设计模式的征途—6.建造者（Builder）模式

建造者模式又称为生成器模式，它是一种较为复杂、使用频率也相对较低的创建型模式。建造者模式为客户端返回的不是一个简单的产品，而是一个由多个部件组成的复杂产品。因为，没有人买车会只买一个方向盘或者轮胎，大家买的都是一辆包含轮胎、方向盘和发动机等多个部件组成的完整汽车。如何将这些部件组装成一辆完整的汽车并返回给用户，这是建造者模式需要解决的问题。

建造者模式（Builder）

学习难度：★★★★☆

使用频率：★★☆☆☆

一、从游戏角色设计谈起

M公司游戏开发部想要开发一款名为Manulife群侠传的网络游戏，该游戏采用主流的RPG（角色扮演游戏）模式，玩家可以在游戏中扮演各种特定的角色，而各个角色又可以根据不同的游戏情节和统计数据（如力量、魔法、技能等）具有不同的能力，角色也会随着不断升级而拥有更加强大的能力。

作为RPG游戏的一个重要组成部分，需要对游戏角色进行设计，而且随着该游戏的升级将不断增加新的角色。不同类型的游戏角色，其性别、脸型、服装、发型等外部特性都有所差异，例如“天使”拥有美丽的面容和披肩的长发，并身穿一袭白裙；而“恶魔”则极其丑陋，留着光头并穿着一件刺眼的黑衣。

M公司决定开发一个小工具来创建游戏角色，可以创建不同类型的角色并可以灵活地增加新角色。

　　　　　　　　　　　

　　【几种不同的角色：恶魔，天使和英雄】

　　M公司的开发人员分析发现，游戏角色是一个复杂对象，它包含性别、脸型等多个组成部分，不同的游戏角色其组成部分有所差异，如上图所示。无论是何种造型的游戏角色，其创建步骤都大同小异，都需要逐步创建其组成部分，再将各组成部分装配成个一个完整的游戏角色。如何一步一步地创建一个包含多个组成部分的复杂对象，建造者模式为解决此类问题而诞生。

二、建造者模式概述

2.1 建造者模式关键定义

建造者模式（Builder）：将一个复杂对象的构建与它的表示相分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。建造者模式是一种对象创建型模式。　　

　　建造者模式是一种较为复杂的创建型模式，他将客户端与包含多个组成部分的复杂对象的创建过程分离，客户端无需知道复杂对象的内部组成与装配方式，主需要知道所需的建造者即可。其关注点在于如何一步一步地创建一个复杂对象，不同的具体建造者定义了不同的创建过程，且具体建造者相互独立，增加新的建造者非常方便，无需修改已有代码，系统具有较好的可扩展性。

　　

　　从上图可以看出，建造者模式包含以下三类重要角色；

　　（1）Builder（抽象建造者）：为创建一个产品对象的各个部件指定抽象接口，在其接口中一般包含两类方法：一类是BuildPartX()，用于创建复杂对象的各个部件；另一类是GetResult()，用于返回生成好的复杂对象。它就可以是抽象类，也可以是接口。

　　（2）ConcreteBuilder（具体建造者）：实现了Builder接口，即实现了各个部件的具体构造和装配方法，定义并明确其所创建的复杂对象。

　　（3）Product（产品角色）：被构建的复杂对象，包含多个组成部件。

　　（3）Director（指挥者）：负责安排复杂对象的建造次序，指挥者与抽象建造者之间存在关联关系，可以在其Construct()方法中调用建造者对象的部件构造和装配方法，完成复杂对象的建造。因此，客户端只需要和指挥者进行交互，这也确保了单一职责。

2.2 建造者模式典型实现

　　（1）复杂对象：包含多个成员变量的对象，这些成员也称为部件或零件。一个典型的复杂对象类如下：

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

　　（2）抽象建造者：定义了产品的创建和返回方法。

    public abstract class Builder
    {
        // 创建产品对象
        protected Product product = new Product();

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

        // 返回产品对象
        public Product GetResult()
        {
            return product;
        }
    }

　　（3）指挥者对象：控制整个产品的创建过程。

    public class Director
    {
        private Builder builder;

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

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

        // 产品构建与组装方法
        public Product Construct()
        {
            builder.BuildPartA();
            builder.BuildPartB();
            builder.BuildPartC();

            return builder.GetResult();
        }
    }

2.3 建造者模式与抽象工厂模式的对比

　　建造者模式与抽象工厂模式有点相似，但是建造者模式返回一个完整的复杂产品，而抽象工厂模式则返回一系列相关的产品。如果将抽象工厂模式看成一个汽车配件生产厂，生成不同类型的汽车配件，那么建造者模式则是一个汽车组装厂，通过对配件进行组成返回一辆完整的汽车。

三、游戏角色设计实现方案

3.1 方案结构图

　　以建造者模式为基础来实现游戏角色的设计，其中ActorController充当指挥者（Director），ActorBuilder充当抽象建造者，HeroBuilder、AngelBuilder和DevilBuilder充当具体建造者，Actor充当复杂产品。

3.2 具体实现

　　（1）Actor：复杂产品

    /// <summary>
    /// Actor 角色类 ： 复杂产品，这里只列出部分成员变量
    /// </summary>
    public class Actor
    {
        // 角色类型
        public string Type { get; set; }
        // 性别
        public string Sex { get; set; }
        // 脸型
        public string Face { get; set; }
        // 服装
        public string Costume { get; set; }
        // 发型
        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();

        // 工厂方法 ： 返回一个完整的游戏角色对象
        public Actor CreateActor()
        {
            return actor;
        }
    }

　　（3）HeroBuilder、AngelBuilder和DevilBuilder：具体建造者

    /// <summary>
    /// 天使角色建造器 ：具体建造者
    /// </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 = "披肩长发";
        }

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

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

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

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

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

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

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

    /// <summary>
    /// 英雄建造器 ： 具体建造者
    /// </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 = "飘逸";
        }

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

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

　　（4）ActorController：指挥者

    /// <summary>
    /// 游戏角色创建控制器：指挥者(Director)
    /// </summary>
    public class ActorController
    {
        /// <summary>
        /// 逐步构建复杂产品对象
        /// </summary>
        public Actor Construct(ActorBuilder builder)
        {
            builder.BuildType();
            builder.BuildSex();
            builder.BuildFace();
            builder.BuildCostume();
            builder.BuildHairStyle();

            return builder.CreateActor(); ;
        }
    }

　　（5）客户端测试

    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("角色类型：{0}", actor.Type);
            Console.WriteLine("角色性别：{0}", actor.Sex);
            Console.WriteLine("角色面容：{0}", actor.Face);
            Console.WriteLine("角色服装：{0}", actor.Costume);
            Console.WriteLine("角色发型：{0}", actor.HairStyle);

            Console.ReadKey();
        }
    }

　　这里仍然采用了基于配置文件的方式：将具体的构建者配置在XML文件中，如需要更改只需要更改一下配置文件即可。

<?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类的代码如下：

    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;
        }
    }

　　调试运行结果如下：

　　

　　此时如果我们需要构建一个恶魔角色，那么修改一下配置文件：

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

　　再次运行结果如下：

　　

四、建造者模式小结

4.1 主要优点

　　（1）客户端不需要知道产品内部的组成细节，将产品本身与产品的创建过程解耦，使得相同的创建过程可以创建不同的产品对象。

　　（2）具体建造者相对独立，增加新的具体建造者无需修改原有类库的代码，系统扩展比较方便，符合开闭原则。

　　（3）可以更加精细地控制产品的创建过程 -> 将复杂产品的创建步骤分解在不同的方法中，使得创建过程更加清晰，也更方便使用程序来控制创建过程。

4.2 主要缺点

　　（1）对于所创建的产品有一定限制：一般这些产品都具有一些较多的共同点，其组成部分相似。如果差异性很大，那么则不适合使用建造者模式。

　　（2）如果产品的内部结构复杂多变，可能会需要定义很多具体构建者来实现这些变化，会导致系统变得庞大，增加系统的理解难度和运行成本。

4.3 应用场景

　　（1）需要生成的产品对象由复杂的内部结构，这些产品对象通常包含多个成员变量。

　　（2）需要生成的产品对象的属性相互依赖，需要指定其生成顺序。

　　（3）隔离复杂对象的创建和使用，并使得相同的创建过程可以创建不同的产品。

参考资料

　　刘伟，《设计模式的艺术—软件开发人员内功修炼之道》

作者：周旭龙

出处：http://edisonchou.cnblogs.com

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