创建型设计模式——建造者模式

雪度娃娃2026-05-07 8:40

文章目录

建造者模式

建造者模式是一种对象创建软件设计模式，旨在找到伸缩构造器反模式的解决方案。

伸缩性构造的反模式：指通过构造器实现对象构建参数初始化，如果对象属性比较多，导致构造器的参数个数不可控。

该模式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。

结构

建造者模式一步一步创建一个复杂的对象，它允许用户只通过指定复杂对象的类型和内容就可以构建它们，用户不需要知道内部的具体构建细节。

在建造者模式结构图中包含如下几个角色：

  • Builder（抽象建造者） ：它为创建一个产品Product对象的各个部件指定抽象接口，在该接口中一般声明两类方法，一类方法是 <font style="color:#DF2A3F;">buildPartXXXX()</font>，++它们用于创建复杂对象的各个部件++ ；另一类方法是<font style="color:#DF2A3F;">build()</font>，++它们用于返回复杂对象++。Builder既可以是抽象类，也可以是接口。
  • ConcreteBuilder（具体建造者）：它实现了Builder接口，实现各个部件的具体构造和装配方法，定义并明确它所创建的复杂对象，也可以提供一个方法返回创建好的复杂产品对象。
  • Product（产品角色）：它是被构建的复杂对象，包含多个组成部件，具体建造者创建该产品的内部表示并定义它的装配过程。
  • Director（指挥者） ：指挥者又称为导演类，++它负责安排复杂对象的建造次序++ ，指挥者与抽象建造者之间存在关联关系，可以在其construct()建造方法中调用建造者对象的部件构造与装配方法，完成复杂对象的建造。++客户端一般只需要与指挥者进行交互，在客户端确定具体建造者的类型，并实例化具体建造者对象++（也可以通过配置文件和反射机制），然后通过指挥者类的构造函数或者Setter方法将该对象传入指挥者类中。

实现

根据谁来控制构建过程 以及构建目标的复杂程度。可以采用两种建造者模式：

特性 经典 GoF 建造者 (图一) 流式建造者 (图二)
是否有 Director 有。Director 控制构建逻辑。 无。由调用者直接控制。
构建顺序 固定。由 Director 内部硬编码顺序。 灵活。由调用者随意链式调用。
主要目的 对象的表现多样化（换 Builder）。 对象的参数可选化（换参数）。
客户端关注点 关注"我要造哪种人"（选 Builder）。 关注"我要给英雄配什么装备"（调方法）。
代码复杂度 较高（抽象 Builder、多个具体实现、Director）。 较低（通常一个内部 Builder 类即可）。

经典 GoF 建造者模式

cpp 复制代码 
// 桑尼号
class SunnyShip
{
public:
    // 添加零件
    void addParts(string name)
    {
        m_parts.push_back(name);
    }
    void showParts()
    {
        for (const auto& item : m_parts)
        {
            cout << item << "   ";
        }
        cout << endl;
    }
private:
    vector<string> m_parts;
};

// 梅利号
class MerryShip
{
public:
    // 组装
    void assemble(string name, string parts)
    {
        m_patrs.insert(make_pair(name, parts));
    }
    void showParts()
    {
        for (const auto& item : m_patrs)
        {
            cout << item.first << ": " << item.second << "  ";
        }
        cout << endl;
    }
private:
    map<string, string> m_patrs;
};
cpp 复制代码 
// 生成器类
class ShipBuilder
{
public:
    virtual void reset() = 0;
    virtual void buildBody() = 0;
    virtual void buildWeapon() = 0;
    virtual void buildEngine() = 0;
    virtual void buildInterior() = 0;
    virtual ~ShipBuilder() {}
};
cpp 复制代码 
// 桑尼号生成器
class SunnyBuilder : public ShipBuilder
{
public:
    SunnyBuilder()
    {
        reset();
    }
    ~SunnyBuilder()
    {
        if (m_sunny != nullptr)
        {
            delete m_sunny;
        }
    }
    // 提供重置函数, 目的是能够使用生成器对象生成多个产品
    void reset() override
    {
        m_sunny = new SunnyShip;
    }
    void buildBody() override
    {
        m_sunny->addParts("神树亚当的树干");
    }
    void buildWeapon() override
    {
        m_sunny->addParts("狮吼炮");
    }
    void buildEngine() override
    {
        m_sunny->addParts("可乐驱动");
    }
    void buildInterior() override
    {
        m_sunny->addParts("豪华内室精装");
    }
    SunnyShip* getSunny()
    {
        SunnyShip* ship = m_sunny;
        m_sunny = nullptr;
        return ship;
    }
private:
    SunnyShip* m_sunny = nullptr;
};

// 梅利号生成器
class MerryBuilder : public ShipBuilder
{
public:
    MerryBuilder()
    {
        reset();
    }
    ~MerryBuilder()
    {
        if (m_merry != nullptr)
        {
            delete m_merry;
        }
    }
    void reset() override
    {
        m_merry = new MerryShip;
    }
    void buildBody() override
    {
        m_merry->assemble("船体", "优质木材");
    }
    void buildWeapon() override
    {
        m_merry->assemble("武器", "四门大炮");
    }
    void buildEngine() override
    {
        m_merry->assemble("动力", "蒸汽机");
    }
    void buildInterior() override
    {
        m_merry->assemble("内室", "精装");
    }
    MerryShip* getMerry()
    {
        MerryShip* ship = m_merry;
        m_merry = nullptr;
        return ship;
    }
private:
    MerryShip* m_merry = nullptr;
};
cpp 复制代码 
// 主管类
class Director
{
public:
    void setBuilder(ShipBuilder* builder)
    {
        m_builder = builder;
    }
    // 简约型
    void builderSimpleShip()
    {
        m_builder->buildBody();
        m_builder->buildEngine();
    }
    // 标准型
    void builderStandardShip()
    {
        builderSimpleShip();
        m_builder->buildWeapon();
    }
    // 豪华型
    void builderRegalShip()
    {
        builderStandardShip();
        m_builder->buildInterior();
    }
private:
    ShipBuilder* m_builder = nullptr;
};
cpp 复制代码 
// 建造桑尼号
void builderSunny()
{
    Director* director = new Director;
    SunnyBuilder* builder = new SunnyBuilder;
    // 简约型
    director->setBuilder(builder);
    director->builderSimpleShip();
    SunnyShip* sunny = builder->getSunny();
    sunny->showParts();
    delete sunny;

    // 标准型
    builder->reset();
    director->setBuilder(builder);
    director->builderStandardShip();
    sunny = builder->getSunny();
    sunny->showParts();
    delete sunny;

    // 豪华型
    builder->reset();
    director->setBuilder(builder);
    director->builderRegalShip();
    sunny = builder->getSunny();
    sunny->showParts();
    delete sunny;
    delete builder;
    delete director;
}

// 建造梅利号
void builderMerry()
{
    Director* director = new Director;
    MerryBuilder* builder = new MerryBuilder;
    // 简约型
    director->setBuilder(builder);
    director->builderSimpleShip();
    MerryShip* merry = builder->getMerry();
    merry->showParts();
    delete merry;

    // 标准型
    builder->reset();
    director->setBuilder(builder);
    director->builderStandardShip();
    merry = builder->getMerry();
    merry->showParts();
    delete merry;

    // 豪华型
    builder->reset();
    director->setBuilder(builder);
    director->builderRegalShip();
    merry = builder->getMerry();
    merry->showParts();
    delete merry;
    delete builder;
    delete director;
}

int main()
{
    builderSunny();
    cout << "=====================================" << endl;
    builderMerry();
}

现代流式建造者模式

cpp 复制代码 
// 桑尼号
class SunnyShip
{
public:
    // 添加零件
    void addParts(string name)
    {
        m_parts.push_back(name);
    }
    void showParts()
    {
        for (const auto& item : m_parts)
        {
            cout << item << "   ";
        }
        cout << endl;
    }
private:
    vector<string> m_parts;
};

// 梅利号
class MerryShip
{
public:
    // 组装
    void assemble(string name, string parts)
    {
        m_patrs.insert(make_pair(name, parts));
    }
    void showParts()
    {
        for (const auto& item : m_patrs)
        {
            cout << item.first << ": " << item.second << "  ";
        }
        cout << endl;
    }
private:
    map<string, string> m_patrs;
};
cpp 复制代码 
class ShipBuilder
{
public:
    virtual ShipBuilder* reset() = 0;
    virtual ShipBuilder* buildBody() = 0;
    virtual ShipBuilder* buildWeapon() = 0;
    virtual ShipBuilder* buildEngine() = 0;
    virtual ShipBuilder* buildInterior() = 0;
    virtual ~ShipBuilder() {}
};
cpp 复制代码 
//桑尼号生成器
class SunnyBuilder : public ShipBuilder
{
public:
    SunnyBuilder() { reset(); }
    ~SunnyBuilder() { if (m_sunny) delete m_sunny; }

    // 返回指针以支持链式调用
    SunnyBuilder* reset() override {
        if (m_sunny) delete m_sunny;
        m_sunny = new SunnyShip;
        return this;
    }

    SunnyBuilder* buildBody() override {
        m_sunny->addParts("神树亚当的树干");
        return this;
    }

    SunnyBuilder* buildWeapon() override {
        m_sunny->addParts("狮吼炮");
        return this;
    }

    SunnyBuilder* buildEngine() override {
        m_sunny->addParts("可乐驱动");
        return this;
    }

    SunnyBuilder* buildInterior() override {
        m_sunny->addParts("豪华内室精装");
        return this;
    }

    // 最终获取产品
    SunnyShip* getResult() {
        SunnyShip* ship = m_sunny;
        m_sunny = nullptr; // 转移所有权
        return ship;
    }

private:
    SunnyShip* m_sunny = nullptr;
};

// 梅利号生成器
class MerryBuilder : public ShipBuilder
{
public:
    MerryBuilder()
    {
        reset();
    }
    ~MerryBuilder()
    {
        if (m_merry != nullptr) delete m_merry;
    }

    // 重置并返回自身指针
    MerryBuilder* reset() override
    {
        if (m_merry != nullptr) delete m_merry;
        m_merry = new MerryShip;
        return this;
    }

    MerryBuilder* buildBody() override
    {
        m_merry->assemble("船体", "优质木材");
        return this;
    }

    MerryBuilder* buildWeapon() override
    {
        m_merry->assemble("武器", "四门大炮");
        return this;
    }

    MerryBuilder* buildEngine() override
    {
        m_merry->assemble("动力", "蒸汽机");
        return this;
    }

    MerryBuilder* buildInterior() override
    {
        m_merry->assemble("内室", "精装");
        return this;
    }

    // 最终获取成品
    MerryShip* getMerry()
    {
        MerryShip* ship = m_merry;
        m_merry = nullptr; // 释放控制权，防止析构时误删
        return ship;
    }

private:
    MerryShip* m_merry = nullptr;
};
cpp 复制代码 
void builderSunny()
{
    SunnyBuilder* builder = new SunnyBuilder();

    // --- 流式调用示例 ---

    // 1. 简约型：只造身体和引擎
    SunnyShip* simpleSunny = builder->reset()
                                ->buildBody()
                                ->buildEngine()
                                ->getResult();
    cout << "简约型桑尼号: ";
    simpleSunny->showParts();
    delete simpleSunny;

    // 2. 豪华型：全都要
    SunnyShip* regalSunny = builder->reset()
                               ->buildBody()
                               ->buildEngine()
                               ->buildWeapon()
                               ->buildInterior()
                               ->getResult();
    cout << "豪华型桑尼号: ";
    regalSunny->showParts();
    delete regalSunny;

    delete builder;
}

void builderMerry()
{
    MerryBuilder* builder = new MerryBuilder;

    cout << "--- 正在流式建造梅利号 ---" << endl;

    // 1. 简约型：身体 + 动力
    MerryShip* simpleMerry = builder->reset()
                                ->buildBody()
                                ->buildEngine()
                                ->getMerry();
    cout << "简约型: ";
    simpleMerry->showParts();
    delete simpleMerry;

    // 2. 战斗型：身体 + 动力 + 武器 (链式调用不按顺序也没关系)
    MerryShip* battleMerry = builder->reset()
                                ->buildBody()
                                ->buildWeapon()
                                ->buildEngine()
                                ->getMerry();
    cout << "战斗型: ";
    battleMerry->showParts();
    delete battleMerry;

    // 3. 豪华全配型
    MerryShip* regalMerry = builder->reset()
                               ->buildBody()
                               ->buildEngine()
                               ->buildWeapon()
                               ->buildInterior()
                               ->getMerry();
    cout << "豪华型: ";
    regalMerry->showParts();
    delete regalMerry;

    delete builder;
}
cpp 复制代码 
// 如果还要 Director，内部可以写成：
void constructRegal(ShipBuilder* b) {
    b->reset()->buildBody()->buildEngine()->buildWeapon()->buildInterior();
}

特点

主要优点

  • 在建造者模式中，客户端不必知道产品内部组成的细节，将产品本身与产品的创建过程解耦，使得相同的创建过程可以创建不同的产品对象。
  • **每一个具体建造者都相对独立，而与其他的具体建造者无关，因此可以很方便地替换具体建造者或增加新的具体建造者，用户使用不同的具体建造者即可得到不同的产品对象。**由于指挥者类针对抽象建造者编程，增加新的具体建造者无须修改原有类库的代码，系统扩展方便，符合"开闭原则"。
  • **可以更加精细地控制产品的创建过程。**将复杂产品的创建步骤分解在不同的方法中，使得创建过程更加清晰，也更方便使用程序来控制创建过程。

主要缺点

  • **建造者模式所创建的产品一般具有较多的共同点，**其组成部分相似，如果产品之间的差异性很大，例如很多组成部分都不相同，不适合使用建造者模式，因此其使用范围受到一定的限制。
  • 如果产品的内部变化复杂，可能会导致需要定义很多具体建造者类来实现这种变化，导致系统变得很庞大，增加系统的理解难度和运行成本。

适用环境

  • 需要生成的产品对象有复杂的内部结构，这些产品对象通常包含多个成员属性。
  • 需要生成的产品对象的属性相互依赖，需要指定其生成顺序。
  • 对象的创建过程独立于创建该对象的类。在建造者模式中通过引入了指挥者类，将创建过程封装在指挥者类中，而不在建造者类和客户类中。
  • 隔离复杂对象的创建和使用，并使得相同的创建过程可以创建不同的产品。
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