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95、23种设计模式之建造者模式（4/23）

news 2025/8/20 8:18:45

建造者模式（Builder Pattern）是23种经典设计模式中的创建型模式之一，其核心思想是将复杂对象的构建过程与其表示分离，使得同样的构建流程可以生成不同结构或配置的对象。以下从定义、结构、应用场景、优缺点及代码示例展开分析：

一、模式定义

建造者模式通过分步构建复杂对象，将对象的构造逻辑（如部件创建、组装顺序）封装在独立的建造者类中，客户端只需指定建造者类型即可获得最终产品，无需了解内部细节。
类比：如同在餐厅点餐，顾客只需选择套餐类型（如A套餐、B套餐），厨师（建造者）会按固定流程准备食材（部件）并组合成完整餐品（产品）。

二、模式结构

建造者模式通常包含以下角色：

1.产品（Product）

复杂对象，由多个部件组成（如汽车由引擎、轮胎、车身等部件构成）。

2.抽象建造者（Builder）

定义创建产品各部件的抽象方法（如buildEngine()、buildWheel()），并提供获取最终产品的方法（如getVehicle()）。

3.具体建造者（ConcreteBuilder）

实现抽象建造者接口，具体定义部件的创建和组装逻辑，返回不同配置的产品实例。

4.指挥者（Director）

封装构建流程，调用建造者的方法按固定顺序组装产品（可选角色，客户端也可直接调用建造者）。

三、应用场景

1.复杂对象构造

对象由多个部件构成，且部件创建步骤复杂（如计算机组装需选择CPU、内存、硬盘等）。

2.相同流程不同表示

构建过程稳定，但部件组合方式多样（如汽车可组装为SUV、跑车等不同型号）。

3.隔离构造与使用

客户端无需关心对象内部细节，只需关注最终产品（如通过StringBuilder.append()逐步构建字符串，最后调用toString()获取结果）。

4.可选部件处理

对象包含可选属性，避免使用冗长的构造函数或Setter方法（如通过链式调用设置对象属性）。

四、优缺点分析

1.优点

（1）解耦构建与表示：客户端无需知道产品内部结构，只需指定建造者类型。
（2）扩展性强：新增具体建造者不影响现有代码，符合开闭原则。
（3）控制构建细节：可灵活调整部件创建顺序或条件（如根据配置选择引擎类型）。

2.缺点

（1）类数量增加：需定义抽象建造者、具体建造者等额外类，系统复杂度上升。
（2）维护成本高：若产品内部结构变化，所有建造者均需修改。
（3）适用范围有限：仅适用于部件数量多、构造过程复杂的对象。

五、代码示例（C#）

以下是一个完整的 C# 建造者模式示例，包含产品类、抽象建造者、具体建造者、指挥者和客户端调用，并支持链式调用：

using System;// 1. 产品类（Computer）
public class Computer
{public string CPU { get; set; }public string RAM { get; set; }public string Storage { get; set; }public string GPU { get; set; }public bool HasKeyboard { get; set; }public bool HasMouse { get; set; }public override string ToString(){return $@"
Computer Configuration:CPU: {CPU}RAM: {RAM}Storage: {Storage}GPU: {GPU}Keyboard: {(HasKeyboard ? "Included" : "Not Included")}Mouse: {(HasMouse ? "Included" : "Not Included")}";}
}// 2. 抽象建造者（IComputerBuilder）
public interface IComputerBuilder
{IComputerBuilder SetCPU(string cpu);IComputerBuilder SetRAM(string ram);IComputerBuilder SetStorage(string storage);IComputerBuilder SetGPU(string gpu);IComputerBuilder IncludeKeyboard(bool include);IComputerBuilder IncludeMouse(bool include);Computer Build();
}// 3. 具体建造者（GamingComputerBuilder）
public class GamingComputerBuilder : IComputerBuilder
{private Computer _computer = new Computer();public IComputerBuilder SetCPU(string cpu) { _computer.CPU = cpu; return this; }public IComputerBuilder SetRAM(string ram) { _computer.RAM = ram; return this; }public IComputerBuilder SetStorage(string storage) { _computer.Storage = storage; return this; }public IComputerBuilder SetGPU(string gpu) { _computer.GPU = gpu; return this; }public IComputerBuilder IncludeKeyboard(bool include) { _computer.HasKeyboard = include; return this; }public IComputerBuilder IncludeMouse(bool include) { _computer.HasMouse = include; return this; }public Computer Build() { return _computer; }
}// 4. 指挥者（ComputerDirector）
public class ComputerDirector
{public Computer BuildGamingPC(IComputerBuilder builder){return builder.SetCPU("AMD Ryzen 9 5900X").SetRAM("64GB DDR4").SetStorage("2TB NVMe SSD").SetGPU("NVIDIA RTX 3080 Ti").IncludeKeyboard(true).IncludeMouse(true).Build();}public Computer BuildOfficePC(IComputerBuilder builder){return builder.SetCPU("Intel i5").SetRAM("16GB DDR4").SetStorage("512GB SSD").SetGPU("Integrated Graphics").IncludeKeyboard(false).IncludeMouse(false).Build();}
}// 5. 客户端代码
class Program
{static void Main(){// 使用指挥者构建标准配置var director = new ComputerDirector();var builder = new GamingComputerBuilder();Computer gamingPC = director.BuildGamingPC(builder);Computer officePC = director.BuildOfficePC(builder);Console.WriteLine("=== Standard Gaming PC ===");Console.WriteLine(gamingPC);Console.WriteLine("\n=== Standard Office PC ===");Console.WriteLine(officePC);// 直接链式调用自定义配置Computer customPC = new GamingComputerBuilder().SetCPU("Apple M1 Ultra").SetRAM("128GB").SetStorage("8TB SSD").SetGPU("AMD Radeon Pro").IncludeKeyboard(true).Build();Console.WriteLine("\n=== Custom PC ===");Console.WriteLine(customPC);}
}