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小玉的技术博客

iOS设计模式之建造者模式

模式动机

无论是在现实世界中还是在软件系统中,都存在一些复杂的对象,它们拥有多个组成部分,如汽车,它包括车轮、方向盘、发送机等各种部件。而对于大多数用户而言,无须知道这些部件的装配细节,也几乎不会使用单独某个部件,而是使用一辆完整的汽车,可以通过建造者模式对其进行设计与描述,建造者模式可以将部件和其组装过程分开,一步一步创建一个复杂的对象。用户只需要指定复杂对象的类型就可以得到该对象,而无须知道其内部的具体构造细节。

在软件开发中,也存在大量类似汽车一样的复杂对象,它们拥有一系列成员属性,这些成员属性中有些是引用类型的成员对象。而且在这些复杂对象中,还可能存在一些限制条件,如某些属性没有赋值则复杂对象不能作为一个完整的产品使用;有些属性的赋值必须按照某个顺序,一个属性没有赋值之前,另一个属性可能无法赋值等。

复杂对象相当于一辆有待建造的汽车,而对象的属性相当于汽车的部件,建造产品的过程就相当于组合部件的过程。由于组合部件的过程很复杂,因此,这些部件的组合过程往往被“外部化”到一个称作建造者的对象里,建造者返还给客户端的是一个已经建造完毕的完整产品对象,而用户无须关心该对象所包含的属性以及它们的组装方式,这就是建造者模式的模式动机。

模式定义

造者模式(Builder Pattern):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。

建造者模式是一步一步创建一个复杂的对象,它允许用户只通过指定复杂对象的类型和内容就可以构建它们,用户不需要知道内部的具体构建细节。建造者模式属于对象创建型模式。根据中文翻译的不同,建造者模式又可以称为生成器模式。

模式结构

建造者模式包含如下角色:

  • Builder:抽象建造者,为创建一个产品对象的各个部件指定抽象接口
  • ConcreteBuilder:实现Builder的接口以构造和装配该产品的各个部件,定义并明确它所创建的表示,并 提供一个检索产品的接口
  • Director:构造一个使用Builder接口的对象
  • Product:表示被构造的复杂对象。ConcreteBuilder创建该产品的内部表示并定义它的装配过程,包含定义组成部件的类,包括将这些部件装配成最终产品的接口

    模式分析

    抽象建造者类中定义了产品的创建方法和返回方法;

建造者模式的结构中还引入了一个指挥者类Director,该类的作用主要有两个:一方面它隔离了客户与生产过程;另一方面它负责控制产品的生成过程。指挥者针对抽象建造者编程,客户端只需要知道具体建造者的类型,即可通过指挥者类调用建造者的相关方法,返回一个完整的产品对象

在客户端代码中,无须关心产品对象的具体组装过程,只需确定具体建造者的类型即可,建造者模式将复杂对象的构建与对象的表现分离开来,这样使得同样的构建过程可以创建出不同的表现。

优点

在建造者模式中, 客户端不必知道产品内部组成的细节,将产品本身与产品的创建过程解耦,使得相同的创建过程可以创建不同的产品对象。

  • 每一个具体建造者都相对独立,而与其他的具体建造者无关,因此可以很方便地替换具体建造者或增加新的具体建造者, 用户使用不同的具体建造者即可得到不同的产品对象 。
  • 可以更加精细地控制产品的创建过程 。将复杂产品的创建步骤分解在不同的方法中,使得创建过程更加清晰,也更方便使用程序来控制创建过程。
  • 增加新的具体建造者无须修改原有类库的代码,指挥者类针对抽象建造者类编程,系统扩展方便,符合“开闭原则”。

    缺点

    建造者模式所创建的产品一般具有较多的共同点,其组成部分相似,如果产品之间的差异性很大,则不适合使用建造者模式,因此其使用范围受到一定的限制。
    如果产品的内部变化复杂,可能会导致需要定义很多具体建造者类来实现这种变化,导致系统变得很庞大。

    适用环境

    在以下情况下可以使用建造者模式:

  • 需要生成的产品对象有复杂的内部结构,这些产品对象通常包含多个成员属性。

  • 需要生成的产品对象的属性相互依赖,需要指定其生成顺序。
  • 对象的创建过程独立于创建该对象的类。在建造者模式中引入了指挥者类,将创建过程封装在指挥者类中,而不在建造者类中。
  • 隔离复杂对象的创建和使用,并使得相同的创建过程可以创建不同的产品。

    模式扩展

    建造者模式的简化:

  • 省略抽象建造者角色:如果系统中只需要一个具体建造者的话,可以省略掉抽象建造者。

  • 省略指挥者角色:在具体建造者只有一个的情况下,如果抽象建造者角色已经被省略掉,那么还可以省略指挥者角色,让
  • Builder角色扮演指挥者与建造者双重角色。

建造者模式与抽象工厂模式的比较:

  • 与抽象工厂模式相比, 建造者模式返回一个组装好的完整产品 ,而 抽象工厂模式返回一系列相关的产品,这些产品位于不同的产品等级结构,构成了一个产品族。
  • 在抽象工厂模式中,客户端实例化工厂类,然后调用工厂方法获取所需产品对象,而在建造者模式中,客户端可以不直接调用建造者的相关方法,而是通过指挥者类来指导如何生成对象,包括对象的组装过程和建造步骤,它侧重于一步步构造一个复杂对象,返回一个完整的对象。
  • 如果将抽象工厂模式看成 汽车配件生产工厂 ,生产一个产品族的产品,那么建造者模式就是一个 汽车组装工厂 ,通过对部件的组装可以返回一辆完整的汽车。
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