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篇四：建造者模式：逐步构造复杂对象

news 2025/7/13 0:43:44

篇四：“建造者模式：逐步构造复杂对象”

设计模式是软件开发中的重要组成部分，建造者模式是创建型设计模式中的一种。建造者模式旨在逐步构造复杂对象，将对象的构造与其表示分离，从而使得同样的构建过程可以创建不同的表示。在C++中，建造者模式广泛应用于构建复杂对象的场景，让我们一起深入了解其核心思想和使用方法，并通过示例代码展示在C++中如何应用建造者模式来构造复杂对象。

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1. 建造者模式的核心思想和使用方法：
建造者模式是创建型设计模式，其核心思想是将一个复杂对象的构建过程与其表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。在建造者模式中，我们定义一个抽象建造者类，用于规范产品的构建过程，并由具体建造者类来实现该接口。然后，使用指挥者类来控制建造过程，最终构建出复杂对象。

建造者模式的使用方法如下：

定义抽象建造者类：规范产品的构建过程，包括构建部件和组装产品等方法。
定义具体建造者类：实现抽象建造者接口，负责实际构建产品的过程。
定义产品类：表示最终构建出的复杂对象。
定义指挥者类：控制建造过程，根据具体的建造者类来构建产品。

2. C++中应用建造者模式构造复杂对象的示例代码：
在C++中，我们将以创建一个复杂的电脑对象为例来展示建造者模式的应用。

a. 定义抽象建造者类：

// ComputerBuilder.h
class ComputerBuilder {
public:virtual ~ComputerBuilder() {}virtual void buildCPU() = 0;virtual void buildMemory() = 0;virtual void buildStorage() = 0;virtual void buildGPU() = 0;virtual Computer* getResult() = 0;
};

b. 定义具体建造者类：

// HighPerformanceComputerBuilder.h
#include "ComputerBuilder.h"class HighPerformanceComputerBuilder : public ComputerBuilder {
public:HighPerformanceComputerBuilder() {computer_ = new Computer();}void buildCPU() override {computer_->setCPU("High-performance CPU");}void buildMemory() override {computer_->setMemory("16GB");}void buildStorage() override {computer_->setStorage("512GB SSD");}void buildGPU() override {computer_->setGPU("NVIDIA GeForce RTX 3080");}Computer* getResult() override {return computer_;}private:Computer* computer_;
};// StandardComputerBuilder.h
#include "ComputerBuilder.h"class StandardComputerBuilder : public ComputerBuilder {
public:StandardComputerBuilder() {computer_ = new Computer();}void buildCPU() override {computer_->setCPU("Standard CPU");}void buildMemory() override {computer_->setMemory("8GB");}void buildStorage() override {computer_->setStorage("256GB SSD");}void buildGPU() override {computer_->setGPU("Integrated GPU");}Computer* getResult() override {return computer_;}private:Computer* computer_;
};

c. 定义产品类：

// Computer.h
#include <iostream>
#include <string>class Computer {
public:void setCPU(const std::string& cpu) {cpu_ = cpu;}void setMemory(const std::string& memory) {memory_ = memory;}void setStorage(const std::string& storage) {storage_ = storage;}void setGPU(const std::string& gpu) {gpu_ = gpu;}void showInfo() const {std::cout << "CPU: " << cpu_ << std::endl;std::cout << "Memory: " << memory_ << std::endl;std::cout << "Storage: " << storage_ << std::endl;std::cout << "GPU: " << gpu_ << std::endl;}private:std::string cpu_;std::string memory_;std::string storage_;std::string gpu_;
};

d. 定义指挥者类：

// Director.h
#include "ComputerBuilder.h"class Director {
public:void setBuilder(ComputerBuilder* builder) {builder_ = builder;}Computer* construct() {builder_->buildCPU();builder_->buildMemory();builder_->buildStorage();builder_->buildGPU();return builder_->getResult();}private:ComputerBuilder* builder_;
};

e. 使用建造者模式构造复杂对象：

// main.cpp
#include "Computer.h"
#include "Director.h"
#include "HighPerformanceComputerBuilder.h"
#include "StandardComputerBuilder.h"int main() {Director director;HighPerformanceComputerBuilder highPerformanceBuilder;StandardComputerBuilder standardBuilder;// 构建高性能电脑director.setBuilder(&highPerformanceBuilder);Computer* highPerformanceComputer = director.construct();std::cout << "High Performance Computer:" << std::endl;highPerformanceComputer->showInfo();delete highPerformanceComputer;std::cout << std::endl;// 构建标准电脑director.setBuilder(&standardBuilder);Computer* standardComputer = director.construct();std::cout << "Standard Computer:" << std::endl;standardComputer->showInfo();delete standardComputer;return 0;
}

在上述示例中，我们定义了抽象建造者类ComputerBuilder，并创建了两个具体建造者类HighPerformanceComputerBuilder和StandardComputerBuilder。产品类Computer表示要构建的复杂对象。指挥者类Director负责控制建造过程，并使用不同的建造者来构建不同的复杂对象。

** 3.建造者模式的代码解析：

在建造者模式中，抽象建造者类ComputerBuilder定义了产品的构建过程，包括构建CPU、内存、存储和GPU等部件，并提供了获取最终产品的方法getResult()。具体建造者类HighPerformanceComputerBuilder和StandardComputerBuilder分别实现了抽象建造者接口，负责实际构建高性能电脑和标准电脑的过程。
产品类Computer表示最终构建出的复杂对象，其中包含CPU、内存、存储和GPU等部件，并提供了显示电脑信息的方法showInfo()。
指挥者类Director负责控制建造过程，通过setBuilder()方法设置具体的建造者，然后调用其构建方法逐步构造复杂对象。

4. 总结：
建造者模式是创建型设计模式，其核心思想是逐步构造复杂对象，将对象的构建与表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。在C++中，通过定义抽象建造者类和具体建造者类，以及产品类和指挥者类，实现了建造者模式的应用。建造者模式使得构建过程更加灵活和可控，同时提高了代码的可维护性和可复用性。

希望本文能够帮助您更好地理解建造者模式的原理和在C++中的应用。在后续的专栏文章中，我们将继续介绍更多设计模式的知识，包括原理、详细介绍、示例代码和代码解析，帮助您深入学习和应用设计模式。

参考文献：

Gamma, E., Helm, R., Johnson, R., & Vlissides, J. (1994). Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software. Addison-Wesley Professional.
C++ Core Guidelines: https://isocpp.github.io/CppCoreGuidelines/CppCoreGuidelines

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