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 Item 的 ArrayList 和一个通过结合 Item 来创建不同类型的 Meal 对象的 MealBuilder。BuilderPatternDemo，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()}")