7.设计模式之五：建造者模式【建立型模式】

在软件开发过程当中有时须要建立一个复杂的对象，这个复杂对象一般由多个子部件按必定的步骤组合而成。如游戏中的不一样角色，其性别、个性、能力、脸型、体型、服装、发型等特性都有所差别；还有汽车中的方向盘、发动机、车架、轮胎等部件也多种多样；每封电子邮件的发件人、收件人、主题、内容、附件等内容也各不相同。

以上全部这些产品都是由多个部件构成的，各个部件能够灵活选择，但其建立步骤都大同小异。这类产品的建立没法用前面介绍的工厂模式描述，只有建造者模式能够很好地描述该类产品的建立。

定义与特色

建造者（Builder）模式的定义：指将一个复杂对象的构造与它的表示分离，使一样的构建过程能够建立不一样的表示，这样的设计模式被称为建造者模式。

它是将一个复杂的对象分解为多个简单的对象，而后一步一步构建而成。它将变与不变相分离，即产品的组成部分是不变的，但每一部分是能够灵活选择的。

该模式的主要优势以下：

1. 各个具体的建造者相互独立，有利于系统的扩展。
2. 客户端没必要知道产品内部组成的细节，便于控制细节风险。

其缺点以下：

1. 产品的组成部分必须相同，这限制了其使用范围。
2. 若是产品的内部变化复杂，该模式会增长不少的建造者类。

建造者（Builder）模式和工厂模式的关注点不一样：建造者模式注重零部件的组装过程，而工厂方法模式更注重零部件的建立过程，但二者能够结合使用。

结构与实现

建造者（Builder）模式由产品、抽象建造者、具体建造者、指挥者等 4 个要素构成，如今咱们来分析其基本结构和实现方法。

1. 模式的结构

建造者（Builder）模式的主要角色以下。

1. 产品角色（Product）：它是包含多个组成部件的复杂对象，由具体建造者来建立其各个部件。
2. 抽象建造者（Builder）：它是一个包含建立产品各个子部件的抽象方法的接口，一般还包含一个返回复杂产品的方法 getResult()。
3. 具体建造者(Concrete Builder）：实现 Builder 接口，完成复杂产品的各个部件的具体建立方法。
4. 指挥者（Director）：它调用建造者对象中的部件构造与装配方法完成复杂对象的建立，在指挥者中不涉及具体产品的信息。

 

2. 模式的实现

上图给出了建造者（Builder）模式的主要结构，其相关类的代码以下。

(1) 产品角色：包含多个组成部件的复杂对象。

class Product(object):
    '''产品类'''
    __part_a = ""
    __part_b = ""
    __part_c = ""

    @property
    def part_a(self):
        return self.__part_a

    @part_a.setter
    def part_a(self, a):
        self.__part_a = a

    @property
    def part_b(self):
        return self.__part_b

    @part_b.setter
    def part_b(self, b):
        self.__part_b = b

    @property
    def part_c(self):
        return self.__part_c

    @part_c.setter
    def part_c(self, c):
        self.__part_c = c

    def show(self):
        '''显示产品特性'''
        print(self.__part_a)
        print(self.__part_b)
        print(self.__part_c)

 (2) 抽象建造者：包含建立产品各个子部件的抽象方法。

class AbstractBuilder(object):
    '''抽象建造者'''
    product = Product()

    def build_part_a(self):
        '''抽象方法'''
        pass

    def build_part_b(self):
        '''抽象方法'''
        pass

    def build_part_c(self):
        '''抽象方法'''
        pass

    def get_result(self):
        return self.product

 (3) 具体建造者：实现了抽象建造者接口。

class ConcreteBuilder1(AbstractBuilder):
    '''具体建造者'''
    def build_part_a(self):
        self.product.part_a = "Builder1 建造 PartA"

    def build_part_b(self):
        self.product.part_b = "Builder1 建造 PartB"

    def build_part_c(self):
        self.product.part_c = "Builder1 建造 PartC"


class ConcreteBuilder2(AbstractBuilder):
    def build_part_a(self):
        self.product.part_a = "Builder2 建造 PartA"

    def build_part_b(self):
        self.product.part_b = "Builder2 建造 PartB"

    def build_part_c(self):
        self.product.part_c = "Builder2 建造 PartC"

(4) 指挥者：调用建造者中的方法完成复杂对象的建立。

class Director(object):
    _builder = None  # Type -> Builder

    def __init__(self, builder):
        self._builder = builder

    def construct(self):
        '''产品的构建与组装'''
        self._builder.build_part_a()
        self._builder.build_part_b()
        self._builder.build_part_c()
        return self._builder.get_result()

(5) 客户类。

if __name__ == '__main__':
    builder = ConcreteBuilder1()
    director = Director(builder)
    product = director.construct()
    product.show()

 运行结果：

Builder1 建造 PartA
Builder1 建造 PartB
Builder1 建造 PartC

应用实例

【例1】用建造者（Builder）模式描述客厅装修。

分析：客厅装修是一个复杂的过程，它包含墙体的装修、电视机的选择、沙发的购买与布局等。客户把装修要求告诉项目经理，项目经理指挥装修工人一步步装修，最后完成整个客厅的装修与布局，因此本实例用建造者模式实现比较适合。

这里客厅是产品，包括墙、电视和沙发等组成部分。具体装修工人是具体建造者，他们负责装修与墙、电视和沙发的布局。项目经理是指挥者，他负责指挥装修工人进行装修。

class Parlour(object):
    '''客厅类'''
    __wall = ""
    __TV = ""
    __sofa = ""

    @property
    def wall(self):
        return self.__wall

    @wall.setter
    def wall(self, wall):
        self.__wall = wall

    @property
    def TV(self):
        return self.__TV

    @TV.setter
    def TV(self, TV):
        self.__TV = TV

    @property
    def sofa(self):
        return self.__sofa

    @sofa.setter
    def sofa(self, sofa):
        self.__sofa = sofa

    def show(self):
        print(self.__wall)
        print(self.__TV)
        print(self.__sofa)

class AbstractDecorator(object):
    '''抽象装修工人类'''
    parlour = Parlour()
    def build_wall(self):
        pass

    def build_TV(self):
        pass

    def build_sofa(self):
        pass

    def get_result(self):
        return self.parlour

class ConcreteDecorator1(AbstractDecorator):
    def build_wall(self):
        self.parlour.wall = "红色墙"

    def build_TV(self):
        self.parlour.TV = "红色电视"

    def build_sofa(self):
        self.parlour.sofa = "红色沙发"


class ConcreteDecorator2(AbstractDecorator):
    def build_wall(self):
        self.parlour.wall = "蓝色墙"

    def build_TV(self):
        self.parlour.TV = "蓝色电视"

    def build_sofa(self):
        self.parlour.sofa = "蓝色沙发"

class ProjrctManager(object):
    _decorator = None

    def __init__(self, decorator):
        self._decorator = decorator

    def construct(self):
        self._decorator.build_wall()
        self._decorator.build_TV()
        self._decorator.build_sofa()

        return self.__decorator.get_result()

if __name__ == '__main__':
    decorator = ConcreteDecorator1()
    manager = ProjrctManager(decorator)
    parlour = manager.construct()
    parlour.show()

红色墙
红色电视
红色沙发

应用场景

建造者（Builder）模式建立的是复杂对象，其产品的各个部分常常面临着剧烈的变化，但将它们组合在一块儿的算法却相对稳定，因此它一般在如下场合使用。

• 建立的对象较复杂，由多个部件构成，各部件面临着复杂的变化，但构件间的建造顺序是稳定的。
• 建立复杂对象的算法独立于该对象的组成部分以及它们的装配方式，即产品的构建过程和最终的表示是独立的。

扩展

建造者（Builder）模式在应用过程当中能够根据须要改变，若是建立的产品种类只有一种，只须要一个具体建造者，这时能够省略掉抽象建造者，甚至能够省略掉指挥者角色。