C++编程建造器设计模式

构造器设计模式

功能和作用

构造器模式用于分离复杂对象的构造与表示。它允许用户通过相同的构造过程创建不同的对象表示，特别适用于需要多个步骤才能完成的对象创建场景。

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原理

1. 抽象与实现分离：将对象的构建步骤抽象到接口中
2. 分步构造：允许逐步添加对象的组成部分
3. 最终组装 ：通过build()方法返回完整对象

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使用场景

1. 需要创建复杂对象（含多个组成部分）
2. 构造过程需要不同的实现
3. 需要分离对象的构造算法与表示
4. 需要控制对象的创建步骤

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为什么这样设计

1. 封装变化：将构造过程的变化封装在具体构造器中
2. 开放封闭：新增产品类型只需扩展新构造器
3. 单一职责：导向器负责构造流程，构造器负责具体实现

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优缺点

优点：

1. 构造过程与表示分离
2. 精细控制构造流程
3. 符合开闭原则
4. 代码可读性高

缺点：

1. 增加系统复杂度
2. 需要创建多个具体构造器类
3. 产品需为公共接口

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使用方式

Director +construct(Builder) <<interface>> Builder +buildPartA() +buildPartB() +getResult() ConcreteBuilder -product: Product +buildPartA() +buildPartB() +getResult() Product +components

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时序图

Client Director ConcreteBuilder Product 创建具体构造器 设置构造器 buildPartA() buildPartB() getResult() 返回完整产品 Client Director ConcreteBuilder Product

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C++ 实现

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>

// 产品类
class Pizza {
public:
    void addTopping(const std::string& topping) {
        toppings_.push_back(topping);
    }
    void showPizza() {
        std::cout << "Pizza with toppings: ";
        for (const auto& top : toppings_) {
            std::cout << top << " ";
        }
        std::cout << std::endl;
    }
private:
    std::vector<std::string> toppings_;
};

// 抽象构造器
class PizzaBuilder {
public:
    virtual void buildDough() = 0;
    virtual void buildSauce() = 0;
    virtual void buildToppings() = 0;
    virtual Pizza* getPizza() = 0;
    virtual ~PizzaBuilder() {}
};

// 具体构造器
class HawaiianPizzaBuilder : public PizzaBuilder {
public:
    HawaiianPizzaBuilder() { pizza_ = new Pizza(); }
    
    void buildDough() override {
        pizza_->addTopping("Thin Crust");
    }
    
    void buildSauce() override {
        pizza_->addTopping("Tomato Sauce");
    }
    
    void buildToppings() override {
        pizza_->addTopping("Ham");
        pizza_->addTopping("Pineapple");
    }
    
    Pizza* getPizza() override {
        return pizza_;
    }
private:
    Pizza* pizza_;
};

// 导向器
class Cook {
public:
    void makePizza(PizzaBuilder* builder) {
        builder->buildDough();
        builder->buildSauce();
        builder->buildToppings();
    }
};

// 测试代码
int main() {
    Cook cook;
    HawaiianPizzaBuilder hawaiianBuilder;
    
    cook.makePizza(&hawaiianBuilder);
    Pizza* pizza = hawaiianBuilder.getPizza();
    pizza->showPizza();
    
    delete pizza;
    return 0;
}

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编译运行和测试输出

编译和运行步骤：

1. 保存代码为builder.cpp。
2. 编译：使用g++编译器（例如：g++ builder.cpp -o build）。
3. 运行：./build。

测试输出：

Pizza with topping:Thin Crust Tomato Sauce Ham Pineapple

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总结

构造器模式通过分离对象的构造与表示，提供了灵活的复杂对象创建方案。它特别适用于需要分步构造且构造过程可能变化的场景，虽然增加了系统复杂度，但显著提高了代码的可维护性和扩展性。