用C语言实现建造者模式

建造者模式（Builder Pattern）的核心是将复杂对象的构建过程与表示分离，通过分步设置属性来创建对象，适合构建具有多个可选参数或复杂初始化逻辑的对象。在C语言中，可以通过结构体（表示对象）+ 建造者接口（分步设置函数）+ 指挥者（统一构建流程） 实现。

C语言实现建造者模式的思路

1. 产品（Product）：需要构建的复杂对象（如一个包含多个属性的结构体）。
2. 建造者接口（Builder）：一组函数指针，定义分步设置产品属性的方法（如设置名称、大小、颜色等）。
3. 具体建造者（Concrete Builder）：实现建造者接口，负责实际设置产品的属性。
4. 指挥者（Director）：调用建造者的方法，按固定流程构建产品，隔离客户端与构建细节。

示例：构建复杂的“电脑”对象

假设需要构建一台电脑，包含CPU、内存、硬盘、显卡等可选组件，且不同配置流程可能不同（如办公电脑、游戏电脑）。

步骤1：定义产品（电脑）

// 产品：电脑（包含多个组件）
typedef struct {char cpu[32];    // 处理器char memory[16]; // 内存char disk[16];   // 硬盘char gpu[32];    // 显卡（可选）char os[16];     // 操作系统
} Computer;

步骤2：定义建造者接口

用结构体封装函数指针，定义构建电脑的分步方法（设置CPU、内存等）和获取最终产品的方法。

// 建造者接口（定义分步构建方法）
typedef struct ComputerBuilder {// 分步设置组件的函数void (*set_cpu)(struct ComputerBuilder* builder, const char* cpu);void (*set_memory)(struct ComputerBuilder* builder, const char* memory);void (*set_disk)(struct ComputerBuilder* builder, const char* disk);void (*set_gpu)(struct ComputerBuilder* builder, const char* gpu); // 可选void (*set_os)(struct ComputerBuilder* builder, const char* os);// 获取最终构建的产品Computer* (*get_result)(struct ComputerBuilder* builder);// 内部存储正在构建的产品Computer product;
} ComputerBuilder;

步骤3：实现具体建造者

以“游戏电脑建造者”为例，实现接口方法（实际中可根据需求定义多个建造者，如办公电脑建造者）。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>// 具体建造者：游戏电脑建造者
// 1. 实现分步设置方法
static void game_builder_set_cpu(ComputerBuilder* builder, const char* cpu) {strncpy(builder->product.cpu, cpu, sizeof(builder->product.cpu)-1);
}static void game_builder_set_memory(ComputerBuilder* builder, const char* memory) {strncpy(builder->product.memory, memory, sizeof(builder->product.memory)-1);
}static void game_builder_set_disk(ComputerBuilder* builder, const char* disk) {strncpy(builder->product.disk, disk, sizeof(builder->product.disk)-1);
}static void game_builder_set_gpu(ComputerBuilder* builder, const char* gpu) {strncpy(builder->product.gpu, gpu, sizeof(builder->product.gpu)-1);
}static void game_builder_set_os(ComputerBuilder* builder, const char* os) {strncpy(builder->product.os, os, sizeof(builder->product.os)-1);
}// 2. 获取构建结果（返回产品副本，避免外部修改内部状态）
static Computer* game_builder_get_result(ComputerBuilder* builder) {Computer* result = (Computer*)malloc(sizeof(Computer));if (result) {*result = builder->product; // 复制产品数据}return result;
}// 初始化游戏电脑建造者（绑定接口方法）
void game_builder_init(ComputerBuilder* builder) {builder->set_cpu = game_builder_set_cpu;builder->set_memory = game_builder_set_memory;builder->set_disk = game_builder_set_disk;builder->set_gpu = game_builder_set_gpu;builder->set_os = game_builder_set_os;builder->get_result = game_builder_get_result;// 初始化产品为默认值memset(&builder->product, 0, sizeof(Computer));
}

步骤4：实现指挥者（Director）

指挥者定义固定的构建流程（如“组装游戏电脑”的步骤），客户端只需调用指挥者，无需关心具体构建细节。

// 指挥者：负责按流程构建电脑
typedef struct {ComputerBuilder* builder; // 依赖建造者接口
} Director;// 初始化指挥者（绑定建造者）
void director_init(Director* director, ComputerBuilder* builder) {director->builder = builder;
}// 指挥者的构建流程：组装游戏电脑
Computer* director_build_game_pc(Director* director) {// 按固定步骤调用建造者的方法director->builder->set_cpu(director->builder, "Intel i9-13900K");director->builder->set_memory(director->builder, "32GB DDR5");director->builder->set_disk(director->builder, "1TB SSD");director->builder->set_gpu(director->builder, "NVIDIA RTX 4090");director->builder->set_os(director->builder, "Windows 11");// 返回最终产品return director->builder->get_result(director->builder);
}

步骤5：使用建造者模式

客户端通过指挥者构建产品，无需直接操作建造者的分步方法。

// 打印电脑配置
void print_computer(Computer* pc) {printf("电脑配置：\n");printf("CPU: %s\n", pc->cpu);printf("内存: %s\n", pc->memory);printf("硬盘: %s\n", pc->disk);printf("显卡: %s\n", pc->gpu);printf("系统: %s\n", pc->os);
}int main() {// 1. 创建并初始化建造者ComputerBuilder builder;game_builder_init(&builder);// 2. 创建指挥者，绑定建造者Director director;director_init(&director, &builder);// 3. 指挥者按流程构建产品Computer* game_pc = director_build_game_pc(&director);// 4. 使用产品if (game_pc) {print_computer(game_pc);free(game_pc); // 释放产品内存}return 0;
}

输出结果

电脑配置：
CPU: Intel i9-13900K
内存: 32GB DDR5
硬盘: 1TB SSD
显卡: NVIDIA RTX 4090
系统: Windows 11

扩展：支持多种建造者

如果需要构建“办公电脑”，只需新增一个具体建造者（如office_builder），实现自己的set_*方法，指挥者可以复用或新增流程：

// 示例：办公电脑建造者的初始化（简化）
void office_builder_init(ComputerBuilder* builder) {// 绑定与游戏电脑不同的实现（如低配CPU、集成显卡）builder->set_cpu = office_builder_set_cpu;// ... 其他方法类似 ...
}// 指挥者新增办公电脑构建流程
Computer* director_build_office_pc(Director* director) {director->builder->set_cpu(director->builder, "Intel i5-13400");director->builder->set_memory(director->builder, "16GB DDR4");// ... 其他步骤 ...return director->builder->get_result(director->builder);
}

核心思想总结

1. 分离构建与表示：产品的构建步骤（建造者）与最终形态（产品）分离，同一构建过程可生成不同产品。
2. 分步构建：通过多个set_*方法逐步设置属性，避免多参数构造函数的混乱（如Computer* create(int cpu, int mem, ...)）。
3. 灵活性：新增产品类型时，只需新增具体建造者，指挥者和客户端代码无需修改（符合开放-封闭原则）。

C语言通过结构体和函数指针模拟了建造者模式的核心逻辑，适合构建参数复杂、配置多样的对象（如配置文件、网络请求、复杂数据结构等）。