「聊设计模式」之建造者模式（Builder）

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前言

  设计模式是众多优秀软件开发实践的总结和提炼，是软件工程中不可或缺的重要内容。其中建造者模式是一种非常常用的设计模式，本文将介绍建造者模式的概念、结构、应用场景、代码实现以及测试用例。

摘要

  建造者模式是一种对象创建型设计模式。它将复杂对象的构建过程分离出来，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。通过该模式，可以将一个复杂对象的构建与其表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。通过该模式，可以减少构建过程中的重复代码，提高代码的重用性和可维护性。

建造者模式

何为建造者模式？

  建造者模式是一种对象创建型设计模式，它将复杂对象的构建过程分离出来，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。该模式将构建对象的过程分为若干个部分，分别进行构建，最终通过一个指挥者将这些部分组装成一个完整的对象。该模式可以解决复杂对象的创建和表示问题，同时可以提高代码的重用性和可维护性。

结构

建造者模式包含如下几个角色：

  • Product（产品）：表示要创建的复杂对象。
  • Builder（抽象建造者）：定义创建产品各个部分的抽象接口。
  • ConcreteBuilder（具体建造者）：实现抽象建造者接口，完成产品的各个部分的构建。
  • Director（指挥者）：负责构建产品的对象，指挥具体建造者进行产品的构建。

建造者模式的结构图如下所示：

在这里插入图片描述

应用场景

建造者模式适用于以下场景：

  • 创建对象的算法应该独立于组成部分以及它们的装配方式时。
  • 同一个构建过程有不同的表示时。
  • 需要创建一些复杂的对象，但是它们的部分构造过程必须有一定的顺序时。
  • 需要在对象创建过程中进行更加精细的控制时。

建造者模式的优缺点

优点

  • 将对象的构建与表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示，增加了程序的灵活性；
  • 将复杂对象的构造代码与表示代码分开，易于维护；
  • 隐藏了对象构建的细节，使得构建代码与表示代码分离，提高了代码的可读性和可维护性；
  • 可以对不同的具体建造者进行更换和扩展。

缺点

  • 由于需要定义抽象建造者和具体建造者类，因此建造者模式增加了系统的类的个数，导致系统更加庞大。

建造者模式的示例

以下是建造者模式的代码实现，以Java语言为例：

产品(Product)

package com.example.javaDesignPattern.builder;/*** 产品** @Author bug菌* @Date 2023-09-19 0:00*/
public class Product {private String partA;private String partB;private String partC;public String getPartA() {return partA;}public void setPartA(String partA) {this.partA = partA;}public String getPartB() {return partB;}public void setPartB(String partB) {this.partB = partB;}public String getPartC() {return partC;}public void setPartC(String partC) {this.partC = partC;}public String toString() {return "PartA: " + partA + ", PartB: " + partB + ", PartC: " + partC;}
}

抽象建造者(Builder)

package com.example.javaDesignPattern.builder;/*** 抽象建造者(Builder)** @Author bug菌* @Date 2023-09-19 0:03*/
public interface Builder {void buildPartA();void buildPartB();void buildPartC();Product getResult();
}

具体建造者(ConcreteBuilder )

package com.example.javaDesignPattern.builder;/*** 具体建造者(ConcreteBuilder )** @Author bug菌* @Date 2023-09-19 0:03*/
public class ConcreteBuilder implements Builder {private Product product = new Product();public void buildPartA() {product.setPartA("A");}public void buildPartB() {product.setPartB("B");}public void buildPartC() {product.setPartC("C");}public Product getResult() {return product;}
}

指挥者(Director)

package com.example.javaDesignPattern.builder;/*** 指挥者(Director)** @Author bug菌* @Date 2023-09-19 0:03*/
public class Director {public void construct(Builder builder) {builder.buildPartA();builder.buildPartB();builder.buildPartC();}
}

代码方法介绍

  • Product类：表示要创建的复杂对象。该类包含了对象的各个部分，并提供了设置和获取各个部分的方法。
  • Builder接口：定义创建产品各个部分的抽象接口。包含了创建每个部分的抽象方法以及获取最终产品的方法。
  • ConcreteBuilder类：实现Builder接口，完成产品的各个部分的构建。
  • Director类：负责构建产品的对象，指挥具体建造者进行产品的构建。该类包含了构建产品的算法。

测试用例

以下是建造者模式的测试用例：

package com.example.javaDesignPattern.builder;/*** @Author bug菌* @Date 2023-09-19 0:05*/
public class BuilderPattern {public static void main(String[] args) {Director director = new Director();Builder builder = new ConcreteBuilder();director.construct(builder);Product product = builder.getResult();System.out.println(product.getPartA());System.out.println(product.getPartB());System.out.println(product.getPartC());System.out.println(product.toString());}
}

测试结果如下：

在这里插入图片描述

测试用例代码解读：

  这是一个实现Builder设计模式的示例代码。Builder模式的目的是将对象的构建过程与表示分离，从而使同样的构建过程可以创建出不同的表示形式。下面是代码的解读：

  1. 首先定义了一个 Builder 接口，ConcreteBuilder 类实现了 Builder 接口。
  2. Product 类是最终要构建的对象。
  3. Director 类是建造者模式中的指挥者，用于构造 Product 对象。
  4. 在 main 方法中，先创建了一个 ConcreteBuilder 对象，在调用 Director 的 construct 方法时传入该 builder。Director 会调用 ConcreteBuilder 的具体方法来构造 Product。
  5. 最后通过 getResult 方法获取 Product 对象，并输出其三个部分的值，以及使用 toString 方法输出 Product对象的所有属性。

  这个建造者模式的示例比较简单，但是建造者模式常用于构建较为复杂的对象，例如生成 HTML 页面、构建复杂的数据库查询等。通过建造者模式可以降低对象构建的复杂度，使代码更易于维护。

小结

  本文介绍了建造者模式的概念、结构、应用场景和代码实现。在建造者模式中，将复杂对象的构建过程分离出来，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。通过该模式，可以减少构建过程中的重复代码，提高代码的重用性和可维护性。建造者模式适用于复杂对象的创建和表示问题，以及需要更加精细的控制的场景。在代码实现中，需要定义产品类、抽象建造者接口、具体建造者类和指挥者类，分别完成产品的各个部分的构建和产品的组装。最后，通过测试用例验证建造者模式的正确性。

附录源码

  如上涉及代码均已上传同步在GitHub，提供给同学们参考性学习。

总结

  建造者模式是一种非常常用的设计模式，它将复杂对象的构建过程分离出来，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。通过该模式，可以减少构建过程中的重复代码，提高代码的重用性和可维护性。该模式适用于复杂对象的创建和表示问题，以及需要更加精细的控制的场景。在实际开发中，建议合理运用建造者模式，提高代码的质量和可维护性。

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