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7.设计模式之五:建造者模式【创建型模式】

在软件开发过程中有时需要创建一个复杂的对象,这个复杂对象通常由多个子部件按一定的步骤组合而成。如游戏中的不同角色,其性别、个性、能力、脸型、体型、服装、发型等特性都有所差异;还有汽车中的方向盘、发动机、车架、轮胎等部件也多种多样;每封电子邮件的发件人、收件人、主题、内容、附件等内容也各不相同。

以上所有这些产品都是由多个部件构成的,各个部件可以灵活选择,但其创建步骤都大同小异。这类产品的创建无法用前面介绍的工厂模式描述,只有建造者模式可以很好地描述该类产品的创建。

定义与特点

建造者(Builder)模式的定义:指将一个复杂对象的构造与它的表示分离,使同样的构建过程可以创建不同的表示,这样的设计模式被称为建造者模式。

它是将一个复杂的对象分解为多个简单的对象,然后一步一步构建而成。它将变与不变相分离,即产品的组成部分是不变的,但每一部分是可以灵活选择的。

该模式的主要优点如下:

  1. 各个具体的建造者相互独立,有利于系统的扩展。
  2. 客户端不必知道产品内部组成的细节,便于控制细节风险。

其缺点如下:

  1. 产品的组成部分必须相同,这限制了其使用范围。
  2. 如果产品的内部变化复杂,该模式会增加很多的建造者类。

建造者(Builder)模式和工厂模式的关注点不同:建造者模式注重零部件的组装过程,而工厂方法模式更注重零部件的创建过程,但两者可以结合使用。

结构与实现

建造者(Builder)模式由产品、抽象建造者、具体建造者、指挥者等 4 个要素构成,现在我们来分析其基本结构和实现方法。

1. 模式的结构

建造者(Builder)模式的主要角色如下。

  1. 产品角色(Product):它是包含多个组成部件的复杂对象,由具体建造者来创建其各个部件。
  2. 抽象建造者(Builder):它是一个包含创建产品各个子部件的抽象方法的接口,通常还包含一个返回复杂产品的方法 getResult()。
  3. 具体建造者(Concrete Builder):实现 Builder 接口,完成复杂产品的各个部件的具体创建方法。
  4. 指挥者(Director):它调用建造者对象中的部件构造与装配方法完成复杂对象的创建,在指挥者中不涉及具体产品的信息。

 

2. 模式的实现

上图给出了建造者(Builder)模式的主要结构,其相关类的代码如下。

(1) 产品角色:包含多个组成部件的复杂对象。

class Product(object):
    '''产品类'''
    __part_a = ""
    __part_b = ""
    __part_c = ""
@property
def part_a(self):
    return self.__part_a

@part_a.setter
def part_a(self, a):
    self.__part_a = a

@property
def part_b(self):
    return self.__part_b

@part_b.setter
def part_b(self, b):
    self.__part_b = b

@property
def part_c(self):
    return self.__part_c

@part_c.setter
def part_c(self, c):
    self.__part_c = c

def show(self):
    '''显示产品特性'''
    print(self.__part_a)
    print(self.__part_b)
    print(self.__part_c)</code></pre> 

 (2) 抽象建造者:包含创建产品各个子部件的抽象方法。

class AbstractBuilder(object):
    '''抽象建造者'''
    product = Product()
def build_part_a(self):
    '''抽象方法'''
    pass

def build_part_b(self):
    '''抽象方法'''
    pass

def build_part_c(self):
    '''抽象方法'''
    pass

def get_result(self):
    return self.product

 (3) 具体建造者:实现了抽象建造者接口。

class ConcreteBuilder1(AbstractBuilder):
    '''具体建造者'''
    def build_part_a(self):
        self.product.part_a = "Builder1 建造 PartA"
def build_part_b(self):
    self.product.part_b = "Builder1 建造 PartB"

def build_part_c(self):
    self.product.part_c = "Builder1 建造 PartC"

class ConcreteBuilder2(AbstractBuilder): def build_part_a(self): self.product.part_a = "Builder2 建造 PartA"

def build_part_b(self):
    self.product.part_b = "Builder2 建造 PartB"

def build_part_c(self):
    self.product.part_c = "Builder2 建造 PartC"

(4) 指挥者:调用建造者中的方法完成复杂对象的创建。

class Director(object):
    builder = None  # Type -> Builder
def __init__(self, builder):
    self.builder = builder

def construct(self):
    '''产品的构建与组装'''
    self.builder.build_part_a()
    self.builder.build_part_b()
    self.builder.build_part_c()
    return self.builder.get_result()</code></pre> 

(5) 客户类。

if __name__ == '__main__':
    builder = ConcreteBuilder1()
    director = Director(builder)
    product = director.construct()
    product.show()

 运行结果:

Builder1 建造 PartA
Builder1 建造 PartB
Builder1 建造 PartC

应用实例

【例1】用建造者(Builder)模式描述客厅装修。

分析:客厅装修是一个复杂的过程,它包含墙体的装修、电视机的选择、沙发的购买与布局等。客户把装修要求告诉项目经理,项目经理指挥装修工人一步步装修,最后完成整个客厅的装修与布局,所以本实例用建造者模式实现比较适合。

这里客厅是产品,包括墙、电视和沙发等组成部分具体装修工人是具体建造者,他们负责装修与墙、电视和沙发的布局。项目经理是指挥者,他负责指挥装修工人进行装修。

class Parlour(object):
    '''客厅类'''
    __wall = ""
    __TV = ""
    __sofa = ""
@property
def wall(self):
    return self.__wall

@wall.setter
def wall(self, wall):
    self.__wall = wall

@property
def TV(self):
    return self.__TV

@TV.setter
def TV(self, TV):
    self.__TV = TV

@property
def sofa(self):
    return self.__sofa

@sofa.setter
def sofa(self, sofa):
    self.__sofa = sofa

def show(self):
    print(self.__wall)
    print(self.__TV)
    print(self.__sofa)

class AbstractDecorator(object): '''抽象装修工人类''' parlour = Parlour() def build_wall(self): pass

def build_TV(self):
    pass

def build_sofa(self):
    pass

def get_result(self):
    return self.parlour

class ConcreteDecorator1(AbstractDecorator): def build_wall(self): self.parlour.wall = "红色墙"

def build_TV(self):
    self.parlour.TV = "红色电视"

def build_sofa(self):
    self.parlour.sofa = "红色沙发"

class ConcreteDecorator2(AbstractDecorator): def build_wall(self): self.parlour.wall = "蓝色墙"

def build_TV(self):
    self.parlour.TV = "蓝色电视"

def build_sofa(self):
    self.parlour.sofa = "蓝色沙发"

class ProjrctManager(object): __decorator = None

def __init__(self, decorator):
    self.__decorator = decorator

def construct(self):
    self.__decorator.build_wall()
    self.__decorator.build_TV()
    self.__decorator.build_sofa()

    return self.__decorator.get_result()

if name == 'main': decorator = ConcreteDecorator1() manager = ProjrctManager(decorator) parlour = manager.construct() parlour.show()

红色墙
红色电视
红色沙发

应用场景

建造者(Builder)模式创建的是复杂对象,其产品的各个部分经常面临着剧烈的变化,但将它们组合在一起的算法却相对稳定,所以它通常在以下场合使用。

  • 创建的对象较复杂,由多个部件构成,各部件面临着复杂的变化,但构件间的建造顺序是稳定的。
  • 创建复杂对象的算法独立于该对象的组成部分以及它们的装配方式,即产品的构建过程和最终的表示是独立的。

扩展

建造者(Builder)模式在应用过程中可以根据需要改变,如果创建的产品种类只有一种,只需要一个具体建造者,这时可以省略掉抽象建造者,甚至可以省略掉指挥者角色。

本文由【Eappo_Geng】发布于开源中国,原文链接:https://my.oschina.net/gain/blog/3123225

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