C++设计模式之建造者模式：以电脑组装为例

一、建造者模式核心概念

建造者模式是一种创建型设计模式，其核心思想是将复杂对象的构建过程与对象的表示分离，使得同样的构建过程可以创建出不同的对象表示。

在日常生活中，电脑组装就是建造者模式的典型应用：不同用户需要的电脑配置（如办公本、游戏本）差异很大，但组装流程是固定的------都需要安装CPU、主板、内存、显卡、硬盘等核心部件。这里的"固定组装流程"就是构建过程，"不同配置的电脑"就是不同的对象表示。

二、建造者模式的核心角色

产品（Product）：需要构建的复杂对象，对应本例中的"电脑"，包含多个组成部件。
抽象建造者（Abstract Builder）：定义构建产品各个部件的抽象接口，规范构建流程，对应本例中的"电脑组装指南"，明确需要组装哪些部件。
具体建造者（Concrete Builder）：实现抽象建造者的接口，负责具体部件的构建和装配，对应本例中的"办公电脑组装师"和"游戏电脑组装师"，分别组装不同配置的部件。
指挥者（Director）：负责调用具体建造者按照固定流程构建产品，不直接参与部件构建，对应本例中的"装机负责人"，负责把控组装顺序（先装主板、再装CPU等）。

三、代码示例：电脑组装的建造者模式实现

下面通过C++代码实现电脑组装场景，清晰展示建造者模式各角色的协作过程。

3.1 步骤1：定义产品类（电脑）

电脑作为复杂产品，包含CPU、主板、内存、显卡、硬盘等部件，提供添加部件和展示配置的方法。

cpp 复制代码

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

// 产品类：电脑
class Computer {
private:
    std::vector<std::string> parts;  // 存储电脑部件
public:
    // 添加部件
    void addPart(const std::string& part) {
        parts.push_back(part);
    }
    // 展示电脑配置
    void showConfig() const {
        std::cout << "电脑配置清单：" << std::endl;
        for (size_t i = 0; i < parts.size(); ++i) {
            std::cout << i + 1 << ". " << parts[i] << std::endl;
        }
    }
};

3.2 步骤2：定义抽象建造者（电脑组装接口）

抽象建造者定义组装电脑核心部件的纯虚函数，以及获取最终产品的方法，规范组装流程。

cpp 复制代码

// 抽象建造者：电脑组装接口
class AbstractComputerBuilder {
protected:
    Computer* computer;  // 指向待组装的电脑
public:
    // 构造函数：初始化电脑对象
    AbstractComputerBuilder() {
        computer = new Computer();
    }
    // 析构函数：释放电脑对象
    virtual ~AbstractComputerBuilder() {
        delete computer;
    }
    // 纯虚函数：组装CPU（子类必须实现）
    virtual void buildCPU() = 0;
    // 纯虚函数：组装主板
    virtual void buildMotherboard() = 0;
    // 纯虚函数：组装内存
    virtual void buildMemory() = 0;
    // 纯虚函数：组装显卡
    virtual void buildGraphicsCard() = 0;
    // 纯虚函数：组装硬盘
    virtual void buildHardDisk() = 0;
    // 获取组装完成的电脑
    Computer* getComputer() {
        return computer;
    }
};

3.3 步骤3：定义具体建造者（不同配置的组装师）

实现两个具体建造者：办公电脑组装师（侧重稳定性和性价比）、游戏电脑组装师（侧重高性能），分别实现不同部件的组装逻辑。

cpp 复制代码

// 具体建造者1：办公电脑组装师
class OfficeComputerBuilder : public AbstractComputerBuilder {
public:
    void buildCPU() override {
        computer->addPart("Intel i5-12400（中端办公CPU，稳定节能）");
    }
    void buildMotherboard() override {
        computer->addPart("华硕B660M-K（兼容i5，扩展性适中）");
    }
    void buildMemory() override {
        computer->addPart("金士顿16GB DDR4 3200（满足办公多任务）");
    }
    void buildGraphicsCard() override {
        computer->addPart("集成显卡UHD 730（无需独立显卡，节省成本）");
    }
    void buildHardDisk() override {
        computer->addPart("三星500GB NVMe SSD（快速启动办公软件）");
    }
};

// 具体建造者2：游戏电脑组装师
class GamingComputerBuilder : public AbstractComputerBuilder {
public:
    void buildCPU() override {
        computer->addPart("Intel i7-13700K（高端游戏CPU，多核性能强）");
    }
    void buildMotherboard() override {
        computer->addPart("微星Z790-A WIFI（高端主板，支持超频）");
    }
    void buildMemory() override {
        computer->addPart("芝奇32GB DDR5 6000（高频内存，游戏加载快）");
    }
    void buildGraphicsCard() override {
        computer->addPart("NVIDIA RTX 4070 Ti（高端显卡，流畅运行3A游戏）");
    }
    void buildHardDisk() override {
        computer->addPart("三星2TB NVMe SSD（大容量存储，装多个3A游戏）");
    }
};

3.4 步骤4：定义指挥者（装机负责人）

指挥者负责控制组装流程，按照"主板→CPU→内存→硬盘→显卡"的固定顺序调用具体建造者的方法，确保组装逻辑统一。

cpp 复制代码

// 指挥者：装机负责人（控制组装流程）
class Director {
private:
    AbstractComputerBuilder* builder;  // 指向具体组装师
public:
    // 设置具体建造者
    void setBuilder(AbstractComputerBuilder* b) {
        builder = b;
    }
    // 固定组装流程：按顺序组装部件
    void constructComputer() {
        builder->buildMotherboard();  // 先装主板，再装CPU
        builder->buildCPU();
        builder->buildMemory();
        builder->buildHardDisk();
        builder->buildGraphicsCard();
    }
};

3.5 步骤5：主函数测试（客户端使用）

客户端通过指挥者分别调用两个具体建造者，构建出办公电脑和游戏电脑，并展示不同配置。

cpp 复制代码

int main() {
    // 1. 组装办公电脑
    Director director;
    OfficeComputerBuilder officeBuilder;
    director.setBuilder(&officeBuilder);
    director.constructComputer();  // 按固定流程组装
    Computer* officePC = officeBuilder.getComputer();
    std::cout << "=== 办公电脑配置 ===" << std::endl;
    officePC->showConfig();

    // 2. 组装游戏电脑
    GamingComputerBuilder gamingBuilder;
    director.setBuilder(&gamingBuilder);
    director.constructComputer();  // 同样的流程，不同配置
    Computer* gamingPC = gamingBuilder.getComputer();
    std::cout << "\n=== 游戏电脑配置 ===" << std::endl;
    gamingPC->showConfig();

    // 注意：产品由建造者创建，客户端无需手动释放（建造者析构时会释放）
    return 0;
}

五、建造者模式的优势总结

解耦构建与表示：指挥者控制流程，建造者负责部件，客户端无需关心具体构建细节，只需选择建造者即可得到不同产品。
灵活扩展 ：若需要新增"设计本"配置，只需新增一个DesignComputerBuilder类，无需修改指挥者和其他建造者，符合"开闭原则"。
统一流程：确保所有产品都遵循相同的构建步骤，避免因流程混乱导致的产品问题（如先装CPU再装主板的错误）。

当需要构建包含多个部件、构建流程固定但配置可变的复杂对象时（如电脑、手机、家具等），建造者模式是最优选择之一。