设计模式之建造者模式——Builder

一、概述

Builder模式，中文名为建造者模式，又名生成器模式、构建者模式等，是创建型设计模式之一。用于将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

1.适用性：

对象的创建比较复杂、有多种创建形式时
创建复杂对象的算法与对象内部组成和装配是相对独立的

2.UML类图

Builder：定义创建Product各个部件的抽象接口
ConcreteBuilder：继承自Builder，实现创建具体类型的Product所有部件的接口，并提供一个获取最终产品的接口。
Director：借助Builder，内部封装创建产品的具体流程。

3.UML序列图

Client创建一个ConcreteBuilder
Client通过传入ConcreteBuilder创建一个Director
Client使用Director构造产品
Client使用ConcreteBuilder组装并获取最终产品

二、实例

想象一下，你作为造物主，你需要创造各种各样的动物，比如狗和猫。查看源码

1.在创造前，要先想好狗和猫大体是什么样子，很显然，它们应该有头、身体和脚。

abstract class Animal
{
    public string Head { get; set; }
    public string Body { get; set; }
    public string Foots { get; set; }
    
    public abstract void Display();
}

class Dog : Animal
{
    public override void Display()
    {
        Console.WriteLine("-------------- 狗的基本信息 -------------------");
        Console.WriteLine($"头：{Head}");
        Console.WriteLine($"身体：{Body}");
        Console.WriteLine($"脚：{Foots}");
    }
}

class Cat : Animal
{
    public override void Display()
    {
        Console.WriteLine("-------------- 猫的基本信息 -------------------");
        Console.WriteLine($"头：{Head}");
        Console.WriteLine($"身体：{Body}");
        Console.WriteLine($"脚：{Foots}");
    }
}

2.动物的基本特征确定了，也就明确了要干什么活儿了——创建动物的头、身体和脚。

interface IAnimalBuilder
{
    void SetHead();
    void SetBody();
    void SetFoots();
}

3.接下来就是考虑狗和猫各部位的创建细节了。不过，别着急编码，先来考虑一件事情:
DogBuilder里面除了需要实现IAnimalBuilder的所有接口外，还需要提供一个GetDog()的方法，用来把创建好的Dog给外部；同样的CatBuilder中也需要提供一个GetCat()方法。这世间动物有多少种？一千？一万？远远不止！在编码的过程中很容易就忘记提供这个方法了。所以我们在抽象Builder和具体Builder中间插入一个抽象层IAnimalBuilder<TAnimal>，所有的ConcreteBuilder都继承自这个接口。

interface IAnimalBuilder<TAnimal> : IAnimalBuilder where TAnimal : Animal 
{
    TAnimal GetAnimal();
}

class DogBuilder : IAnimalBuilder<Dog>
{
    private readonly Dog _dog = new Dog();

    public void SetHead()
    {
        _dog.Head = "狗的头";
    }

    public void SetBody()
    {
        _dog.Body = "狗的身体";
    }

    public void SetFoots()
    {
        _dog.Foots = "狗的脚";
    }

    public Dog GetAnimal()
    {
        return _dog;
    }
}

class CatBuilder : IAnimalBuilder<Cat>
{
    private readonly Cat _cat = new Cat();

    public void SetHead()
    {
        _cat.Head = "猫的头";
    }

    public void SetBody()
    {
        _cat.Body = "猫的身体";
    }

    public void SetFoots()
    {
        _cat.Foots = "猫的脚";
    }

    public Cat GetAnimal()
    {
        return _cat;
    }
}

4.最后，只剩Director了，它来规划Builder要创建哪些东西。

class Director
{
    private readonly IAnimalBuilder _builder;

    public Director(IAnimalBuilder builder)
    {
        _builder = builder;
    }

    public void Construct()
    {
        _builder.SetHead();
        _builder.SetBody();
        _builder.SetFoots();
    }
}

大功告成！接下来就尝试一下吧

var dogBuilder = new DogBuilder();
var dogDirector = new Director(dogBuilder);
dogDirector.Construct();
dogBuilder.GetAnimal().Display();

var catBuilder = new CatBuilder();
var catDirector = new Director(catBuilder);
catDirector.Construct();
catBuilder.GetAnimal().Display();

三、变种

实际开发过程中，经常会遇到一种需求：创建对象时，对象的一些部分可以自由选择设置或不设置，但是对象一旦创建完成，便不能对其进行任何修改。例如：ASP.NET Core框架中WebHost的创建。接下来，我们来模拟一下女娲造人。
1.同样的，我们先设定好人的基本属性

class Person
{
    public string Name { get; set; }
    public int Gender { get; set; }
    public int Age { get; set; }
}

2.接下来，我们来定义IPersonBuilder接口，除了Build方法外，我们都返回了IPersonBuilder，对于习惯于使用Linq的.Net开发人员来说，再熟悉不过了，它最大的好处就是能够让我们使用Fluent的方式来编写代码。

public interface IPersonBuilder
{
    //注意，这里有问题
    Person Build();
    IPersonBuilder SetName(string name);
    IPersonBuilder SetGender(int gender);
    IPersonBuilder SetAge(int age);
}

你发现什么问题了吗？没错，这违背了面向对象五大原则之一——依赖倒置（抽象不应该依赖具体）；而且，这也不满足“对象创建后不得进行更改”的需求。所以，我们需要提取出一个抽象层IPersion。

public interface IPerson
{
    string Name { get; }
    int Gender { get; }
    int Age { get; }
}

class Person : IPerson
{
    public string Name { get; set; }
    public int Gender { get; set; }
    public int Age { get; set; }
}

public interface IPersonBuilder
{
    IPerson Build();
    IPersonBuilder SetName(string name);
    IPersonBuilder SetGender(int gender);
    IPersonBuilder SetAge(int age);
}

3.下一步就是构建PersonBuilder了，用来实现IPersonBuilder接口的具体逻辑。

class PersonBuilder : IPersonBuilder
{
    private readonly Person _person = new Person();

    public IPerson Build()
    {
        return _person;
    }

    public IPersonBuilder SetName(string name)
    {
        _person.Name = name;
        return this;
    }

    public IPersonBuilder SetGender(int gender)
    {
        _person.Gender = gender;
        return this;
    }

    public IPersonBuilder SetAge(int age)
    {
        _person.Age = age;
        return this;
    }      
}

//提供一个辅助类，用来帮 Client 创建 PersonBuilder
public class PersonBuilderHelper
{
    public static IPersonBuilder CreatePersonBuilder()
    {
        return new PersonBuilder();
    }
}

4.Ok，大功告成！来测试一下吧

var person = PersonBuilderHelper.CreatePersonBuilder()
    .SetAge(20)
    .SetName("jjj")
    .Build();
//输出：jjj,0,20
Console.WriteLine($"{person.Name},{person.Gender},{person.Age}");

四、总结

经典版与变种版本的区别：

经典版倾向于将构建规划封装起来，Client不关心内部逻辑；而变种版本消除了Director，使得Client拥有更多的主动权，可以自由地进行构建。
经典版需要使用Director进行构建，然后使用Builder进行组装返回结果；变种版本则直接使用Builder进行链式构建并组装返回结果，结构更加清晰明了。
经典版常用于多种产品的构建是比较固定的情况，Director种类也不宜过多，且必须适应所有产品；而变种版更倾向于某一种产品的构建，构建方式不固定、相当复杂的情况。

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如果有新发现会进行补充！