设计模式笔记 – 建造者模式

建造者模式(Builder Pattern)使用多个简单的对象一步一步构建成一个复杂的对象。这种类型的设计模式属于创建型模式,它提供了一种创建对象的最佳方式。一个Builder类会一步一步构造最终的对象。该Builder类是独立于其他对象的。

介绍

  • 意图: 将一个复杂的构建与其表示相分离,使得同样的构建过程可以创建不同的表示。
  • 主要解决: 主要解决在软件系统中,有时候面临着"一个复杂对象"的创建工作,其通常由各个部分的子对象用一定的算法构成;由于需求的变化,这个复杂对象的各个部分经常面临着剧烈的变化,但是将它们组合在一起的算法却相对稳定。
  • 何时使用: 一些基本部件不会变,而其组合经常变化的时候。
  • 如何解决: 将变与不变分离开。
  • 关键代码: 建造者:创建和提供实例,导演:管理建造出来的实例的依赖关系。
  • 优点: 1、建造者独立,易扩展。 2、便于控制细节风险。
  • 缺点: 1、产品必须有共同点,范围有限制。 2、如内部变化复杂,会有很多的建造类。
  • 应用实例: 1、去肯德基,汉堡、可乐、薯条、炸鸡翅等是不变的,而其组合是经常变化的,生成出所谓的"套餐"。 2、JAVA 中的 StringBuilder。
  • 使用场景: 1、需要生成的对象具有复杂的内部结构。 2、需要生成的对象内部属性本身相互依赖。
  • 注意事项: 与工厂模式的区别是:建造者模式更加关注与零件装配的顺序。

示例

我们假设一个快餐店的商业案例,其中,一个典型的套餐可以是一个汉堡(Burger)和一杯冷饮(Cold drink)。汉堡(Burger)可以是素食汉堡(Veg Burger)或鸡肉汉堡(Chicken Burger),它们是包在纸盒中。冷饮(Cold drink)可以是可口可乐(coke)或百事可乐(pepsi),它们是装在瓶子中。

我们将创建一个表示食物条目(比如汉堡和冷饮)的 Item 接口和实现 Item 接口的实体类,以及一个表示食物包装的 Packing 接口和实现 Packing 接口的实体类,汉堡是包在纸盒中,冷饮是装在瓶子中。

然后我们创建一个 Meal 类,带有 ItemArrayList 和一个通过结合 Item 来创建不同类型的 Meal 对象的 MealBuilderBuilderPatternDemo,我们的演示类使用 MealBuilder 来创建一个 Meal

Java 实现

创建一个表示食物条目和食物包装的接口

public interface Item {
    public String name();
    public Packing packing();
    public float price();
}
public interface Packing {
    public String pack();
}

创建实现Packing接口的实体类

public class Wrapper implements Packing {
    @Override
    public String pack() {
        return "Wrapper";
    }
}
public class Bottle implements Packing {
    @Override
    public String pack() {
        return "Bottle";
    }
}

创建实现Item接口的抽象类,提供默认功能

public abstract class Burger implements Item {
    @Override
    public Packing packing(){
        return new Wrapper();
    }
    @Override
    public abstract float price();
}
public abstract class ColdDrink implements Item {
    @Override
    public Packing packing() {
        return new Bottle();
    }
    @Override
    public abstract float price();
}

创建拓展了Burger和ColdDrink的实体类

public class VegBurger extends Burger {
    @Override
    public float price() {
        return 25.0f;
    }
    @Override
    public String name() {
        return "Veg Burger";
    }
}
public class ChickenBurger extends Burger {
    @Override
    public float price() {
        return 50.5f;
    }
    @Override
    public String name() {
        return "Chicken Burger";
    }
}
public class Coke extends ColdDrink {
    @Override
    public float price() {
        return 30.0f;
    }
    @Override
    public String name() {
        return "Coke";
    }
}
public class Pepsi extends ColdDrink {
    @Override
    public float price() {
        return 35.0f;
    }
    @Override
    public String name() {
        return "Pepsi";
    }
}

创建一个Meal类,带有上面定义的Item对象

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Meal {
    private List<Item> items = new ArrayList<Item>();
    public void addItem(Item item) {
        items.add(item);
    }
    public float getCost() {
        float cost = 0.0f;
        for (Item item : items) {
            cost += item.price();
        }
        return cost;
    }
    public void showItems() {
        for (Item item : items) {
            System.out.print("Item: "+item.name());
            System.out.print(", Packing: "+item.packing().pack());
            System.out.println(", Price: "+item.price());
        }
    }
}

创建一个MealBuilder类,实际的builder负责创建Meal对象

public class MealBuilder {
    public Meal prepareVegMeal() {
        Meal meal = new Meal();
        meal.addItem(new VegBurger());
        meal.addItem(new Coke());
        return meal;
    }
    public Meal prepareNonVegMeal() {
        Meal meal = new Meal();
        meal.addItem(new ChickenBurger());
        meal.addItem(new Pepsi());
        return meal;
    }
}

演示建造者模式

public class BuilderPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MealBuilder mealBuilder = new MealBuilder();

        Meal vegMeal = mealBuilder.prepareVegMeal();
        System.out.println("Veg Meal");
        vegMeal.showItems();
        System.out.println("Total Cost: "+vegMeal.getCost());

        Meal nonVegMeal = mealBuilder.prepareNonVegMeal();
        System.out.println("\n\nNon-Veg Meal");
        nonVegMeal.showItems();
        System.out.println("Total Cost: "+nonVegMeal.getCost());
    }
}

Python 实现

import abc

class Packing(abc.ABC):
    @abc.abstractmethod
    def pack(self) -> str: ...

class Item(abc.ABC):
    @abc.abstractmethod
    def name(self) -> str: ...

    @abc.abstractmethod
    def packing(self) -> Packing: ...

    @abc.abstractmethod
    def price(self) -> float: ...

class Wrapper(Packing):
    def pack(self):
        return "Wrapper"

class Bottle(Packing):
    def pack(self):
        return "Bottle"

class Burger(Item, abc.ABC):
    def packing(self):
        return Wrapper()

class ColdDrink(Item, abc.ABC):
    def packing(self):
        return Bottle()

class VegBurger(Burger):
    def name(self):
        return "Veg Burger"

    def price(self):
        return 25.

class ChickenBurger(Burger):
    def name(self):
        return "Chicken Burger"

    def price(self):
        return 50.5

class Coke(ColdDrink):
    def name(self):
        return "Coke"

    def price(self):
        return 30.

class Pepsi(ColdDrink):
    def name(self):
        return "Pepsi"

    def price(self):
        return 35.

class Meal(object):
    def __init__(self):
        self.__items = []

    def add_item(self, item):
        self.__items.append(item)

    def get_cost(self) -> float:
        return sum([item.price() for item in self.__items])

    def show_items(self):
        for item in self.__items:
            print(f"Item: {item.name()}, "
                  f"Packing: {item.packing().pack()}, "
                  f"Price: {item.price()}")

class MealBuilder(object):
    def prepare_veg_meal(self) -> Meal:
        meal = Meal()
        meal.add_item(VegBurger())
        meal.add_item(Coke())
        return meal

    def prepare_non_veg_meal(self) -> Meal:
        meal = Meal()
        meal.add_item(ChickenBurger())
        meal.add_item(Pepsi())
        return meal

if __name__ == "__main__":
    meal_builder = MealBuilder()

    veg_meal = meal_builder.prepare_veg_meal()
    print("Veg Meal")
    veg_meal.show_items()
    print(f"Total Cost: {veg_meal.get_cost()}")

    non_veg_meal = meal_builder.prepare_non_veg_meal()
    print("\n\nNon-Veg Meal")
    non_veg_meal.show_items()
    print(f"Total Cost: {non_veg_meal.get_cost()}")

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