# 復雜對象的組裝與創建——建造者模式（一） 沒有人買車會只買一個輪胎或者方向盤，大家買的都是一輛包含輪胎、方向盤和發動機等多個部件的完整汽車。如何將這些部件組裝成一輛完整的汽車并返回給用戶，這是建造者模式需要解決的問題。建造者模式又稱為生成器模式，它是一種較為復雜、使用頻率也相對較低的創建型模式。建造者模式為客戶端返回的不是一個簡單的產品，而是一個由多個部件組成的復雜產品。 8.1 游戲角色設計 Sunny軟件公司游戲開發小組決定開發一款名為《Sunny群俠傳》的網絡游戲，該游戲采用主流的RPG(Role Playing Game,角色扮演游戲)模式，玩家可以在游戲中扮演虛擬世界中的一個特定角色，角色根據不同的游戲情節和統計數據（如力量、魔法、技能等）具有不同的能力，角色也會隨著不斷升級而擁有更加強大的能力。 作為RPG游戲的一個重要組成部分，需要對游戲角色進行設計，而且隨著該游戲的升級將不斷增加新的角色。不同類型的游戲角色，其性別、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”極其丑陋，留著光頭并穿一件刺眼的黑衣。 Sunny公司決定開發一個小工具來創建游戲角色，可以創建不同類型的角色并可以靈活增加新的角色。 Sunny公司的開發人員通過分析發現，游戲角色是一個復雜對象，它包含性別、臉型等多個組成部分，不同的游戲角色其組成部分有所差異，如圖8-1所示：  圖8-1 幾種不同的游戲角色造型 （注：本圖中的游戲角色造型來源于網絡，特此說明） 無論是何種造型的游戲角色，它的創建步驟都大同小異，都需要逐步創建其組成部分，再將各組成部分裝配成一個完整的游戲角色。如何一步步創建一個包含多個組成部分的復雜對象，建造者模式為解決此類問題而誕生。 8.2 建造者模式概述 建造者模式是較為復雜的創建型模式，它將客戶端與包含多個組成部分（或部件）的復雜對象的創建過程分離，客戶端無須知道復雜對象的內部組成部分與裝配方式，只需要知道所需建造者的類型即可。它關注如何一步一步創建一個的復雜對象，不同的具體建造者定義了不同的創建過程，且具體建造者相互獨立，增加新的建造者非常方便，無須修改已有代碼，系統具有較好的擴展性。 建造者模式定義如下： 建造者模式(Builder Pattern)：將一個復雜對象的構建與它的表示分離，使得同樣的構建過程可以創建不同的表示。建造者模式是一種對象創建型模式。 建造者模式一步一步創建一個復雜的對象，它允許用戶只通過指定復雜對象的類型和內容就可以構建它們，用戶不需要知道內部的具體構建細節。建造者模式結構如圖8-2所示：  圖8-2 建造者模式結構圖 在建造者模式結構圖中包含如下幾個角色： ● Builder（抽象建造者）：它為創建一個產品Product對象的各個部件指定抽象接口，在該接口中一般聲明兩類方法，一類方法是buildPartX()，它們用于創建復雜對象的各個部件；另一類方法是getResult()，它們用于返回復雜對象。Builder既可以是抽象類，也可以是接口。 ●ConcreteBuilder（具體建造者）：它實現了Builder接口，實現各個部件的具體構造和裝配方法，定義并明確它所創建的復雜對象，也可以提供一個方法返回創建好的復雜產品對象。 ●Product（產品角色）：它是被構建的復雜對象，包含多個組成部件，具體建造者創建該產品的內部表示并定義它的裝配過程。 ● Director（指揮者）：指揮者又稱為導演類，它負責安排復雜對象的建造次序，指揮者與抽象建造者之間存在關聯關系，可以在其construct()建造方法中調用建造者對象的部件構造與裝配方法，完成復雜對象的建造。客戶端一般只需要與指揮者進行交互，在客戶端確定具體建造者的類型，并實例化具體建造者對象（也可以通過配置文件和反射機制），然后通過指揮者類的構造函數或者Setter方法將該對象傳入指揮者類中。 在建造者模式的定義中提到了復雜對象，那么什么是復雜對象？簡單來說，復雜對象是指那些包含多個成員屬性的對象，這些成員屬性也稱為部件或零件，如汽車包括方向盤、發動機、輪胎等部件，電子郵件包括發件人、收件人、主題、內容、附件等部件，一個典型的復雜對象類代碼示例如下： ``` class Product { private String partA; //定義部件，部件可以是任意類型，包括值類型和引用類型 private String partB; private String partC; //partA的Getter方法和Setter方法省略 //partB的Getter方法和Setter方法省略 //partC的Getter方法和Setter方法省略 } ``` 在抽象建造者類中定義了產品的創建方法和返回方法，其典型代碼如下： ``` abstract class Builder { //創建產品對象 protected Product product=new Product(); public abstract void buildPartA(); public abstract void buildPartB(); public abstract void buildPartC(); //返回產品對象 public Product getResult() { return product; } } ``` 在抽象類Builder中聲明了一系列抽象的buildPartX()方法用于創建復雜產品的各個部件，具體建造過程在ConcreteBuilder中實現，此外還提供了工廠方法getResult()，用于返回一個建造好的完整產品。 在ConcreteBuilder中實現了buildPartX()方法，通過調用Product的setPartX()方法可以給產品對象的成員屬性設值。不同的具體建造者在實現buildPartX()方法時將有所區別，如setPartX()方法的參數可能不一樣，在有些具體建造者類中某些setPartX()方法無須實現（提供一個空實現）。而這些對于客戶端來說都無須關心，客戶端只需知道具體建造者類型即可。 在建造者模式的結構中還引入了一個指揮者類Director，該類主要有兩個作用：一方面它隔離了客戶與創建過程；另一方面它控制產品的創建過程，包括某個buildPartX()方法是否被調用以及多個buildPartX()方法調用的先后次序等。指揮者針對抽象建造者編程，客戶端只需要知道具體建造者的類型，即可通過指揮者類調用建造者的相關方法，返回一個完整的產品對象。在實際生活中也存在類似指揮者一樣的角色，如一個客戶去購買電腦，電腦銷售人員相當于指揮者，只要客戶確定電腦的類型，電腦銷售人員可以通知電腦組裝人員給客戶組裝一臺電腦。指揮者類的代碼示例如下： ``` class Director { private Builder builder; public Director(Builder builder) { this.builder=builder; } public void setBuilder(Builder builder) { this.builder=builer; } //產品構建與組裝方法 public Product construct() { builder.buildPartA(); builder.buildPartB(); builder.buildPartC(); return builder.getResult(); } } ``` 在指揮者類中可以注入一個抽象建造者類型的對象，其核心在于提供了一個建造方法construct()，在該方法中調用了builder對象的構造部件的方法，最后返回一個產品對象。 對于客戶端而言，只需關心具體的建造者即可，一般情況下，客戶端類代碼片段如下所示： ``` …… Builder builder = new ConcreteBuilder(); //可通過配置文件實現 Director director = new Director(builder); Product product = director.construct(); …… ``` 可以通過配置文件來存儲具體建造者類ConcreteBuilder的類名，使得更換新的建造者時無須修改源代碼，系統擴展更為方便。在客戶端代碼中，無須關心產品對象的具體組裝過程，只需指定具體建造者的類型即可。 建造者模式與抽象工廠模式有點相似，但是建造者模式返回一個完整的復雜產品，而抽象工廠模式返回一系列相關的產品；在抽象工廠模式中，客戶端通過選擇具體工廠來生成所需對象，而在建造者模式中，客戶端通過指定具體建造者類型并指導Director類如何去生成對象，側重于一步步構造一個復雜對象，然后將結果返回。如果將抽象工廠模式看成一個汽車配件生產廠，生成不同類型的汽車配件，那么建造者模式就是一個汽車組裝廠，通過對配件進行組裝返回一輛完整的汽車。 思考 > 如果沒有指揮者類Director，客戶端將如何構建復雜產品？