDirector();
var builder = new GamingComputerBuilder();
Computer gamingPC = director.BuildGamingPC(builder);
Computer officePC = director.BuildOfficePC(builder);
Console.WriteLine("=== Standard Gaming PC ===");
Console.WriteLine(gamingPC);
Console.WriteLine("\n=== Standard Office PC ===");
Console.WriteLine(officePC);
// 直接链式调用自定义配置
Computer customPC = new GamingComputerBuilder()
.SetCPU("Apple M1 Ultra")
.SetRAM("128GB")
.SetStorage("8TB SSD")
.SetGPU("AMD Radeon Pro")
.IncludeKeyboard(true)
.Build();
Console.WriteLine("\n=== Custom PC ===");
Console.WriteLine(customPC);
}
}关键设计点
1.链式调用
通过返回 IComputerBuilder 实现流畅接口（如 SetCPU().SetRAM().Build()）。
2.指挥者
封装固定构建流程（如 BuildGamingPC()），适合重复性构造。
3.灵活性
既可通过指挥者快速构建标准配置，也可直接链式调用自定义配置。
适用于需要 分步构建复杂对象 且 支持多种配置 的场景（如电脑、汽车、报表生成等）。
六、模式变体与实际应用
1.链式调用
通过方法返回this实现链式调用（如new Computer.Builder().cpu("i9").ram("32GB").build()），简化客户端代码。
2.与工厂模式结合
工厂模式关注对象创建，建造者模式关注对象构造过程，两者可结合使用（如先通过工厂获取建造者，再调用建造者组装产品）。
3.JDK中的应用
StringBuilder、StringBuffer均采用建造者模式，通过append()方法逐步构建字符串，最后调用toString()获取结果。
七、总结
建造者模式适用于构造复杂对象的场景，通过解耦构建过程与产品表示，提升代码的灵活性和可维护性。其核心优势在于分步构建和精细控制，但需权衡类数量增加带来的复杂度。在实际开发中，可根据对象复杂度选择是否引入指挥者角色，或直接使用链式调用的简化形式。
