全面解析设计模式中的建造者模式及相关C++实现

生活中有着很多的建造者的例子，个人觉得大学生活就是一个建造者模式的最好体验：
要完成大学教育，一般将大学教育过程分成 4 个学期进行，因此没有学习可以看作是构建完整大学教育的一个部分构建过程，每个人经过这 4 年的（4 个阶段）构建过程得到的最后的结果不一样，因为可能在四个阶段的构建中引入了很多的参数（每个人的机会和际遇不完全相同）。

建造者模式要解决的也正是这样的问题：当我们要创建的对象很复杂的时候（通常是由很多其他的对象组合而成），我们要要复杂对象的创建过程和这个对象的表示（展示）分离开来，这样做的好处就是通过一步步的进行复杂对象的构建，由于在每一步的构造过程中可以引入参数，使得经过相同的步骤创建最后得到的对象的展示不一样。

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。
建造者模式的典型结构图为：

建造者模式的关键是其中的 Director 对象并不直接返回对象，而是通过一步步（BuildPartA，BuildPartB，BuildPartC）来一步步进行对象的创建。当然这里 Director 可以提供一个默认的返回对象的接口（即返回通用的复杂对象的创建，即不指定或者特定唯一指定 BuildPart 中的参数）。
建造者模式的实现

完整代码示例（code）：建造者模式的实现很简单，这里为了方便初学者的学习和参考，将给出完整的实现代码（所有代码采用 C++实现，并在 VC 6.0 下测试运行）。

代码片断 1：Product.h

//Product.h
#ifndef _PRODUCT_H_
#define _PRODUCT_H_
class Product{
  public:
  Product();
  ~Product();
  void ProducePart();
  protected:
  private:
};
class ProductPart{
  public:
  ProductPart();
  ~ProductPart();
  ProductPart* BuildPart();
  protected:
  private:
};
#endif //~_PRODUCT_H_

代码片断 2：Product.cpp

//Product.cpp
#include "Product.h"
#include <iostream>
using namespace std;
Product::Product(){
  ProducePart();
  cout<<"return a product"<<endl;
}
Product::~Product(){
}
void Product::ProducePart(){
  cout<<"build part of product.."<<endl;
}
ProductPart::ProductPart(){
  //cout<<"build productpart.."<<endl;
}
ProductPart::~ProductPart(){
}
ProductPart* ProductPart::BuildPart(){
  return new ProductPart;
}

代码片断 3：Builder.h

//Builder.h
#ifndef _BUILDER_H_
#define _BUILDER_H_
#include <string>
using namespace std;
class Product;
class Builder{
  public:
  virtual ~Builder();
  virtual void BuildPartA(const string& buildPara) = 0;
  virtual void BuildPartB(const string& buildPara) = 0;
  virtual void BuildPartC(const string& buildPara) = 0;
  virtual Product* GetProduct() = 0;
  protected:
  Builder();
  private:
};

class ConcreteBuilder:public Builder{
  public:
  ConcreteBuilder();
  ~ConcreteBuilder();
  void BuildPartA(const string& buildPara);
  void BuildPartB(const string& buildPara);
  void BuildPartC(const string& buildPara);
  Product* GetProduct();
  protected:
  private:
};
#endif //~_BUILDER_H_

代码片断 4：Builder.cpp

//Builder.cpp
#include "Builder.h"
#include "Product.h"
#include <iostream>
using namespace std;
Builder::Builder(){
}
Builder::~Builder(){
}
ConcreteBuilder::ConcreteBuilder(){
}
ConcreteBuilder::~ConcreteBuilder(){
}
void ConcreteBuilder::BuildPartA(const string& buildPara){
  cout<<"Step1:Build PartA..."<<buildPara<<endl;
}
void ConcreteBuilder::BuildPartB(const string& buildPara){
  cout<<"Step1:Build PartB..."<<buildPara<<endl;
}
void ConcreteBuilder::BuildPartC(const string& buildPara){
  cout<<"Step1:Build PartC..."<<buildPara<<endl;
}
Product* ConcreteBuilder::GetProduct(){
  BuildPartA("pre-defined");
  BuildPartB("pre-defined");
  BuildPartC("pre-defined");
  return new Product();
}

代码片断 5：Director.h

//Director.h
#ifndef _DIRECTOR_H_
#define _DIRECTOR_H_
class Builder;
class Director{
  public:
  Director(Builder* bld);
  ~Director();
  void Construct();
  protected:
  private:
  Builder* _bld;
};

#endif //~_DIRECTOR_H_

代码片断 6：Director.cpp

//Director.cpp
#include "director.h"
#include "Builder.h"
Director::Director(Builder* bld){
  _bld = bld;
}
Director::~Director(){
}
void Director::Construct(){
  _bld->BuildPartA("user-defined");
  _bld->BuildPartB("user-defined");
  _bld->BuildPartC("user-defined");
}

代码片断 7：main.cpp

//main.cpp
#include "Builder.h"
#include "Product.h"
#include "Director.h"
#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc,char* argv[]){
  Director* d = new Director(new ConcreteBuilder());
  d->Construct();
  return 0;
}

代码说明：建造者模式的示例代码中，BuildPart 的参数是通过客户程序员传入的，这里为了简单说明问题，使用"user-defined"代替，实际的可能是在 Construct 方法中传入这 3 个参数，这样就可以得到不同的细微差别的复杂对象了。

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。