設計模式的征途—6.建造者（Builder）模式

建造者模式又稱爲生成器模式，它是一種較爲複雜、使用頻率也相對較低的建立型模式。建造者模式爲客戶端返回的不是一個簡單的產品，而是一個由多個部件組成的複雜產品。由於，沒有人買車會只買一個方向盤或者輪胎，你們買的都是一輛包含輪胎、方向盤和發動機等多個部件組成的完整汽車。如何將這些部件組裝成一輛完整的汽車並返回給用戶，這是建造者模式須要解決的問題。

建造者模式（Builder）

學習難度：★★★★☆

使用頻率：★★☆☆☆

1、從遊戲角色設計談起

M公司遊戲開發部想要開發一款名爲Manulife羣俠傳的網絡遊戲，該遊戲採用主流的RPG（角色扮演遊戲）模式，玩家能夠在遊戲中扮演各類特定的角色，而各個角色又能夠根據不一樣的遊戲情節和統計數據（如力量、魔法、技能等）具備不一樣的能力，角色也會隨着不斷升級而擁有更增強大的能力。

做爲RPG遊戲的一個重要組成部分，須要對遊戲角色進行設計，並且隨着該遊戲的升級將不斷增長新的角色。不一樣類型的遊戲角色，其性別、臉型、服裝、髮型等外部特性都有所差別，例如「天使」擁有美麗的面容和披肩的長髮，並身穿一襲白裙；而「惡魔」則極其醜陋，留着光頭並穿着一件刺眼的黑衣。

M公司決定開發一個小工具來建立遊戲角色，能夠建立不一樣類型的角色並能夠靈活地增長新角色。

　　　　　　　　　　　

　　【幾種不一樣的角色：惡魔，天使和英雄】

　　M公司的開發人員分析發現，遊戲角色是一個複雜對象，它包含性別、臉型等多個組成部分，不一樣的遊戲角色其組成部分有所差別，如上圖所示。不管是何種造型的遊戲角色，其建立步驟都大同小異，都須要逐步建立其組成部分，再將各組成部分裝配成個一個完整的遊戲角色。如何一步一步地建立一個包含多個組成部分的複雜對象，建造者模式爲解決此類問題而誕生。

2、建造者模式概述

2.1 建造者模式關鍵定義

建造者模式（Builder）：將一個複雜對象的構建與它的表示相分離，使得一樣的構建過程能夠建立不一樣的表示。建造者模式是一種對象建立型模式。　　

　　建造者模式是一種較爲複雜的建立型模式，他將客戶端與包含多個組成部分的複雜對象的建立過程分離，客戶端無需知道複雜對象的內部組成與裝配方式，主須要知道所需的建造者便可。其關注點在於如何一步一步地建立一個複雜對象，不一樣的具體建造者定義了不一樣的建立過程，且具體建造者相互獨立，增長新的建造者很是方便，無需修改已有代碼，系統具備較好的可擴展性。

　　

　　從上圖能夠看出，建造者模式包含如下三類重要角色；

　　（1）Builder（抽象建造者）：爲建立一個產品對象的各個部件指定抽象接口，在其接口中通常包含兩類方法：一類是BuildPartX()，用於建立複雜對象的各個部件；另外一類是GetResult()，用於返回生成好的複雜對象。它就能夠是抽象類，也能夠是接口。

　　（2）ConcreteBuilder（具體建造者）：實現了Builder接口，即實現了各個部件的具體構造和裝配方法，定義並明確其所建立的複雜對象。

　　（3）Product（產品角色）：被構建的複雜對象，包含多個組成部件。

　　（3）Director（指揮者）：負責安排複雜對象的建造次序，指揮者與抽象建造者之間存在關聯關係，能夠在其Construct()方法中調用建造者對象的部件構造和裝配方法，完成複雜對象的建造。所以，客戶端只須要和指揮者進行交互，這也確保了單一職責。

2.2 建造者模式典型實現

　　（1）複雜對象：包含多個成員變量的對象，這些成員也稱爲部件或零件。一個典型的複雜對象類以下：

    public class Product
    {
        public string PartA { get; set; }
        public string PartB { get; set; }
        public string PartC { get; set; }
    }

　　（2）抽象建造者：定義了產品的建立和返回方法。

    public abstract class Builder
    {
        // 建立產品對象
        protected Product product = new Product();

        public abstract void BuildPartA();
        public abstract void BuildPartB();
        public abstract void BuildPartC();

        // 返回產品對象
        public Product GetResult()
        {
            return product;
        }
    }

　　（3）指揮者對象：控制整個產品的建立過程。

    public class Director
    {
        private Builder builder;

        public Director(Builder builder)
        {
            this.builder = builder;
        }

        public void SetBuilder(Builder builder)
        {
            this.builder = builder;
        }

        // 產品構建與組裝方法
        public Product Construct()
        {
            builder.BuildPartA();
            builder.BuildPartB();
            builder.BuildPartC();

            return builder.GetResult();
        }
    }

2.3 建造者模式與抽象工廠模式的對比

　　建造者模式與抽象工廠模式有點類似，可是建造者模式返回一個完整的複雜產品，而抽象工廠模式則返回一系列相關的產品。若是將抽象工廠模式當作一個汽車配件生產廠，生成不一樣類型的汽車配件，那麼建造者模式則是一個汽車組裝廠，經過對配件進行組成返回一輛完整的汽車。

3、遊戲角色設計實現方案

3.1 方案結構圖

　　以建造者模式爲基礎來實現遊戲角色的設計，其中ActorController充當指揮者（Director），ActorBuilder充當抽象建造者，HeroBuilder、AngelBuilder和DevilBuilder充當具體建造者，Actor充當複雜產品。

3.2 具體實現

　　（1）Actor：複雜產品

    /// <summary>
    /// Actor 角色類 ： 複雜產品，這裏只列出部分紅員變量
    /// </summary>
    public class Actor
    {
        // 角色類型
        public string Type { get; set; }
        // 性別
        public string Sex { get; set; }
        // 臉型
        public string Face { get; set; }
        // 服裝
        public string Costume { get; set; }
        // 髮型
        public string HairStyle { get; set; }
    }

　　（2）ActorBuilder：抽象建造者

    /// <summary>
    /// 角色建造器 ： 抽象建造者
    /// </summary>
    public abstract class ActorBuilder
    {
        protected Actor actor = new Actor();

        public abstract void BuildType();
        public abstract void BuildSex();
        public abstract void BuildFace();
        public abstract void BuildCostume();
        public abstract void BuildHairStyle();

        // 工廠方法 ： 返回一個完整的遊戲角色對象
        public Actor CreateActor()
        {
            return actor;
        }
    }

　　（3）HeroBuilder、AngelBuilder和DevilBuilder：具體建造者

    /// <summary>
    /// 天使角色建造器 ：具體建造者
    /// </summary>
    public class AngelBuilder : ActorBuilder
    {
        public override void BuildCostume()
        {
            actor.Costume = "白裙";
        }

        public override void BuildFace()
        {
            actor.Face = "漂亮";
        }

        public override void BuildHairStyle()
        {
            actor.HairStyle = "披肩長髮";
        }

        public override void BuildSex()
        {
            actor.Sex = "女";
        }

        public override void BuildType()
        {
            actor.Type = "天使";
        }
    }

    /// <summary>
    /// 惡魔角色建造器 ：具體建造者
    /// </summary>
    public class DevilBuilder : ActorBuilder
    {
        public override void BuildCostume()
        {
            actor.Costume = "黑衣";
        }

        public override void BuildFace()
        {
            actor.Face = "醜陋";
        }

        public override void BuildHairStyle()
        {
            actor.HairStyle = "光頭";
        }

        public override void BuildSex()
        {
            actor.Sex = "妖";
        }

        public override void BuildType()
        {
            actor.Type = "惡魔";
        }
    }

    /// <summary>
    /// 英雄建造器 ： 具體建造者
    /// </summary>
    public class HeroBuilder : ActorBuilder
    {
        public override void BuildCostume()
        {
            actor.Costume = "盔甲";
        }

        public override void BuildFace()
        {
            actor.Face = "英俊";
        }

        public override void BuildHairStyle()
        {
            actor.HairStyle = "飄逸";
        }

        public override void BuildSex()
        {
            actor.Sex = "男";
        }

        public override void BuildType()
        {
            actor.Type = "英雄";
        }
    }

　　（4）ActorController：指揮者

    /// <summary>
    /// 遊戲角色建立控制器：指揮者(Director)
    /// </summary>
    public class ActorController
    {
        /// <summary>
        /// 逐步構建複雜產品對象
        /// </summary>
        public Actor Construct(ActorBuilder builder)
        {
            builder.BuildType();
            builder.BuildSex();
            builder.BuildFace();
            builder.BuildCostume();
            builder.BuildHairStyle();

            return builder.CreateActor(); ;
        }
    }

　　（5）客戶端測試

    public class Client
    {
        public static void Main(string[] args)
        {
            ActorBuilder builder = (ActorBuilder)AppConfigHelper.GetConcreteBuilderInstance();
            ActorController director = new ActorController();
            Actor actor = director.Construct(builder);

            Console.WriteLine("角色類型：{0}", actor.Type);
            Console.WriteLine("角色性別：{0}", actor.Sex);
            Console.WriteLine("角色面容：{0}", actor.Face);
            Console.WriteLine("角色服裝：{0}", actor.Costume);
            Console.WriteLine("角色髮型：{0}", actor.HairStyle);

            Console.ReadKey();
        }
    }

　　這裏仍然採用了基於配置文件的方式：將具體的構建者配置在XML文件中，如須要更改只須要更改一下配置文件便可。

<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
<configuration>
  <appSettings>
    <add key="ConcreteBuilder" value="Manulife.ChengDu.DesignPattern.Builder.HeroBuilder, Manulife.ChengDu.DesignPattern.Builder" />
  </appSettings>
</configuration>

　　其中AppConfigHelper類的代碼以下：

    public class AppConfigHelper
    {
        public static string GetConcreteBuilderName()
        {
            string factoryName = null;
            try
            {
                factoryName = System.Configuration.ConfigurationManager.AppSettings["ConcreteBuilder"];
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Console.WriteLine(ex.Message);
            }
            return factoryName;
        }

        public static object GetConcreteBuilderInstance()
        {
            string assemblyName = AppConfigHelper.GetConcreteBuilderName();
            Type type = Type.GetType(assemblyName);

            var instance = Activator.CreateInstance(type);
            return instance;
        }
    }

View Code

　　調試運行結果以下：

　　

　　此時若是咱們須要構建一個惡魔角色，那麼修改一下配置文件：

<add key="ConcreteBuilder" value="Manulife.ChengDu.DesignPattern.Builder.DevilBuilder, Manulife.ChengDu.DesignPattern.Builder" />

　　再次運行結果以下：

　　

4、建造者模式小結

4.1 主要優勢

　　（1）客戶端不須要知道產品內部的組成細節，將產品自己與產品的建立過程解耦，使得相同的建立過程能夠建立不一樣的產品對象。

　　（2）具體建造者相對獨立，增長新的具體建造者無需修改原有類庫的代碼，系統擴展比較方便，符合開閉原則。

　　（3）能夠更加精細地控制產品的建立過程 -> 將複雜產品的建立步驟分解在不一樣的方法中，使得建立過程更加清晰，也更方便使用程序來控制建立過程。

4.2 主要缺點

　　（1）對於所建立的產品有必定限制：通常這些產品都具備一些較多的共同點，其組成部分類似。若是差別性很大，那麼則不適合使用建造者模式。

　　（2）若是產品的內部結構複雜多變，可能會須要定義不少具體構建者來實現這些變化，會致使系統變得龐大，增長系統的理解難度和運行成本。

4.3 應用場景

　　（1）須要生成的產品對象由複雜的內部結構，這些產品對象一般包含多個成員變量。

　　（2）須要生成的產品對象的屬性相互依賴，須要指定其生成順序。

　　（3）隔離複雜對象的建立和使用，並使得相同的建立過程能夠建立不一樣的產品。

參考資料

      

　　劉偉，《設計模式的藝術—軟件開發人員內功修煉之道》

 

做者：周旭龍

出處：http://edisonchou.cnblogs.com

本文版權歸做者和博客園共有，歡迎轉載，但未經做者贊成必須保留此段聲明，且在文章頁面明顯位置給出原文連接。