设计模式-04 设计模式-Builder

1.定义

建造者模式（Builder Pattern）是一种创建型设计模式，它允许你使用不同的构建步骤来创建复杂的对象。
建造者模式的定义是：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。

                                       指挥者|/         \\/           \\/             \\具体建造者 A       具体建造者 B|               |/               |_______________/_______________|______________|                                              ||                                              ||                                              |_______|______________________________________________|____|                                                          ||                      已构建的产品                         ||__________________________________________________________|

在这个 ASCII 图中：

指挥者负责协调建造过程，它告诉建造者要创建哪些部分以及如何组装它们。
具体建造者代表不同的产品类型或变体。每个具体建造者负责构建产品的一个或多个部分。
已构建的产品是建造过程的结果。

建造过程如下：

指挥者创建一个具体建造者。
指挥者调用具体建造者的构建方法来创建产品的不同部分。
指挥者可以调用多个具体建造者来创建复杂的产品结构。
一旦所有部分都构建完成，指挥者调用具体建造者的获取产品方法来检索已构建的产品。

2.内涵

换句话说，建造者模式将对象的构建过程与对象的表示分离。这使得你可以使用相同的构建过程来创建不同类型的对象，而无需更改构建代码本身。

建造者模式包含以下角色：

建造者（Builder）：负责创建和组装最终的对象。
具体建造者（Concrete Builder）：实现建造者接口，并负责创建和组装最终对象的特定部分。
指挥者（Director）：负责协调建造过程，它告诉建造者要创建哪些部分以及如何组装它们。
产品（Product）：最终创建的对象。

3.案例对比

不用 Builder 设计模式

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <string>
#include <vector>
#include <fstream>
#include <tuple>
#include <sstream>
#include <memory>
using namespace std;/***  <p>hello</p><ul> <li>hello</li> <li>world</li></ul>* @return*/
int main() {auto text= "hello";string output;output+="<p>";output+=text;output+="</p>";cout<<output<<endl;string words[] = {"hello", "world"};ostringstream oss;oss<<"<ul>";for(auto w: words){oss<<" <li>" << w <<"</li>";}oss<<"</ul>";cout<<oss.str()<<endl;return 0;
}

使用 Builder 设计模式

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <string>
#include <vector>
#include <fstream>
#include <tuple>
#include <sstream>
#include <memory>
using namespace std;struct HtmlElement
{string name, text;vector<HtmlElement> elements;const size_t indent_size =2;HtmlElement(){}HtmlElement(const string& name,const string& text):name(name),text(text){}string str(int intent = 0)const{ostringstream oss;string i(indent_size*intent, ' ');oss << i << "<" << name << ">" << endl;if(text.size() > 0){oss<<string(indent_size*(intent + 1), ' ') << text <<endl;}for(const auto& e:elements) {oss << e.str(intent + 1);}oss<<i << "</" << name << ">" << endl;return oss.str();}};struct HtmlBuilder
{HtmlElement root;HtmlBuilder(string rootname){root.name = rootname;}void add_child(string child_name, string child_text){HtmlElement e{child_name, child_text};root.elements.emplace_back(e);}string str() const {return root.str();}
};int main() {HtmlBuilder builder ("ul");builder.add_child("li", "hello");builder.add_child("li", "world");builder.add_child("li", "hello");cout << builder.str() << endl;return 0;
}

4.注意事项

在实际使用建造者模式时，需要注意以下几点和原则：

1. 分离接口和实现

建造者模式的核心原则是将对象的构建过程与它的表示分离。因此，建造者接口应该只定义创建和组装对象所需的方法，而具体的实现细节应该委托给具体建造者。

2. 确保建造者产品的一致性

指挥者负责协调建造过程，它告诉建造者要创建哪些部分以及如何组装它们。为了确保建造出的产品是一致的，指挥者需要使用相同的建造者接口来调用所有具体建造者。

3. 灵活性和可扩展性

建造者模式的优点之一是它的灵活性和可扩展性。你可以轻松地添加新的具体建造者来创建新的对象类型，而无需修改现有代码。这使得建造者模式非常适合需要创建各种不同对象的场景。

4. 避免创建不必要的具体建造者

虽然建造者模式允许你创建任意数量的具体建造者，但重要的是要避免创建不必要的具体建造者。每个具体建造者都应该代表一种不同的对象类型或变体。

5. 考虑使用不可变对象

对于需要不可变对象的场景，你可以考虑使用不可变对象来表示产品。这可以防止在构建过程之后意外修改对象。

6. 性能考虑

如果性能是一个问题，你需要仔细考虑建造者模式的开销。创建和销毁大量的具体建造者可能会对性能产生影响。

7. 何时使用建造者模式

建造者模式最适合用于创建复杂的对象，这些对象需要经过多个构建步骤才能创建。例如，它可以用在创建文档、GUI 控件或 Web 页面等对象中。

个人觉得如果对象很简单，并且不需要经过多个构建步骤，则建造者模式可能过于复杂。在这种情况下，可以使用更简单的创建模式，例如工厂方法模式或单例模式会更简单。

5.最佳实践

建造者模式的最佳实践包括：

使用不可变对象：对于需要不可变对象的场景，使用不可变对象来表示产品可以防止在构建过程之后意外修改对象。
使用分层建造者：对于复杂的对象，可以考虑使用分层建造者。分层建造者将构建过程分解成更小的步骤，并允许你创建嵌套的对象结构。
使用流式 API：对于需要创建大量相似对象的场景，可以使用流式 API 来简化构建过程。流式 API 允许你将构建步骤链接在一起，并使用链式语法来创建对象。
考虑使用生成器函数：在某些情况下，使用生成器函数可以简化建造者模式的实现。生成器函数可以让你一步一步地构建对象，而无需显式地创建和销毁具体建造者。
避免创建不必要的具体建造者：每个具体建造者都应该代表一种不同的对象类型或变体。避免创建不必要的具体建造者，因为这会增加代码的复杂性和维护成本。
确保建造者产品的一致性：指挥者负责协调建造过程，它告诉建造者要创建哪些部分以及如何组装它们。为了确保建造出的产品是一致的，指挥者需要使用相同的建造者接口来调用所有具体建造者。