複雜對象的組裝與創建——建造者模式（一）：遊戲角色設計，建造者模式概述

       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並返回給用戶，這是建造者模式需要解決的問題。建造者模式又稱爲生成器模式，它是一種較爲複雜、使用頻率也相對較低的創建型模式。建造者模式爲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複雜產品。

8.1 遊戲角色設計

Sunny軟件公司遊戲開發小組決定開發一款名爲《Sunny羣俠傳》的網絡遊戲，該遊戲採用主流的RPG(Role Playing Game,角色扮演遊戲)模式，玩家可以在遊戲中扮演虛擬世界中的一個特定角色，角色根據不同的遊戲情節和統計數據（如力量、魔法、技能等）具有不同的能力，角色也會隨着不斷升級而擁有更加強大的能力。

作爲RPG遊戲的一個重要組成部分，需要對遊戲角色進行設計，而且隨着該遊戲的升級將不斷增加新的角色。不同類型的遊戲角色，其性別、臉型、服裝、髮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髮，並身穿一襲白裙；而“惡魔”極其醜陋，留着光頭並穿一件刺眼的黑衣。

Sunny公司決定開發一個小工具來創建遊戲角色，可以創建不同類型的角色並可以靈活增加新的角色。

       Sunny公司的開發人員通過分析發現，遊戲角色是一個複雜對象，它包含性別、臉型等多個組成部分，不同的遊戲角色其組成部分有所差異，如圖8-1所示：

圖8-1 幾種不同的遊戲角色造型

（注：本圖中的遊戲角色造型來源於網絡，特此說明）

       無論是何種造型的遊戲角色，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遊戲角色。如何一步步創建一個包含多個組成部分的複雜對象，建造者模式爲解決此類問題而誕生。

8.2 建造者模式概述

      建造者模式是較爲複雜的創建型模式，它將客戶端與包含多個組成部分（或部件）的複雜對象的創建過程分離，客戶端無須知道複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複雜對象，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)：將一個複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複雜的對象，它允許用戶只通過指定複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）：它爲創建一個產品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()，它們用於創建複雜對象的各個部件；另一類方法是getResult()，它們用於返回複雜對象。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，定義並明確它所創建的複雜對象，也可以提供一個方法返回創建好的複雜產品對象。

●Product（產品角色）：它是被構建的複雜對象，包含多個組成部件，具體建造者創建該產品的內部表示並定義它的裝配過程。

● Director（指揮者）：指揮者又稱爲導演類，它負責安排複雜對象的建造次序，指揮者與抽象建造者之間存在關聯關係，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，完成複雜對象的建造。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，並實例化具體建造者對象（也可以通過配置文件和反射機制），然後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複雜對象，那麼什麼是複雜對象？簡單來說，複雜對象是指那些包含多個成員屬性的對象，這些成員屬性也稱爲部件或零件，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，一個典型的複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中聲明瞭一系列抽象的buildPartX()方法用於創建複雜產品的各個部件，具體建造過程在ConcreteBuilder中實現，此外還提供了工廠方法getResult()，用於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）。而這些對於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()方法調用的先後次序等。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，電腦銷售人員相當於指揮者，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，其核心在於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，最後返回一個產品對象。

      對於客戶端而言，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，系統擴展更爲方便。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複雜產品，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並指導Director類如何去生成對象，側重於一步步構造一個複雜對象，然後將結果返回。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，那麼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，客戶端將如何構建複雜產品？

【作者：劉偉 http://blog.csdn.net/lovelion】