複雜物件的組裝與建立——建造者模式（一）

      沒有人買車會只買一個輪胎或者方向盤，大家買的都是一輛包含輪胎、方向盤和發動機等多個部件的完整汽車。如何將這些部件組裝成一輛完整的汽車並返回給使用者，這是建造者模式需要解決的問題。建造者模式又稱為生成器模式，它是一種較為複雜、使用頻率也相對較低的建立型模式。建造者模式為客戶端返回的不是一個簡單的產品，而是一個由多個部件組成的複雜產品。

8.1 遊戲角色設計

Sunny軟體公司遊戲開發小組決定開發一款名為《Sunny群俠傳》的網路遊戲，該遊戲採用主流的RPG(Role Playing Game,角色扮演遊戲)模式，玩家可以在遊戲中扮演虛擬世界中的一個特定角色，角色根據不同的遊戲情節和統計資料（如力量、魔法、技能等）具有不同的能力，角色也會隨著不斷升級而擁有更加強大的能力。 作為RPG遊戲的一個重要組成部分，需要對遊戲角色進行設計，而且隨著該遊戲的升級將不斷增加新的角色。不同型別的遊戲角色，其性別、臉型、服裝、髮型等外部特性都有所差異，例如“天使”擁有美麗的面容和披肩的長髮，並身穿一襲白裙；而“惡魔”極其醜陋，留著光頭並穿一件刺眼的黑衣。 Sunny公司決定開發一個小工具來建立遊戲角色，可以建立不同型別的角色並可以靈活增加新的角色。

       Sunny公司的開發人員通過分析發現，遊戲角色是一個複雜物件，它包含性別、臉型等多個組成部分，不同的遊戲角色其組成部分有所差異，如圖8-1所示：

圖8-1 幾種不同的遊戲角色造型

（注：本圖中的遊戲角色造型來源於網路，特此說明）

       無論是何種造型的遊戲角色，它的建立步驟都大同小異，都需要逐步建立其組成部分，再將各組成部分裝配成一個完整的遊戲角色。如何一步步建立一個包含多個組成部分的複雜物件，建造者模式為解決此類問題而誕生。

8.2 建造者模式概述

      建造者模式是較為複雜的建立型模式，它將客戶端與包含多個組成部分（或部件）的複雜物件的建立過程分離，客戶端無須知道複雜物件的內部組成部分與裝配方式，只需要知道所需建造者的型別即可。它關注如何一步一步建立一個的複雜物件，不同的具體建造者定義了不同的建立過程，且具體建造者相互獨立，增加新的建造者非常方便，無須修改已有程式碼，系統具有較好的擴充套件性。

      建造者模式定義如下：

建造者模式(Builder Pattern)：將一個複雜物件的構建與它的表示分離，使得同樣的構建過程可以建立不同的表示。建造者模式是一種物件建立型模式。

      建造者模式一步一步建立一個複雜的物件，它允許使用者只通過指定複雜物件的型別和內容就可以構建它們，使用者不需要知道內部的具體構建細節。建造者模式結構如圖8-2所示：

圖8-2 建造者模式結構圖

      在建造者模式結構圖中包含如下幾個角色：

● Builder（抽象建造者）：它為建立一個產品Product物件的各個部件指定抽象介面，在該介面中一般宣告兩類方法，一類方法是buildPartX()，它們用於建立複雜物件的各個部件；另一類方法是getResult()，它們用於返回複雜物件。Builder既可以是抽象類，也可以是介面。

●ConcreteBuilder（具體建造者）：它實現了Builder介面，實現各個部件的具體構造和裝配方法，定義並明確它所建立的複雜物件，也可以提供一個方法返回建立好的複雜產品物件。

●Product（產品角色）：它是被構建的複雜物件，包含多個組成部件，具體建造者建立該產品的內部表示並定義它的裝配過程。

● Director（指揮者）：指揮者又稱為導演類，它負責安排複雜物件的建造次序，指揮者與抽象建造者之間存在關聯關係，可以在其construct()建造方法中呼叫建造者物件的部件構造與裝配方法，完成複雜物件的建造。客戶端一般只需要與指揮者進行互動，在客戶端確定具體建造者的型別，並例項化具體建造者物件（也可以通過配置檔案和反射機制），然後通過指揮者類的建構函式或者Setter方法將該物件傳入指揮者類中。

      在建造者模式的定義中提到了複雜物件，那麼什麼是複雜物件？簡單來說，複雜物件是指那些包含多個成員屬性的物件，這些成員屬性也稱為部件或零件，如汽車包括方向盤、發動機、輪胎等部件，電子郵件包括髮件人、收件人、主題、內容、附件等部件，一個典型的複雜物件類程式碼示例如下：

class Product  {        private  String partA; //定義部件，部件可以是任意型別，包括值型別和引用型別        private  String partB;        private  String partC;        //partA的Getter方法和Setter方法省略        //partB的Getter方法和Setter方法省略        //partC的Getter方法和Setter方法省略 }

      在抽象建造者類中定義了產品的建立方法和返回方法，其典型程式碼如下：

abstract class Builder {      //建立產品物件        protected  Product product=new Product();               public  abstract void buildPartA();        public  abstract void buildPartB();        public  abstract void buildPartC();             //返回產品物件        public  Product getResult() {               return  product;        } }

      在抽象類Builder中宣告瞭一系列抽象的buildPartX()方法用於建立複雜產品的各個部件，具體建造過程在ConcreteBuilder中實現，此外還提供了工廠方法getResult()，用於返回一個建造好的完整產品。

      在ConcreteBuilder中實現了buildPartX()方法，通過呼叫Product的setPartX()方法可以給產品物件的成員屬性設值。不同的具體建造者在實現buildPartX()方法時將有所區別，如setPartX()方法的引數可能不一樣，在有些具體建造者類中某些setPartX()方法無須實現（提供一個空實現）。而這些對於客戶端來說都無須關心，客戶端只需知道具體建造者型別即可。

      在建造者模式的結構中還引入了一個指揮者類Director，該類主要有兩個作用：一方面它隔離了客戶與建立過程；另一方面它控制產品的建立過程，包括某個buildPartX()方法是否被呼叫以及多個buildPartX()方法呼叫的先後次序等。指揮者針對抽象建造者程式設計，客戶端只需要知道具體建造者的型別，即可通過指揮者類呼叫建造者的相關方法，返回一個完整的產品物件。在實際生活中也存在類似指揮者一樣的角色，如一個客戶去購買電腦，電腦銷售人員相當於指揮者，只要客戶確定電腦的型別，電腦銷售人員可以通知電腦組裝人員給客戶組裝一臺電腦。指揮者類的程式碼示例如下：

class Director {        private  Builder builder;               public  Director(Builder builder) {               this.builder=builder;        }               public  void setBuilder(Builder builder) {               this.builder=builer;        }             //產品構建與組裝方法        public Product construct() {               builder.buildPartA();               builder.buildPartB();               builder.buildPartC();               return builder.getResult();        } }

      在指揮者類中可以注入一個抽象建造者型別的物件，其核心在於提供了一個建造方法construct()，在該方法中呼叫了builder物件的構造部件的方法，最後返回一個產品物件。

      對於客戶端而言，只需關心具體的建造者即可，一般情況下，客戶端類程式碼片段如下所示：

…… Builder  builder = new ConcreteBuilder(); //可通過配置檔案實現 Director director = new  Director(builder); Product product = director.construct(); ……

      可以通過配置檔案來儲存具體建造者類ConcreteBuilder的類名，使得更換新的建造者時無須修改原始碼，系統擴充套件更為方便。在客戶端程式碼中，無須關心產品物件的具體組裝過程，只需指定具體建造者的型別即可。

      建造者模式與抽象工廠模式有點相似，但是建造者模式返回一個完整的複雜產品，而抽象工廠模式返回一系列相關的產品；在抽象工廠模式中，客戶端通過選擇具體工廠來生成所需物件，而在建造者模式中，客戶端通過指定具體建造者型別並指導Director類如何去生成物件，側重於一步步構造一個複雜物件，然後將結果返回。如果將抽象工廠模式看成一個汽車配件生產廠，生成不同型別的汽車配件，那麼建造者模式就是一個汽車組裝廠，通過對配件進行組裝返回一輛完整的汽車。

思考 如果沒有指揮者類Director，客戶端將如何構建複雜產品？ 【作者：劉偉 http://blog.csdn.net/lovelion】