C#设计模式(8)-Builder Pattern

一、 建造者(Builder)模式
建造者模式可以将一个产品的内部表象与产品的生成过程分割开来,从而可以使一个建造过程生成具有不同的内部表象的产品对象。

对象性质的建造

有些情况下,一个对象会有一些重要的性质,在它们没有恰当的值之前,对象不能作为一个完整的产品使用。比如,一个电子邮件有发件人地址、收件人地址、主题、内容、附录等部分,而在最起码的收件人地址未被赋值之前,这个电子邮件不能发出。

有些情况下,一个对象的一些性质必须按照某个顺序赋值才有意义。在某个性质没有赋值之前,另一个性质则无法赋值。这些情况使得性质本身的建造涉及到复杂的商业逻辑。

这时候,此对象相当于一个有待建造的产品,而对象的这些性质相当于产品的零件,建造产品的过程就是组合零件的过程。由于组合零件的过程很复杂,因此,这些"零件"的组合过程往往被"外部化"到一个称作建造者的对象里,建造者返还给客户端的是一个全部零件都建造完毕的产品对象。

命名的考虑

之所以使用"建造者"而没有用"生成器"就是因为用零件生产产品,"建造"更为合适,"创建"或"生成"不太恰当。


二、 Builder模式的结构:


建造者(Builder)角色:给出一个抽象接口,以规范产品对象的各个组成成分的建造。一般而言,此接口独立于应用程序的商业逻辑。模式中直接创建产品对象的是具体建造者(ConcreteBuilder)角色。具体建造者类必须实现这个接口所要求的方法:一个是建造方法,另一个是结果返还方法。

具体建造者(Concrete Builder)角色:担任这个角色的是于应用程序紧密相关的类,它们在应用程序调用下创建产品实例。这个角色主要完成的任务包括:

实现Builder角色提供的接口,一步一步完成创建产品实例的过程。
在建造过程完成后,提供产品的实例。
指导者(Director)角色:担任这个角色的类调用具体建造者角色以创建产品对象。导演者并没有产品类的具体知识,真正拥有产品类的具体知识的是具体建造者对象。

产品(Product)角色:产品便是建造中的复杂对象。

指导者角色是于客户端打交道的角色。导演者角色将客户端创建产品的请求划分为对各个零件的建造请求,再将这些请求委派给具体建造者角色。具体建造者角色是做具体建造工作的,但却不为客户端所知。


三、 程序举例:
该程序演示了Builder模式一步一步完成构件复杂产品的过程。用户可以控制生成过程以及生成不同对象。
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-C#
// Builder pattern -- Structural example  

using System;
using System.Collections;

// "Director"
class Director
{
  // Methods
  public void Construct( Builder builder )
  {
    builder.BuildPartA();
    builder.BuildPartB();
  }
}

// "Builder"
abstract class Builder
{
  // Methods
  abstract public void BuildPartA();
  abstract public void BuildPartB();
  abstract public Product GetResult();
}

// "ConcreteBuilder1"
class ConcreteBuilder1 : Builder
{
  // Fields
  private Product product;

  // Methods
  override public void BuildPartA()
  {
    product = new Product();
    product.Add( "PartA" );
  }

  override public void BuildPartB()
  {
    product.Add( "PartB" );
  }

  override public Product GetResult()
  {
    return product;
  }
}

// "ConcreteBuilder2"
class ConcreteBuilder2 : Builder
{
  // Fields
  private Product product;

  // Methods
  override public void BuildPartA()
  {
    product = new Product();
    product.Add( "PartX" );
  }

  override public void BuildPartB()
  {
    product.Add( "PartY" );
  }

  override public Product GetResult()
  {
    return product;
  }
}

// "Product"
class Product
{
  // Fields
  ArrayList parts = new ArrayList();
 
  // Methods
  public void Add( string part )
  {
    parts.Add( part );
  }

  public void Show()
  {
    Console.WriteLine( " Product Parts -------" );
    foreachstring part in parts )
      Console.WriteLine( part );
  }
}

/// <summary>
/// Client test
/// </summary>
public class Client
{
  public static void Main( string[] args )
  {
    // Create director and builders
    Director director = new Director( );

    Builder b1 = new ConcreteBuilder1();
    Builder b2 = new ConcreteBuilder2();

    // Construct two products
    director.Construct( b1 );
    Product p1 = b1.GetResult();
    p1.Show();

    director.Construct( b2 );
    Product p2 = b2.GetResult();
    p2.Show();
  }
}



四、 建造者模式的活动序列


客户端负责创建指导者和具体建造者对象。然后,客户把具体建造者对象交给指导者。客户一声令下,指导者操纵建造者开始创建产品。当产品创建完成后,建造者把产品返还给客户端。


五、 建造者模式的实现
下面的程序代码演示了Shop对象使用VehicleBuilders来建造不同的交通工具。该例子使用了Builder模式顺序建造交通工具的不同部分。
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-C#
// Builder pattern -- Real World example  

using System;
using System.Collections;

// "Director"
class Shop
{
  // Methods
  public void Construct( VehicleBuilder vehicleBuilder )
  {
    vehicleBuilder.BuildFrame();
    vehicleBuilder.BuildEngine();
    vehicleBuilder.BuildWheels();
    vehicleBuilder.BuildDoors();
  }
}

// "Builder"
abstract class VehicleBuilder
{
  // Fields
  protected Vehicle vehicle;

  // Properties
  public Vehicle Vehicle
  {
    getreturn vehicle; }
  }

  // Methods
  abstract public void BuildFrame();
  abstract public void BuildEngine();
  abstract public void BuildWheels();
  abstract public void BuildDoors();
}

// "ConcreteBuilder1"
class MotorCycleBuilder : VehicleBuilder
{
  // Methods
  override public void BuildFrame()
  {
    vehicle = new Vehicle"MotorCycle" );
    vehicle[ "frame" ] = "MotorCycle Frame";
  }

  override public void BuildEngine()
  {
    vehicle[ "engine" ] = "500 cc";
  }

  override public void BuildWheels()
  {
    vehicle[ "wheels" ] = "2";
  }

  override public void BuildDoors()
  {
    vehicle[ "doors" ] = "0";
  }
}

// "ConcreteBuilder2"
class CarBuilder : VehicleBuilder
{
  // Methods
  override public void BuildFrame()
  {
    vehicle = new Vehicle"Car" );
    vehicle[ "frame" ] = "Car Frame";
  }

  override public void BuildEngine()
  {
    vehicle[ "engine" ] = "2500 cc";
  }

  override public void BuildWheels()
  {
    vehicle[ "wheels" ] = "4";
  }

  override public void BuildDoors()
  {
    vehicle[ "doors" ] = "4";
  }
}

// "ConcreteBuilder3"
class ScooterBuilder : VehicleBuilder
{
  // Methods
  override public void BuildFrame()
  {
    vehicle = new Vehicle"Scooter" );
    vehicle[ "frame" ] = "Scooter Frame";
  }

  override public void BuildEngine()
  {
    vehicle[ "engine" ] = "none";
  }

  override public void BuildWheels()
  {
    vehicle[ "wheels" ] = "2";
  }

  override public void BuildDoors()
  {
    vehicle[ "doors" ] = "0";
  }
}

// "Product"
class Vehicle
{
  // Fields
  private string type;
  private Hashtable parts = new Hashtable();

  // Constructors
  public Vehicle( string type )
  {
    this.type = type;
  }

  // Indexers
  public object thisstring key ]
  {
    getreturn parts[ key ]; }
    set{ parts[ key ] = value; }
  }

  // Methods
  public void Show()
  {
    Console.WriteLine( " ---------------------------");
    Console.WriteLine( "Vehicle Type: "+ type );
    Console.WriteLine( " Frame : " + parts[ "frame" ] );
    Console.WriteLine( " Engine : "+ parts[ "engine"] );
    Console.WriteLine( " #Wheels: "+ parts[ "wheels"] );
    Console.WriteLine( " #Doors : "+ parts[ "doors" ] );
  }
}

/// <summary>
/// BuilderApp test
/// </summary>
public class BuilderApp
{
  public static void Main( string[] args )
  {
    // Create shop and vehicle builders
    Shop shop = new Shop();
    VehicleBuilder b1 = new ScooterBuilder();
    VehicleBuilder b2 = new CarBuilder();
    VehicleBuilder b3 = new MotorCycleBuilder();

    // Construct and display vehicles
    shop.Construct( b1 );
    b1.Vehicle.Show();

    shop.Construct( b2 );
    b2.Vehicle.Show();

    shop.Construct( b3 );
    b3.Vehicle.Show();
  }
}


六、 建造者模式的演化
建造者模式在使用的过程中可以演化出多种形式。

省略抽象建造者角色

如果系统中只需要一个具体建造者的话,可以省略掉抽象建造者。这时代码可能如下:
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-C#
// "Director"
class Director
{
  private ConcreteBuilder builder;

  // Methods
  public void Construct()
  {
    builder.BuildPartA();
    builder.BuildPartB();
  }
}


省略指导者角色

在具体建造者只有一个的情况下,如果抽象建造者角色已经被省略掉,那么还可以省略掉指导者角色。让Builder角色自己扮演指导者与建造者双重角色。这时代码可能如下:
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-C#
public class Builder
{
  private Product product = new Product();

  public void BuildPartA()
  { 
    //Some code here
  }

  public void BuildPartB()
  {
    //Some code here
  }

  public Product GetResult()
  {
    return product;
  }

  public void Construct()
  {
    BuildPartA();
    BuildPartB();
  }
}

同时,客户端也需要进行相应的调整,如下:
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-C#
public class Client
{
  private static Builder builder;

  public static void Main()
  {
    builder = new Builder();
    builder.Construct();
    Product product = builder.GetResult();
  }
}

C#中的StringBuilder就是这样一个例子。


七、 在什么情况下使用建造者模式
以下情况应当使用建造者模式:

1、 需要生成的产品对象有复杂的内部结构。
2、 需要生成的产品对象的属性相互依赖,建造者模式可以强迫生成顺序。
3、 在对象创建过程中会使用到系统中的一些其它对象,这些对象在产品对象的创建过程中不易得到。

使用建造者模式主要有以下效果:

1、 建造模式的使用使得产品的内部表象可以独立的变化。使用建造者模式可以使客户端不必知道产品内部组成的细节。
2、 每一个Builder都相对独立,而与其它的Builder无关。
3、 模式所建造的最终产品更易于控制。

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