建造者模式
建造者模式是一种创建型设计模式,它允许你创建复杂对象的步骤与表示方式相分离。
建造者模式是一种创建型设计模式,它的主要目的是将一个复杂对象的构建过程与其表示相分离,从而可以创建具有不同表示形式的对象。
意图
将一个复杂的构建过程与其表示相分离,使得同样的构建过程可以创建不同的表示。
主要解决
在软件系统中,一个复杂对象的创建通常由多个部分组成,这些部分的组合经常变化,但组合的算法相对稳定。
何时使用
当一些基本部件不变,而其组合经常变化时。
如何解决
将变与不变的部分分离开。
关键代码
- 建造者:创建并提供实例。
- 导演:管理建造出来的实例的依赖关系和控制构建过程。
应用实例
- 去肯德基,汉堡、可乐、薯条、炸鸡翅等是不变的,而其组合是经常变化的,生成出不同的"套餐"。
- Java 中的
StringBuilder。
优点
- 分离构建过程和表示,使得构建过程更加灵活,可以构建不同的表示。
- 可以更好地控制构建过程,隐藏具体构建细节。
- 代码复用性高,可以在不同的构建过程中重复使用相同的建造者。
缺点
- 如果产品的属性较少,建造者模式可能会导致代码冗余。
- 增加了系统的类和对象数量。
使用场景
- 需要生成的对象具有复杂的内部结构。
- 需要生成的对象内部属性相互依赖。
注意事项
与工厂模式的区别是:建造者模式更加关注于零件装配的顺序。
结构
建造者模式包含以下几个主要角色:
产品(Product):要构建的复杂对象。产品类通常包含多个部分或属性。
抽象建造者(Builder):定义了构建产品的抽象接口,包括构建产品的各个部分的方法。
具体建造者(Concrete Builder):实现抽象建造者接口,具体确定如何构建产品的各个部分,并负责返回最终构建的产品。
指导者(Director):负责调用建造者的方法来构建产品,指导者并不了解具体的构建过程,只关心产品的构建顺序和方式。
我们假设一个快餐店的商业案例,其中,一个典型的套餐可以是一个汉堡(Burger)和一杯冷饮(Cold drink)。汉堡(Burger)可以是素食汉堡(Veg Burger)或鸡肉汉堡(Chicken Burger),它们是包在纸盒中。冷饮(Cold drink)可以是可口可乐(coke)或百事可乐(pepsi),它们是装在瓶子中。
我们将创建一个表示食物条目(比如汉堡和冷饮)的 Item 接口和实现 Item 接口的实体类,以及一个表示食物包装的 Packing 接口和实现 Packing 接口的实体类,汉堡是包在纸盒中,冷饮是装在瓶子中。
然后我们创建一个 Meal 类,带有 Item 的 ArrayList 和一个通过结合 Item 来创建不同类型的 Meal 对象的 MealBuilder。BuilderPatternDemo 类使用 MealBuilder 来创建一个 Meal。
步骤 1
创建一个表示食物条目和食物包装的接口。
Item.java
public interface Item {
public String name();
public Packing packing();
public float price();
}
Packing.java
public interface Packing {
public String pack();
}
步骤 2
创建实现 Packing 接口的实体类。
Wrapper.java
public class Wrapper implements Packing {
@Override
public String pack() {
return "Wrapper";
}
}
Bottle.java
public class Bottle implements Packing {
@Override
public String pack() {
return "Bottle";
}
}
步骤 3
创建实现 Item 接口的抽象类,该类提供了默认的功能。
Burger.java
public abstract class Burger implements Item {
@Override
public Packing packing() {
return new Wrapper();
}
@Override
public abstract float price();
}
ColdDrink.java
public abstract class ColdDrink implements Item {
@Override
public Packing packing() {
return new Bottle();
}
@Override
public abstract float price();
}
步骤 4
创建扩展了 Burger 和 ColdDrink 的实体类。
VegBurger.java
public class VegBurger extends Burger {
@Override
public float price() {
return 25.0f;
}
@Override
public String name() {
return "Veg Burger";
}
}
ChickenBurger.java
public class ChickenBurger extends Burger {
@Override
public float price() {
return 50.5f;
}
@Override
public String name() {
return "Chicken Burger";
}
}
Coke.java
public class Coke extends ColdDrink {
@Override
public float price() {
return 30.0f;
}
@Override
public String name() {
return "Coke";
}
}
Pepsi.java
public class Pepsi extends ColdDrink {
@Override
public float price() {
return 35.0f;
}
@Override
public String name() {
return "Pepsi";
}
}
步骤 5
创建一个 Meal 类,带有上面定义的 Item 对象。
Meal.java
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Meal {
private List<Item> items = new ArrayList<Item>();
public void addItem(Item item){
items.add(item);
}
public float getCost(){
float cost = 0.0f;
for (Item item : items) {
cost += item.price();
}
return cost;
}
public void showItems(){
for (Item item : items) {
System.out.print("Item : "+item.name());
System.out.print(", Packing : "+item.packing().pack());
System.out.println(", Price : "+item.price());
}
}
}
步骤 6
创建一个 MealBuilder 类,实际的 builder 类负责创建 Meal 对象。
MealBuilder.java
public class MealBuilder {
public Meal prepareVegMeal (){
Meal meal = new Meal();
meal.addItem(new VegBurger());
meal.addItem(new Coke());
return meal;
}
public Meal prepareNonVegMeal (){
Meal meal = new Meal();
meal.addItem(new ChickenBurger());
meal.addItem(new Pepsi());
return meal;
}
}
步骤 7
BuiderPatternDemo 使用 MealBuilder 来演示建造者模式(Builder Pattern)。
BuilderPatternDemo.java
public class BuilderPatternDemo {
public static void main(String[] args) {
MealBuilder mealBuilder = new MealBuilder();
Meal vegMeal = mealBuilder.prepareVegMeal();
System.out.println("Veg Meal");
vegMeal.showItems();
System.out.println("Total Cost: " +vegMeal.getCost());
Meal nonVegMeal = mealBuilder.prepareNonVegMeal();
System.out.println("\n\nNon-Veg Meal");
nonVegMeal.showItems();
System.out.println("Total Cost: " +nonVegMeal.getCost());
}
}
步骤 8
执行程序,输出结果:
Veg Meal
Item : Veg Burger, Packing : Wrapper, Price : 25.0
Item : Coke, Packing : Bottle, Price : 30.0
Total Cost: 55.0
Non-Veg Meal
Item : Chicken Burger, Packing : Wrapper, Price : 50.5
Item : Pepsi, Packing : Bottle, Price : 35.0
Total Cost: 85.5
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牟春平
muc***ping@gmail.com
建造者模式举例:去肯德基点餐,我们可以认为点餐就属于一个建造订单的过程。我们点餐的顺序是无关的,点什么东西也是没有要求的,可以单点,也可以点套餐,也可以套餐加单点,但是最后一定要点确认来完成订单。
public class OrderBuilder{ private Burger mBurger; private Suit mSuit; //单点汉堡,num为数量 public OrderBuilder burger(Burger burger, int num){ mBurger = burger; } //点套餐,实际中套餐也可以点多份 public OrderBuilder suit(Suit suit, int num){ mSuit = suit; } //完成订单 public Order build(){ Order order = new Order(); order.setBurger(mBurger); order.setSuit(mSuit); return order; } }另外适用于快速失败,在 build 时可以做校验,如果不满足必要条件,则可以直接抛出创建异常,在 OkHttp3 中的 Request.Builder 中就是这样用的。
public Request build() { if (url == null) throw new IllegalStateException("url == null"); return new Request(this); }例如订单要求价格至少达到 30 块:
//完成订单 public Order build(){ Order order = new Order(); order.setBurger(mBurger); order.setSuit(mSuit); if(order.getPrice() < 30){ throw new BuildException("订单金额未达到30元"); } return order; }另外,在构建时如果有必传参数和可选参数,可以为 Builder 类添加构造函数来保证必传参数不会遗漏,例如在构建一个 http 请求时, url 是必传的:
public class RequestBuilder{ private final String mUrl; private Map<String, String> mHeaders = new HashMap<String, String>(); private RequestBuilder(String url){ mUrl = url; } public static RequestBuilder newBuilder(String url){ return new RequestBuilder(url); } public RequestBuilder addHeader(String key, String value){ mHeaders.put(key, value); } public Request build(){ Request request = new Request(); request.setUrl(mUrl); request.setHeaders(mHeaders); return request; } }牟春平
muc***ping@gmail.com
jade
guo***u_study@163.com
建造者模式,又称生成器模式:将一个复杂的构建与其表示相分离,使得同样的构建过程可以创建不同的表示。
三个角色:建造者、具体的建造者、监工、使用者(严格来说不算)
建造者角色:
public abstract class Builder { public abstract void buildPart1(); public abstract void buildPart2(); public abstract void buildPart3(); }监工角色:
public class Director { // 将一个复杂的构建过程与其表示相分离 private Builder builder; // 针对接口编程,而不是针对实现编程 public Director(Builder builder) { this.builder = builder; } public void setBuilder(Builder builder) { this.builder = builder; } public void construct() { // 控制(定义)一个复杂的构建过程 builder.buildPart1(); for (int i = 0; i < 5; i++) { // 提示:如果想在运行过程中替换构建算法,可以考虑结合策略模式。 builder.buildPart2(); } builder.buildPart3(); } }具体的建造者角色:
/** * 此处实现了建造纯文本文档的具体建造者。 * 可以考虑再实现一个建造HTML文档、XML文档,或者其它什么文档的具体建造者。 * 这样,就可以使得同样的构建过程可以创建不同的表示 */ public class ConcreteBuilder1 extends Builder { private StringBuffer buffer = new StringBuffer();//假设 buffer.toString() 就是最终生成的产品 @Override public void buildPart1() {//实现构建最终实例需要的所有方法 buffer.append("Builder1 : Part1\n"); } @Override public void buildPart2() { buffer.append("Builder1 : Part2\n"); } @Override public void buildPart3() { buffer.append("Builder1 : Part3\n"); } public String getResult() {//定义获取最终生成实例的方法 return buffer.toString(); } }客户角色:
public class Client { public void testBuilderPattern() { ConcreteBuilder1 b1 = new ConcreteBuilder1();//建造者 Director director = new Director(b1);//监工 director.construct();//建造实例(监工负责监督,建造者实际建造) String result = b1.getResult();//获取最终生成结果 System.out.printf("the result is :%n%s", result); } }jade
guo***u_study@163.com
shenshaonian
134***3404@qq.com
步骤 7可以拆开吧?
抽象建造者 1
public class Builder { public Meal meal = new Meal(); public void prepareVegMeal(){}; public void prepareNonVegMeal(){}; public Meal getMeal(){return null; };指挥者 2
public class Director { public void Constuct(Builder builder){ builder.prepareVegMeal(); builder.prepareNonVegMeal(); } }具体的建造者
public class VegMealBuilder extends Builder{ public void prepareVegMeal() { meal.addItem(new VegBurger()); meal.addItem(new Coke()); } public void prepareNonVegMeal() { } public Meal getMeal() { return meal; } }具体建造者
public class NonVegMealBuilder extends Builder { @Override public void prepareVegMeal() { } @Override public void prepareNonVegMeal() { meal.addItem(new ChickenBurger()); meal.addItem(new Pepsi()); } @Override public Meal getMeal() { return meal; } }调用
public class Test { @Test public void BuilderPatternDemo() { Director director = new Director(); VegMealBuilder b1 = new VegMealBuilder(); NonVegMealBuilder b2 = new NonVegMealBuilder(); director.Constuct(b1); director.Constuct(b2); Meal vegMeal = b1.getMeal(); System.out.println("Veg Meal"); vegMeal.showItems(); System.out.println("Total Cost: " +vegMeal.getCost()); Meal nonVegMeal = b2.getMeal(); System.out.println("\n\nNon-Veg Meal"); nonVegMeal.showItems(); System.out.println("Total Cost: " +nonVegMeal.getCost()); } }最后应该是优化成 list(含有多参数)传入,上层组装meal套餐或者单点,这种灵活性更强吧。
shenshaonian
134***3404@qq.com
Siskin.xu
sis***@sohu.com
Python 方式:
from abc import abstractmethod,ABCMeta # 创建一个表示食物条目和食物包装的接口 class Item(metaclass=ABCMeta): @abstractmethod def myName(self): pass @abstractmethod def packing(self): pass @abstractmethod def price(self): pass class Packing(metaclass=ABCMeta): @abstractmethod def pack(self): pass # 实现Packing接口的实体类 class Wrapper(Packing): def pack(self): return "Wrapper" class Bottle(Packing): def pack(self): return "Bottle" # 实现Item接口的抽象类 class Burger(Item): def packing(self): return Wrapper() @abstractmethod def price(self): pass class ColdDrink(Item): def packing(self): return Bottle() @abstractmethod def price(self): pass # 创建扩展了Burger和ColdDrink的实体类 class VegBurger(Burger): def price(self): return 25.0 def myName(self): return "Veg Burger" class ChickenBurger(Burger): def price(self): return 50.5 def myName(self): return "Chicken Burger" class Coke(ColdDrink): def price(self): return 30.0 def myName(self): return "Coke" class Pepsi(ColdDrink): def price(self): return 35.0 def myName(self): return "Pepsi" # 设计一个Meal类,带有上面定义的对象 class Meal(): __items = [] #注意初始化,否则类变量会被重用 def __init__(self): self.__items = [] def addItem(self, aItem): self.__items.append(aItem) def getCost(self): mySum = 0 for myCost in self.__items: mySum = mySum + myCost.price() return mySum def showItems(self): for myItem in self.__items: print("Item : %s , Packing : %s , Price : %5.2f" %(myItem.myName(), myItem.packing().pack(), myItem.price())) # 设计一个MealBuilder类,负责创建Meal对象 class MealBuilder(): def prepareVegmeal(self): meal = Meal() meal.addItem(VegBurger()) meal.addItem(Coke()) return meal def prepareNonVegMeal(self): meal = Meal() meal.addItem(ChickenBurger()) meal.addItem(Pepsi()) return meal # 输出 if __name__ == '__main__': mealBuilder = MealBuilder() vegMeal = mealBuilder.prepareVegmeal() print("Veg Meal") vegMeal.showItems() print("Total Cost : %5.2f" %vegMeal.getCost()) nonVegMeal = mealBuilder.prepareNonVegMeal() print("\n\nNon-Veg Meal") nonVegMeal.showItems() print("Total Cost : %5.2f" %(nonVegMeal.getCost()))Siskin.xu
sis***@sohu.com
squid233
513***220@qq.com
C++ 方式:
#include <string> #include <vector> #include <iostream> using namespace std; class Packing { public: virtual string pack() { return ""; }; }; class Item { public: virtual string name() { return ""; }; virtual Packing *packing() { return new Packing(); }; virtual float price() { return 0; }; }; class Wrapper: public Packing { public: string pack() { return "Wrapper"; } }; class Bottle: public Packing { public: string pack() { return "Bottle"; } }; class Burger: public Item { public: Packing *packing() { return new Wrapper(); } }; class ColdDrink: public Item { public: Packing *packing() { return new Bottle(); } }; class VegBurger: public Burger { public: float price() { return 25.0f; } string name() { return "Veg Burger"; } }; class ChickenBurger: public Burger { public: float price() { return 50.5f; } string name() { return "Chicken Burger"; } }; class Coke: public ColdDrink { public: float price() { return 30.0f; } string name() { return "Coke"; } }; class Pepsi: public ColdDrink { public: float price() { return 35.0f; } string name() { return "Pepsi"; } }; class Meal { private: vector<Item *> items; public: void addItem(Item *item) { items.push_back(item); } float getCost() { float cost = 0.0f; for (Item *item : items) { cost += item -> price(); } return cost; } void showItems() { for (Item *item : items) { cout << "Item : " << item -> name() << ", Packing : " << item -> packing() -> pack() << ", Price : "; printf("%.1f\n", item -> price()); } } }; class MealBuilder { public: Meal *prepareVegMeal() { Meal *meal = new Meal(); meal -> addItem(new VegBurger()); meal -> addItem(new Coke()); return meal; } Meal *prepareNonVegMeal () { Meal *meal = new Meal(); meal -> addItem(new ChickenBurger()); meal -> addItem(new Pepsi()); return meal; } }; int main() { MealBuilder mealBuilder; Meal *vegMeal = mealBuilder.prepareVegMeal(); cout << "Veg Meal" << endl; vegMeal -> showItems(); cout << "Total Cost: " << vegMeal -> getCost() << endl; delete(vegMeal); Meal *nonVegMeal = mealBuilder.prepareNonVegMeal(); cout << "\n\nNon-Veg Meal" << endl; nonVegMeal -> showItems(); cout << "Total Cost: " << nonVegMeal -> getCost() << endl; delete(nonVegMeal); }squid233
513***220@qq.com
RUNOOB
429***967@qq.com
建造者模式适用于需要创建具有复杂结构的对象,而且对象的创建过程涉及多个步骤或参数。通过使用建造者模式,可以将对象的构建过程解耦,使得相同的构建过程可以创建不同的对象表示。
建造者模式包含以下几个核心角色:
下面是一个简单的示例,展示了如何使用建造者模式构建一个汽车对象:
// 产品类 public class Car { private String brand; private String color; // 其他属性... public void setBrand(String brand) { this.brand = brand; } public void setColor(String color) { this.color = color; } // 其他方法... } // 抽象建造者 public interface CarBuilder { void setBrand(String brand); void setColor(String color); Car build(); } // 具体建造者 public class SedanCarBuilder implements CarBuilder { private Car car; public SedanCarBuilder() { this.car = new Car(); } public void setBrand(String brand) { car.setBrand(brand); } public void setColor(String color) { car.setColor(color); } public Car build() { return car; } } // 指挥者 public class CarDirector { private CarBuilder builder; public CarDirector(CarBuilder builder) { this.builder = builder; } public Car constructCar(String brand, String color) { builder.setBrand(brand); builder.setColor(color); return builder.build(); } } // 使用示例 public class Main { public static void main(String[] args) { CarBuilder builder = new SedanCarBuilder(); CarDirector director = new CarDirector(builder); Car car = director.constructCar("Toyota", "Red"); System.out.println(car); } }在上面的示例中,我们定义了一个产品类 Car,抽象建造者接口 CarBuilder,具体建造者 SedanCarBuilder,以及指挥者 CarDirector。通过指挥者调用具体建造者的方法,按照一定顺序构建汽车对象。
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Louis L
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以下通过链式调用的方式实现建造者模式。
以下以电脑为例子。
没有抽象的建造者和指挥者 (其实 Computer 充当的就是指挥者的角色),我们说过建造者模式中指挥者和抽象建造者都不是必须的,所以这是一个典型的建造者模式
package BuilderPattern; public class Computer { private String CPU; private String Disk; private String Memory; private String GPU; private String MainBoard; @Override public String toString() { return "Computer{" + "CPU='" + CPU + '\'' + ", Disk='" + Disk + '\'' + ", Memory='" + Memory + '\'' + ", GPU='" + GPU + '\'' + ", MainBoard='" + MainBoard + '\'' + '}'; } private Computer(ComputerBuilder cb){ this.CPU= cb.CPU; this.Disk= cb.Disk; this.Memory= cb.Memory; this.GPU= cb.GPU; this.MainBoard= cb.MainBoard; } public static class ComputerBuilder{ private String CPU; private String Disk; private String Memory; private String GPU; private String MainBoard; public ComputerBuilder setCPU(String CPU) { this.CPU = CPU; return this; } public ComputerBuilder setDisk(String disk) { Disk = disk; return this; } public ComputerBuilder setMemory(String memory) { Memory = memory; return this; } public ComputerBuilder setGPU(String GPU) { this.GPU = GPU; return this; } public ComputerBuilder setMainBoard(String mainBoard) { MainBoard = mainBoard; return this; } public Computer createComputer(){ return new Computer(this); } } }测试:
package BuilderPattern; public class BPTest2 { public static void main(String[] args) { Computer.ComputerBuilder builder = new Computer.ComputerBuilder(); Computer asus = builder.setCPU("AMD R7 4800H") .setDisk("Sumsung 1TB") .setGPU("NVIDIA RTX 2060") .setMemory("ADATA 32GB DDR4 3200MHz") .setMainBoard("ASUS") .createComputer(); System.out.println(asus); } }Louis L
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