設計模式的征途—6.建造者（Builder）模式

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。建造者模式為用戶端傳回的不是一個簡單的産品，而是一個由多個部件組成的複雜産品。因為，沒有人買車會隻買一個方向盤或者輪胎，大家買的都是一輛包含輪胎、方向盤和發動機等多個部件組成的完整汽車。如何将這些部件組裝成一輛完整的汽車并傳回給使用者，這是建造者模式需要解決的問題。

建造者模式（Builder）

學習難度：★★★★☆

使用頻率：★★☆☆☆

一、從遊戲角色設計談起

M公司遊戲開發部想要開發一款名為Manulife群俠傳的網絡遊戲，該遊戲采用主流的RPG（角色扮演遊戲）模式，玩家可以在遊戲中扮演各種特定的角色，而各個角色又可以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，角色也會随着不斷更新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，而且随着該遊戲的更新将不斷增加新的角色。不同類型的遊戲角色，其性别、臉型、服裝、發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發，并身穿一襲白裙；而“惡魔”則極其醜陋，留着光頭并穿着一件刺眼的黑衣。

M公司決定開發一個小工具來建立遊戲角色，可以建立不同類型的角色并可以靈活地增加新角色。

　　　　　　　

　　

　　【幾種不同的角色：惡魔，天使和英雄】

　　M公司的開發人員分析發現，遊戲角色是一個複雜對象，它包含性别、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，如上圖所示。無論是何種造型的遊戲角色，其建立步驟都大同小異，都需要逐漸建立其組成部分，再将各組成部分裝配成個一個完整的遊戲角色。如何一步一步地建立一個包含多個組成部分的複雜對象，建造者模式為解決此類問題而誕生。

二、建造者模式概述

2.1 建造者模式關鍵定義

建造者模式（Builder）：将一個複雜對象的建構與它的表示相分離，使得同樣的建構過程可以建立不同的表示。建造者模式是一種對象建立型模式。　　

　　建造者模式是一種較為複雜的建立型模式，他将用戶端與包含多個組成部分的複雜對象的建立過程分離，用戶端無需知道複雜對象的内部組成與裝配方式，主需要知道所需的建造者即可。其關注點在于如何一步一步地建立一個複雜對象，不同的具體建造者定義了不同的建立過程，且具體建造者互相獨立，增加新的建造者非常友善，無需修改已有代碼，系統具有較好的可擴充性。

　　從上圖可以看出，建造者模式包含以下三類重要角色；

　　（1）Builder（抽象建造者）：為建立一個産品對象的各個部件指定抽象接口，在其接口中一般包含兩類方法：一類是BuildPartX()，用于建立複雜對象的各個部件；另一類是GetResult()，用于傳回生成好的複雜對象。它就可以是抽象類，也可以是接口。

　　（2）ConcreteBuilder（具體建造者）：實作了Builder接口，即實作了各個部件的具體構造和裝配方法，定義并明确其所建立的複雜對象。

　　（3）Product（産品角色）：被建構的複雜對象，包含多個組成部件。

　　（3）Director（指揮者）：負責安排複雜對象的建造次序，指揮者與抽象建造者之間存在關聯關系，可以在其Construct()方法中調用建造者對象的部件構造和裝配方法，完成複雜對象的建造。是以，用戶端隻需要和指揮者進行互動，這也確定了單一職責。

2.2 建造者模式典型實作

　　（1）複雜對象：包含多個成員變量的對象，這些成員也稱為部件或零件。一個典型的複雜對象類如下：

public class Product
    {
        public string PartA { get; set; }
        public string PartB { get; set; }
        public string PartC { get; set; }
    }      

　　（2）抽象建造者：定義了産品的建立和傳回方法。

public abstract class Builder
    {
        // 建立産品對象
        protected Product product = new Product();

        public abstract void BuildPartA();
        public abstract void BuildPartB();
        public abstract void BuildPartC();

        // 傳回産品對象
        public Product GetResult()
        {
            return product;
        }
    }      

　　（3）指揮者對象：控制整個産品的建立過程。

public class Director
    {
        private Builder builder;

        public Director(Builder builder)
        {
            this.builder = builder;
        }

        public void SetBuilder(Builder builder)
        {
            this.builder = builder;
        }

        // 産品建構與組裝方法
        public Product Construct()
        {
            builder.BuildPartA();
            builder.BuildPartB();
            builder.BuildPartC();

            return builder.GetResult();
        }
    }      

2.3 建造者模式與抽象工廠模式的對比

　　建造者模式與抽象工廠模式有點相似，但是建造者模式傳回一個完整的複雜産品，而抽象工廠模式則傳回一系列相關的産品。如果将抽象工廠模式看成一個汽車配件生産廠，生成不同類型的汽車配件，那麼建造者模式則是一個汽車組裝廠，通過對配件進行組成傳回一輛完整的汽車。

三、遊戲角色設計實作方案

3.1 方案結構圖

　　以建造者模式為基礎來實作遊戲角色的設計，其中ActorController充當指揮者（Director），ActorBuilder充當抽象建造者，HeroBuilder、AngelBuilder和DevilBuilder充當具體建造者，Actor充當複雜産品。

3.2 具體實作

　　（1）Actor：複雜産品

/// <summary>
    /// Actor 角色類 ： 複雜産品，這裡隻列出部分成員變量
    /// </summary>
    public class Actor
    {
        // 角色類型
        public string Type { get; set; }
        // 性别
        public string Sex { get; set; }
        // 臉型
        public string Face { get; set; }
        // 服裝
        public string Costume { get; set; }
        // 發型
        public string HairStyle { get; set; }
    }      

　　（2）ActorBuilder：抽象建造者

/// <summary>
    /// 角色建造器 ： 抽象建造者
    /// </summary>
    public abstract class ActorBuilder
    {
        protected Actor actor = new Actor();

        public abstract void BuildType();
        public abstract void BuildSex();
        public abstract void BuildFace();
        public abstract void BuildCostume();
        public abstract void BuildHairStyle();

        // 工廠方法 ： 傳回一個完整的遊戲角色對象
        public Actor CreateActor()
        {
            return actor;
        }
    }      

　　（3）HeroBuilder、AngelBuilder和DevilBuilder：具體建造者

/// <summary>
    /// 天使角色建造器 ：具體建造者
    /// </summary>
    public class AngelBuilder : ActorBuilder
    {
        public override void BuildCostume()
        {
            actor.Costume = "白裙";
        }

        public override void BuildFace()
        {
            actor.Face = "漂亮";
        }

        public override void BuildHairStyle()
        {
            actor.HairStyle = "披肩長發";
        }

        public override void BuildSex()
        {
            actor.Sex = "女";
        }

        public override void BuildType()
        {
            actor.Type = "天使";
        }
    }

    /// <summary>
    /// 惡魔角色建造器 ：具體建造者
    /// </summary>
    public class DevilBuilder : ActorBuilder
    {
        public override void BuildCostume()
        {
            actor.Costume = "黑衣";
        }

        public override void BuildFace()
        {
            actor.Face = "醜陋";
        }

        public override void BuildHairStyle()
        {
            actor.HairStyle = "光頭";
        }

        public override void BuildSex()
        {
            actor.Sex = "妖";
        }

        public override void BuildType()
        {
            actor.Type = "惡魔";
        }
    }

    /// <summary>
    /// 英雄建造器 ： 具體建造者
    /// </summary>
    public class HeroBuilder : ActorBuilder
    {
        public override void BuildCostume()
        {
            actor.Costume = "盔甲";
        }

        public override void BuildFace()
        {
            actor.Face = "英俊";
        }

        public override void BuildHairStyle()
        {
            actor.HairStyle = "飄逸";
        }

        public override void BuildSex()
        {
            actor.Sex = "男";
        }

        public override void BuildType()
        {
            actor.Type = "英雄";
        }
    }      

　　（4）ActorController：指揮者

/// <summary>
    /// 遊戲角色建立控制器：指揮者(Director)
    /// </summary>
    public class ActorController
    {
        /// <summary>
        /// 逐漸建構複雜産品對象
        /// </summary>
        public Actor Construct(ActorBuilder builder)
        {
            builder.BuildType();
            builder.BuildSex();
            builder.BuildFace();
            builder.BuildCostume();
            builder.BuildHairStyle();

            return builder.CreateActor(); ;
        }
    }      

　　（5）用戶端測試

public class Client
    {
        public static void Main(string[] args)
        {
            ActorBuilder builder = (ActorBuilder)AppConfigHelper.GetConcreteBuilderInstance();
            ActorController director = new ActorController();
            Actor actor = director.Construct(builder);

            Console.WriteLine("角色類型：{0}", actor.Type);
            Console.WriteLine("角色性别：{0}", actor.Sex);
            Console.WriteLine("角色面容：{0}", actor.Face);
            Console.WriteLine("角色服裝：{0}", actor.Costume);
            Console.WriteLine("角色發型：{0}", actor.HairStyle);

            Console.ReadKey();
        }
    }      

　　這裡仍然采用了基于配置檔案的方式：将具體的建構者配置在XML檔案中，如需要更改隻需要更改一下配置檔案即可。

<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
<configuration>
  <appSettings>
    <add key="ConcreteBuilder" value="Manulife.ChengDu.DesignPattern.Builder.HeroBuilder, Manulife.ChengDu.DesignPattern.Builder" />
  </appSettings>
</configuration>      

　　其中AppConfigHelper類的代碼如下：

public class AppConfigHelper
    {
        public static string GetConcreteBuilderName()
        {
            string factoryName = null;
            try
            {
                factoryName = System.Configuration.ConfigurationManager.AppSettings["ConcreteBuilder"];
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Console.WriteLine(ex.Message);
            }
            return factoryName;
        }

        public static object GetConcreteBuilderInstance()
        {
            string assemblyName = AppConfigHelper.GetConcreteBuilderName();
            Type type = Type.GetType(assemblyName);

            var instance = Activator.CreateInstance(type);
            return instance;
        }
    }      

View Code

　　調試運作結果如下：

　　此時如果我們需要建構一個惡魔角色，那麼修改一下配置檔案：

<add key="ConcreteBuilder" value="Manulife.ChengDu.DesignPattern.Builder.DevilBuilder, Manulife.ChengDu.DesignPattern.Builder" />      

　　再次運作結果如下：

四、建造者模式小結

4.1 主要優點

　　（1）用戶端不需要知道産品内部的組成細節，将産品本身與産品的建立過程解耦，使得相同的建立過程可以建立不同的産品對象。

　　（2）具體建造者相對獨立，增加新的具體建造者無需修改原有類庫的代碼，系統擴充比較友善，符合開閉原則。

　　（3）可以更加精細地控制産品的建立過程 -> 将複雜産品的建立步驟分解在不同的方法中，使得建立過程更加清晰，也更友善使用程式來控制建立過程。

4.2 主要缺點

　　（1）對于所建立的産品有一定限制：一般這些産品都具有一些較多的共同點，其組成部分相似。如果差異性很大，那麼則不适合使用建造者模式。

　　（2）如果産品的内部結構複雜多變，可能會需要定義很多具體建構者來實作這些變化，會導緻系統變得龐大，增加系統的了解難度和運作成本。

4.3 應用場景

　　（1）需要生成的産品對象由複雜的内部結構，這些産品對象通常包含多個成員變量。

　　（2）需要生成的産品對象的屬性互相依賴，需要指定其生成順序。

　　（3）隔離複雜對象的建立和使用，并使得相同的建立過程可以建立不同的産品。

參考資料

　　劉偉，《設計模式的藝術—軟體開發人員内功修煉之道》

作者：周旭龍

出處：http://edisonchou.cnblogs.com

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