设计模式的征途—6.建造者（Builder）模式
建造者模式又称为生成器模式，它是一种较为复杂、使用频率也相对较低的创建型模式。建造者模式为客户端返回的不是一个简单的产品，而是一个由多个部件组成的复杂产品。因为，没有人买车会只买一个方向盘或者轮胎，大家买的都是一辆包含轮胎、方向盘和发动机等多个部件组成的完整汽车。如何将这些部件组装成一辆完整的汽车并返回给用户，这是建造者模式需要解决的问题。
| 建造者模式（Builder） | 学习难度：★★★★☆ | 使用频率：★★☆☆☆ |
一、从游戏角色设计谈起
M公司游戏开发部想要开发一款名为Manulife群侠传的网络游戏，该游戏采用主流的RPG（角色扮演游戏）模式，玩家可以在游戏中扮演各种特定的角色，而各个角色又可以根据不同的游戏情节和统计数据（如力量、魔法、技能等）具有不同的能力，角色也会随着不断升级而拥有更加强大的能力。
作为RPG游戏的一个重要组成部分，需要对游戏角色进行设计，而且随着该游戏的升级将不断增加新的角色。不同类型的游戏角色，其性别、脸型、服装、发型等外部特性都有所差异，例如“天使”拥有美丽的面容和披肩的长发，并身穿一袭白裙；而“恶魔”则极其丑陋，留着光头并穿着一件刺眼的黑衣。
M公司决定开发一个小工具来创建游戏角色，可以创建不同类型的角色并可以灵活地增加新角色。
【几种不同的角色：恶魔，天使和英雄】
M公司的开发人员分析发现，游戏角色是一个复杂对象，它包含性别、脸型等多个组成部分，不同的游戏角色其组成部分有所差异，如上图所示。无论是何种造型的游戏角色，其创建步骤都大同小异，都需要逐步创建其组成部分，再将各组成部分装配成个一个完整的游戏角色。如何一步一步地创建一个包含多个组成部分的复杂对象，建造者模式为解决此类问题而诞生。
二、建造者模式概述
2.1 建造者模式关键定义
建造者模式（Builder）：将一个复杂对象的构建与它的表示相分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。建造者模式是一种对象创建型模式。
建造者模式是一种较为复杂的创建型模式，他将客户端与包含多个组成部分的复杂对象的创建过程分离，客户端无需知道复杂对象的内部组成与装配方式，主需要知道所需的建造者即可。其关注点在于如何一步一步地创建一个复杂对象，不同的具体建造者定义了不同的创建过程，且具体建造者相互独立，增加新的建造者非常方便，无需修改已有代码，系统具有较好的可扩展性。
从上图可以看出，建造者模式包含以下三类重要角色；
（1）Builder（抽象建造者）：为创建一个产品对象的各个部件指定抽象接口，在其接口中一般包含两类方法：一类是BuildPartX()，用于创建复杂对象的各个部件；另一类是GetResult()，用于返回生成好的复杂对象。它就可以是抽象类，也可以是接口。
（2）ConcreteBuilder（具体建造者）：实现了Builder接口，即实现了各个部件的具体构造和装配方法，定义并明确其所创建的复杂对象。
（3）Product（产品角色）：被构建的复杂对象，包含多个组成部件。
（3）Director（指挥者）：负责安排复杂对象的建造次序，指挥者与抽象建造者之间存在关联关系，可以在其Construct()方法中调用建造者对象的部件构造和装配方法，完成复杂对象的建造。因此，客户端只需要和指挥者进行交互，这也确保了单一职责。
2.2 建造者模式典型实现
（1）复杂对象：包含多个成员变量的对象，这些成员也称为部件或零件。一个典型的复杂对象类如下：
public class Product { public string PartA { get; set; } public string PartB { get; set; } public string PartC { get; set; } }
（2）抽象建造者：定义了产品的创建和返回方法。
public abstract class Builder { // 创建产品对象 protected Product product = new Product(); public abstract void BuildPartA(); public abstract void BuildPartB(); public abstract void BuildPartC(); // 返回产品对象 public Product GetResult() { return product; } }
（3）指挥者对象：控制整个产品的创建过程。
public class Director { private Builder builder; public Director(Builder builder) { this.builder = builder; } public void SetBuilder(Builder builder) { this.builder = builder; } // 产品构建与组装方法 public Product Construct() { builder.BuildPartA(); builder.BuildPartB(); builder.BuildPartC(); return builder.GetResult(); } }
2.3 建造者模式与抽象工厂模式的对比
建造者模式与抽象工厂模式有点相似，但是建造者模式返回一个完整的复杂产品，而抽象工厂模式则返回一系列相关的产品。如果将抽象工厂模式看成一个汽车配件生产厂，生成不同类型的汽车配件，那么建造者模式则是一个汽车组装厂，通过对配件进行组成返回一辆完整的汽车。
三、游戏角色设计实现方案
3.1 方案结构图
以建造者模式为基础来实现游戏角色的设计，其中ActorController充当指挥者（Director），ActorBuilder充当抽象建造者，HeroBuilder、AngelBuilder和DevilBuilder充当具体建造者，Actor充当复杂产品。
3.2 具体实现
（1）Actor：复杂产品
/// <summary> /// Actor 角色类 ： 复杂产品，这里只列出部分成员变量 /// </summary> public class Actor { // 角色类型 public string Type { get; set; } // 性别 public string Sex { get; set; } // 脸型 public string Face { get; set; } // 服装 public string Costume { get; set; } // 发型 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(); // 工厂方法 ： 返回一个完整的游戏角色对象 public Actor CreateActor() { return actor; } }
（3）HeroBuilder、AngelBuilder和DevilBuilder：具体建造者
/// <summary> /// 天使角色建造器 ：具体建造者 /// </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 = "披肩长发"; } public override void BuildSex() { actor.Sex = "女"; } public override void BuildType() { actor.Type = "天使"; } } /// <summary> /// 恶魔角色建造器 ：具体建造者 /// </summary> public class DevilBuilder : ActorBuilder { public override void BuildCostume() { actor.Costume = "黑衣"; } public override void BuildFace() { actor.Face = "丑陋"; } public override void BuildHairStyle() { actor.HairStyle = "光头"; } public override void BuildSex() { actor.Sex = "妖"; } public override void BuildType() { actor.Type = "恶魔"; } } /// <summary> /// 英雄建造器 ： 具体建造者 /// </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 = "飘逸"; } public override void BuildSex() { actor.Sex = "男"; } public override void BuildType() { actor.Type = "英雄"; } }
（4）ActorController：指挥者
/// <summary> /// 游戏角色创建控制器：指挥者(Director) /// </summary> public class ActorController { /// <summary> /// 逐步构建复杂产品对象 /// </summary> public Actor Construct(ActorBuilder builder) { builder.BuildType(); builder.BuildSex(); builder.BuildFace(); builder.BuildCostume(); builder.BuildHairStyle(); return builder.CreateActor(); ; } }
（5）客户端测试
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("角色类型：{0}", actor.Type); Console.WriteLine("角色性别：{0}", actor.Sex); Console.WriteLine("角色面容：{0}", actor.Face); Console.WriteLine("角色服装：{0}", actor.Costume); Console.WriteLine("角色发型：{0}", actor.HairStyle); Console.ReadKey(); } }
这里仍然采用了基于配置文件的方式：将具体的构建者配置在XML文件中，如需要更改只需要更改一下配置文件即可。
<?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类的代码如下：
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; } }
调试运行结果如下：
此时如果我们需要构建一个恶魔角色，那么修改一下配置文件：
<add key="ConcreteBuilder" value="Manulife.ChengDu.DesignPattern.Builder.DevilBuilder, Manulife.ChengDu.DesignPattern.Builder" />
再次运行结果如下：
四、建造者模式小结
4.1 主要优点
（1）客户端不需要知道产品内部的组成细节，将产品本身与产品的创建过程解耦，使得相同的创建过程可以创建不同的产品对象。
（2）具体建造者相对独立，增加新的具体建造者无需修改原有类库的代码，系统扩展比较方便，符合开闭原则。
（3）可以更加精细地控制产品的创建过程 -> 将复杂产品的创建步骤分解在不同的方法中，使得创建过程更加清晰，也更方便使用程序来控制创建过程。
4.2 主要缺点
（1）对于所创建的产品有一定限制：一般这些产品都具有一些较多的共同点，其组成部分相似。如果差异性很大，那么则不适合使用建造者模式。
（2）如果产品的内部结构复杂多变，可能会需要定义很多具体构建者来实现这些变化，会导致系统变得庞大，增加系统的理解难度和运行成本。
4.3 应用场景
（1）需要生成的产品对象由复杂的内部结构，这些产品对象通常包含多个成员变量。
（2）需要生成的产品对象的属性相互依赖，需要指定其生成顺序。
（3）隔离复杂对象的创建和使用，并使得相同的创建过程可以创建不同的产品。
参考资料
刘伟，《设计模式的艺术—软件开发人员内功修炼之道》
