设计模式-建造者模式

在面向对象的设计中，建造者模式（Builder Pattern） 是一种常用的设计模式，它属于创建型模式，旨在将复杂对象的创建与其表示分离。通过该模式，我们可以一步一步地构造一个复杂的对象，避免构造函数的复杂化，同时提高代码的可维护性和可扩展性。

在这篇文章中，我们将深入了解建造者模式的概念、结构、实现方式以及应用场景，帮助你更好地理解这一设计模式。

1. 什么是建造者模式？

建造者模式用于构建一个复杂的对象。它的主要思想是将对象的构建过程与其表示分离，允许通过相同的构建过程创建不同的表示。

适用场景：

当你需要创建的对象包含多个组成部分，而这些部分之间的组合顺序或者选项组合比较复杂时，可以考虑使用建造者模式。
当一个对象的创建过程中，可能有很多可选的参数或者配置选项时，也非常适合采用建造者模式。

2. 建造者模式的结构

建造者模式通常涉及以下几个角色：

1. 产品（Product）：

这是最终构建出来的复杂对象。在建造者模式中，产品通常由多个部件组成。

2. 建造者（Builder）：

负责定义创建产品的各个部分，且通过接口声明构建步骤。建造者通常是一个抽象类或接口，定义了创建各个部件的方法。

3. 具体建造者（ConcreteBuilder）：

实现建造者接口，负责实现具体的创建步骤，逐步构建复杂对象。每个具体建造者负责构建不同的产品或具有不同配置的产品。

4. 指挥者（Director）：

负责指导构建过程。它会调用建造者的各个方法，按照某种顺序来完成产品的创建。

5. 客户端（Client）：

调用指挥者来构建产品，最终得到一个构建好的复杂对象。

UML 类图：

图片来源

3. 建造者模式的实现

我们来看一个具体的例子，假设我们需要构建一个计算机对象，该计算机有多个部件，如：CPU、内存、硬盘等，并且每个部件有不同的配置。

3.1 定义产品（Product）

class Computer: def __init__(self, cpu, ram, hard_disk): self.cpu = cpu self.ram = ram self.hard_disk = hard_disk def __str__(self): return f"Computer [CPU={self.cpu}, RAM={self.ram}, Hard Disk={self.hard_disk}]"

3.2 定义建造者（Builder）

from abc import ABC, abstractmethodclass ComputerBuilder(ABC):@abstractmethoddef build_cpu(self):pass@abstractmethoddef build_ram(self):pass@abstractmethoddef build_hard_disk(self):pass@abstractmethoddef get_computer(self): # 获取建造结果pass

3.3 实现具体建造者（ConcreteBuilder）

"""
我们建造两种电脑机型，游戏机、办公机
这两种机型分别有不同的配置
"""class GamingComputerBuilder(ComputerBuilder):# 游戏机def __init__(self):self.computer = Computer("", "", "")def build_cpu(self):self.computer.cpu = "Intel Core i9"def build_ram(self):self.computer.ram = "32GB"def build_hard_disk(self):self.computer.hard_disk = "1TB SSD"def get_computer(self):return self.computerclass OfficeComputerBuilder(ComputerBuilder):# 办公机def __init__(self):self.computer = Computer("", "", "")def build_cpu(self):self.computer.cpu = "Intel Core i5"def build_ram(self):self.computer.ram = "8GB"def build_hard_disk(self):self.computer.hard_disk = "500GB HDD"def get_computer(self):return self.computer

3.4 定义指挥者（Director）

# 指挥者负责指挥具体建造者建造产品class Director:def __init__(self, builder):self.builder = builderdef construct(self):self.builder.build_cpu()self.builder.build_ram()self.builder.build_hard_disk()

3.5 使用建造者模式

# 创建一个 GamingComputer 的建造者
gaming_builder = GamingComputerBuilder()# 创建一个 Director 对象
director = Director(gaming_builder)# 指挥者构建 GamingComputer
director.construct()# 获取构建好的产品
gaming_computer = gaming_builder.get_computer()
print(gaming_computer)# 创建一个 OfficeComputer 的建造者
office_builder = OfficeComputerBuilder()# 指挥者构建 OfficeComputer
director.builder = office_builder
director.construct()# 获取构建好的产品
office_computer = office_builder.get_computer()
print(office_computer)