【C++】建造者与代理模式实战解析

阿猿收手吧！2026-03-18 16:23

文章目录

      • [建造者模式 & 代理模式（C++ 详解）](#建造者模式 & 代理模式（C++ 详解）)
    • [一、建造者模式（Builder Pattern）](#一、建造者模式（Builder Pattern）)
    • [二、代理模式（Proxy Pattern）](#二、代理模式（Proxy Pattern）)
      • [1. 核心概念](#1. 核心概念)
      • [2. C++ 代码示例（保护代理 + 日志代理）](#2. C++ 代码示例（保护代理 + 日志代理）)
      • [3. 输出结果](#3. 输出结果)
      • [4. 应用场景](#4. 应用场景)
      • 总结
        • [1. 建造者模式](#1. 建造者模式)
        • [2. 代理模式](#2. 代理模式)
        • [3. 核心区别](#3. 核心区别)

建造者模式 & 代理模式（C++ 详解）

建造者模式和代理模式都属于设计模式的核心范畴，但解决的问题完全不同：

  • 建造者模式 ：聚焦复杂对象的分步创建，将"对象构建"与"对象表示"解耦；
  • 代理模式 ：聚焦对象访问控制，为目标对象提供一个代理，控制对它的访问（如权限、延迟加载、日志等）。

下面分别讲解两种模式的核心思想、结构、代码示例和应用场景。

一、建造者模式（Builder Pattern）

1. 核心概念

（1）解决的问题

当一个对象的创建需要多个步骤 、多个部件，且不同组合会生成不同"表示"时（比如：创建一个电脑，需要选CPU、内存、硬盘、显卡，不同配置组合出游戏本/办公本/服务器），直接在构造函数中创建会导致代码臃肿、可读性差，建造者模式将"分步构建"和"最终组装"分离。

（2）核心结构
角色 作用
产品（Product） 最终要创建的复杂对象（如电脑）
抽象建造者（Builder） 定义构建产品的所有步骤接口（如setCPU、setMemory、setDisk等）
具体建造者（ConcreteBuilder） 实现抽象建造者的接口，完成具体部件的构建（如游戏本建造者、办公本建造者）
指挥者（Director） 控制构建流程（如"先装CPU→再装内存→再装硬盘"），调用建造者的步骤完成构建
（3）核心优势
  • 分步构建复杂对象，代码清晰；
  • 不同建造者可生成不同配置的产品，扩展灵活；
  • 指挥者与建造者解耦，修改构建流程只需改指挥者。

2. C++ 代码示例（构建电脑）

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <string>

// 1. 产品：电脑（复杂对象）
class Computer {
private:
    std::string cpu;    // CPU
    std::string memory; // 内存
    std::string disk;   // 硬盘
    std::string gpu;    // 显卡
public:
    // 设置部件
    void setCPU(const std::string& cpu) { this->cpu = cpu; }
    void setMemory(const std::string& memory) { this->memory = memory; }
    void setDisk(const std::string& disk) { this->disk = disk; }
    void setGPU(const std::string& gpu) { this->gpu = gpu; }
    
    // 展示配置
    void showConfig() const {
        std::cout << "电脑配置：" << std::endl;
        std::cout << "CPU: " << cpu << std::endl;
        std::cout << "内存: " << memory << std::endl;
        std::cout << "硬盘: " << disk << std::endl;
        std::cout << "显卡: " << gpu << std::endl;
    }
};

// 2. 抽象建造者：定义构建电脑的所有步骤
class ComputerBuilder {
protected:
    Computer* computer; // 持有产品对象
public:
    ComputerBuilder() { computer = new Computer(); }
    virtual ~ComputerBuilder() { delete computer; }
    
    // 纯虚函数：构建各个部件（子类必须实现）
    virtual void buildCPU() = 0;
    virtual void buildMemory() = 0;
    virtual void buildDisk() = 0;
    virtual void buildGPU() = 0;
    
    // 返回构建好的产品
    Computer* getComputer() { return computer; }
};

// 3. 具体建造者1：游戏本建造者（高性能配置）
class GameComputerBuilder : public ComputerBuilder {
public:
    void buildCPU() override { computer->setCPU("Intel i9-14900K"); }
    void buildMemory() override { computer->setMemory("32GB DDR5 6400"); }
    void buildDisk() override { computer->setDisk("2TB NVMe 4.0"); }
    void buildGPU() override { computer->setGPU("NVIDIA RTX 4090"); }
};

// 4. 具体建造者2：办公本建造者（低功耗、轻便配置）
class OfficeComputerBuilder : public ComputerBuilder {
public:
    void buildCPU() override { computer->setCPU("Intel i5-1340P"); }
    void buildMemory() override { computer->setMemory("16GB DDR4 3200"); }
    void buildDisk() override { computer->setDisk("1TB NVMe 3.0"); }
    void buildGPU() override { computer->setGPU("Intel UHD Graphics"); }
};

// 5. 指挥者：控制构建流程（固定步骤，无需关心具体配置）
class Director {
public:
    // 指挥构建流程：CPU → 内存 → 硬盘 → 显卡
    Computer* construct(ComputerBuilder* builder) {
        builder->buildCPU();
        builder->buildMemory();
        builder->buildDisk();
        builder->buildGPU();
        return builder->getComputer();
    }
};

// 客户端调用
int main() {
    // 1. 创建指挥者
    Director director;
    
    // 2. 构建游戏本
    ComputerBuilder* gameBuilder = new GameComputerBuilder();
    Computer* gameComputer = director.construct(gameBuilder);
    std::cout << "=== 游戏本配置 ===" << std::endl;
    gameComputer->showConfig();
    
    // 3. 构建办公本
    ComputerBuilder* officeBuilder = new OfficeComputerBuilder();
    Computer* officeComputer = director.construct(officeBuilder);
    std::cout << "\n=== 办公本配置 ===" << std::endl;
    officeComputer->showConfig();
    
    // 释放资源
    delete gameBuilder;   // 内部会删除computer
    delete officeBuilder;
    return 0;
}

3. 输出结果

复制代码 
=== 游戏本配置 ===
电脑配置：
CPU: Intel i9-14900K
内存: 32GB DDR5 6400
硬盘: 2TB NVMe 4.0
显卡: NVIDIA RTX 4090

=== 办公本配置 ===
电脑配置：
CPU: Intel i5-1340P
内存: 16GB DDR4 3200
硬盘: 1TB NVMe 3.0
显卡: Intel UHD Graphics

4. 应用场景

  • 复杂对象的创建（如：汽车、电脑、文档、报表）；
  • 对象创建需要多个步骤，且步骤顺序固定/可调整；
  • 需生成不同配置的同一类产品（如：不同配置的手机、不同风格的蛋糕）。

二、代理模式（Proxy Pattern）

1. 核心概念

（1）解决的问题

为目标对象提供一个"代理"，控制对目标对象的访问，代理可以在访问目标对象前后添加额外逻辑（如：权限校验、日志记录、延迟加载、远程调用），而客户端无需感知目标对象的存在。

（2）核心结构
角色 作用
抽象主题（Subject） 定义目标对象和代理对象的共同接口（保证代理和目标对象可替换）
真实主题（RealSubject） 实际执行业务逻辑的目标对象
代理（Proxy） 实现抽象主题接口，持有真实主题的引用，控制对真实主题的访问
（3）常见类型
  • 静态代理：编译期确定代理类（如下方示例）；
  • 动态代理：运行时生成代理类（C++ 需手动实现，Java 有 JDK 动态代理/CGLIB）；
  • 按功能分类：远程代理（访问远程对象）、虚拟代理（延迟加载）、保护代理（权限控制）、日志代理（记录访问日志）。

2. C++ 代码示例（保护代理 + 日志代理）

场景：模拟"文件下载"，代理先校验用户权限，再记录下载日志，最后调用真实下载逻辑。

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <string>

// 1. 抽象主题：下载接口
class Downloader {
public:
    virtual ~Downloader() = default;
    virtual void download(const std::string& url, const std::string& user) = 0;
};

// 2. 真实主题：真实的下载器（核心业务逻辑）
class RealDownloader : public Downloader {
public:
    void download(const std::string& url, const std::string& user) override {
        // 真实的下载逻辑
        std::cout << "[真实下载] 用户" << user << "下载文件：" << url << std::endl;
    }
};

// 3. 代理：下载代理（权限校验 + 日志记录）
class DownloadProxy : public Downloader {
private:
    RealDownloader* realDownloader; // 持有真实主题的引用
    
    // 额外逻辑1：权限校验
    bool checkPermission(const std::string& user) {
        std::cout << "[权限校验] 检查用户" << user << "的下载权限..." << std::endl;
        // 模拟：只有admin和user1有权限
        return (user == "admin" || user == "user1");
    }
    
    // 额外逻辑2：记录日志
    void logDownload(const std::string& url, const std::string& user) {
        std::cout << "[日志记录] 用户" << user << "下载了" << url << "，时间：2026-03-17" << std::endl;
    }
public:
    DownloadProxy() {
        realDownloader = new RealDownloader(); // 创建真实主题
    }
    
    ~DownloadProxy() {
        delete realDownloader;
    }
    
    // 代理的核心方法：控制访问
    void download(const std::string& url, const std::string& user) override {
        // 步骤1：权限校验
        if (!checkPermission(user)) {
            std::cout << "[权限拒绝] 用户" << user << "无下载权限！" << std::endl;
            return;
        }
        
        // 步骤2：调用真实下载逻辑
        realDownloader->download(url, user);
        
        // 步骤3：记录日志
        logDownload(url, user);
    }
};

// 客户端调用
int main() {
    // 客户端只和代理交互，无需知道真实下载器的存在
    Downloader* downloader = new DownloadProxy();
    
    // 测试1：有权限的用户
    std::cout << "=== 测试1：admin下载 ===" << std::endl;
    downloader->download("https://example.com/file.zip", "admin");
    
    // 测试2：无权限的用户
    std::cout << "\n=== 测试2：guest下载 ===" << std::endl;
    downloader->download("https://example.com/file.zip", "guest");
    
    // 释放资源
    delete downloader;
    return 0;
}

3. 输出结果

复制代码 
=== 测试1：admin下载 ===
[权限校验] 检查用户admin的下载权限...
[真实下载] 用户admin下载文件：https://example.com/file.zip
[日志记录] 用户admin下载了https://example.com/file.zip，时间：2026-03-17

=== 测试2：guest下载 ===
[权限校验] 检查用户guest的下载权限...
[权限拒绝] 用户guest无下载权限！

4. 应用场景

  • 权限控制：如接口访问权限、文件操作权限；
  • 日志/监控：记录接口调用的入参、出参、耗时；
  • 延迟加载：对象创建成本高时，代理先不创建，直到真正使用时再初始化；
  • 远程代理：访问远程服务器的对象（如 RPC 框架的代理）；
  • 缓存代理：缓存频繁访问的结果，避免重复计算/请求。

总结

1. 建造者模式
  • 核心：分步构建复杂对象，将"构建步骤"与"产品配置"分离；
  • 关键：指挥者控制流程，建造者实现具体部件，产品是最终结果；
  • 适用：复杂对象、多步骤创建、多配置变体的场景。
2. 代理模式
  • 核心：控制目标对象的访问，在访问前后添加额外逻辑；
  • 关键：代理和目标对象实现同一接口，客户端无感知；
  • 适用：权限控制、日志、延迟加载、远程调用等需"增强访问逻辑"的场景。
3. 核心区别
维度 建造者模式 代理模式
解决的问题 复杂对象的分步创建 目标对象的访问控制
核心关系 指挥者 → 建造者 → 产品 客户端 → 代理 → 真实对象
核心目的 生成不同配置的对象 增强/控制对象的访问逻辑
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