C++设计模式之建造者模式(一)

    在内蒙古这辽阔的草原上，放养着成千上万的奶牛。蒙牛集团在这里崛起，迅速抢占中国大半牛奶市场，造就了一个商业帝国。蒙牛集团牛奶生产流程大致是这样的: 放养奶牛--->牛奶加工--->牛奶包装--->销售。经历从放养奶牛到进行市场销售这一系列环节，蒙牛牛奶才得以诞生。虽然生产流程比这个流程还复杂，但对客户而言，根本不需要知道牛奶生产的细节，只需要到超市购买就行了。在设计模式中，也存在一个类似的模式，封装了产品创建的一系列操作过程，客户端无需知道这些操作流程就可以直接使用这个产品，称之为建造者模式。

1、建造者模式概述

    建造者模式是较为复杂的创建型模式，它将客户端与包含多个组成部分（或部件）的复杂对象的创建过程分离，客户端无须知道复杂对象的内部组成部分与装配方式，只需要知道所需建造者的类型即可。它关注如何一步一步创建一个的复杂对象，不同的具体建造者定义了不同的创建过程，且具体建造者相互独立，增加新的建造者非常方便，无须修改已有代码，系统具有较好的扩展性。例如:用户不需要知道电脑的具体制造流程，而直接使用电脑就可以了，电脑具体制造流程对用户来说就相当于一个黑盒子。

    建造者模式定义如下：

建造者模式(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。建造者模式是一种对象创建型模式。

    建造者模式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。

建造者模式结构图

    在建造者模式结构图中包含如下几个角色：

    Builder（抽象建造者）：它为创建一个产品Product对象的各个部件指定抽象接口，在该接口中一般声明两类方法，一类方法是buildPartX()，它们用于创建复杂对象的各个部件；另一类方法是getResult()，它们用于返回复杂对象。Builder既可以是抽象类，也可以是接口。

    ConcreteBuilder（具体建造者）：它实现了Builder接口，实现各个部件的具体构造和装配方法，定义并明确它所创建的复杂对象，也可以提供一个方法返回创建好的复杂产品对象。

    Product（产品角色）：它是被构建的复杂对象，包含多个组成部件，具体建造者创建该产品的内部表示并定义它的装配过程。

    Director（指挥者）：指挥者又称为导演类，它负责安排复杂对象的建造次序，指挥者与抽象建造者之间存在关联关系，可以在其construct()建造方法中调用建造者对象的部件构造与装配方法，完成复杂对象的建造。客户端一般只需要与指挥者进行交互，在客户端确定具体建造者的类型，并实例化具体建造者对象，然后通过指挥者类的构造函数或者Setter方法将该对象传入指挥者类中。

    在建造者模式的定义中提到了复杂对象，那么什么是复杂对象？简单来说，复杂对象是指那些包含多个成员属性的对象，这些成员属性也称为部件或零件，如汽车包括方向盘、发动机、轮胎等部件；电子邮件包括发件人、收件人、主题、内容、附件等部件；Socket数据包包含包头、包体、包尾等部件；XML配置文件包含头部信息、数据体、尾部信息等部件。

2、暴风影音播放器的设计与实现

    现需要开发一款类似暴风影音的播放器，该播放软件提供多种界面显示模式，如完整模式、精简模式、记忆模式等。在不同的显示模式下主界面的组成元素有所差异，如在完整模式下将显示菜单、播放列表、主窗口、控制条等；在精简模式下只显示主窗口和控制条；而在记忆模式下将显示主窗口、控制条、收藏列表等。尝试使用建造者模式设计该软件。

    暴风影音播放器是具体的产品，该产品包含菜单、主窗口、播放列表、播放进度条、收藏列表等部件。

    暴风影音播放器.h头文件代码如下:

#ifndef _PLAYER_H_#define _PLAYER_H_#include <iostream>#include <string>using namespace std;//播放器class Player{private:string m_strMenu;//菜单栏string m_strWindow;//主窗口string m_strPlayList;//播放列表string m_strControlBar;//进度条string m_strCollectList;//收藏列表public://设置部件void SetMenu(string strMenu);void SetWindow(string strWindow);void SetPlayList(string strPlayList);void SetControlBar(string strControlBar);void SetCollectList(string strCollectList);//获取各部件string GetMenu();string GetWindow();string GetPlayList();string GetControlBar();string GetCollectList();//显示播放器窗口包含的部件void Display();};#endif

    暴风影响播放器Cpp文件代码如下:

#include "Player.h"//设置主菜单部件void Player::SetMenu(string strMenu){m_strMenu = strMenu;}//设置主窗口部件void Player::SetWindow(string strWindow){m_strWindow = strWindow;}//设计播放列表部件void Player::SetPlayList(string strPlayList){m_strPlayList = strPlayList;}//设置滚动条部件void Player::SetControlBar(string strControlBar){m_strControlBar = strControlBar;}//设置收藏列表部件void Player::SetCollectList(string strCollectList){m_strCollectList = strCollectList;}//获取主菜单部件string Player::GetMenu(){return m_strMenu;}//获取主窗口部件string Player::GetWindow(){return m_strWindow;}//获取播放列表部件string Player::GetPlayList(){return m_strPlayList;}//获取滚动条部件string Player::GetControlBar(){return m_strControlBar;}//获取收藏列表部件string Player::GetCollectList(){return m_strCollectList;}//显示播放器窗口包含的部件void Player::Display(){cout << "---" << m_strWindow << endl;cout << "---" << m_strMenu << endl;cout << "---" << m_strPlayList << endl;cout << "---" << m_strControlBar << endl;cout << "---" << m_strCollectList << endl << endl;}

    暴风影音播放器能在完整模式、精简模式、记忆模式三种模式下播放，各播放模式下，暴风影音的部件不相同。考虑到扩展性，可以定义一个抽象播放模式类，该抽象类中定义了一系列创建具体播放部件的方法。具体的三种播放模式继承于这个抽象播放模式类。

    播放模式.h头文件代码如下:

#ifndef _PLAY_PATTERN_H_#define _PLAY_PATTERN_H_#include <iostream>#include <string>#include "Player.h"using namespace std;//抽象播放模式class PlayPattern{protected://具体产品(播放器)Player * m_pPlayer;public:PlayPattern(){m_pPlayer = new Player();}~PlayPattern(){if( NULL != m_pPlayer ){delete m_pPlayer;m_pPlayer = NULL;}}//制造播放窗口virtual void BuildWindow() = 0;//制造播放菜单virtual void BuildMenu() = 0;//制造播放列表virtual void BuildPlayList() = 0;//制造播放进度条virtual void BuildControlBar() = 0;//制造收藏列表virtual void BuildCollectList() = 0;//获取产品(播放器)Player * GetPlayer(){return m_pPlayer;}};//完整播放模式class FullPattern : public PlayPattern{public:void BuildWindow();void BuildMenu();void BuildPlayList();void BuildControlBar();void BuildCollectList();};//精简播放模式class SimplePattern : public PlayPattern{public:void BuildWindow();void BuildMenu();void BuildPlayList();void BuildControlBar();void BuildCollectList();};//记忆播放模式class MemoryPattern : public PlayPattern{public:void BuildWindow();void BuildMenu();void BuildPlayList();void BuildControlBar();void BuildCollectList();};#endif

    播放模式Cpp文件代码如下:

#include "PlayPattern.h"//制造播放窗口void FullPattern::BuildWindow(){m_pPlayer->SetWindow("主界面窗口");}//制造播放菜单void FullPattern::BuildMenu(){m_pPlayer->SetMenu("主菜单");}//制造播放列表void FullPattern::BuildPlayList(){m_pPlayer->SetPlayList("播放列表");}//制造播放进度条void FullPattern::BuildControlBar(){m_pPlayer->SetControlBar("进度条");}//制造收藏列表void FullPattern::BuildCollectList(){m_pPlayer->SetCollectList(" ");}////////////////精简模式///////////////////////////////void SimplePattern::BuildWindow(){m_pPlayer->SetWindow("主界面窗口");}void SimplePattern::BuildMenu(){m_pPlayer->SetMenu(" ");}void SimplePattern::BuildPlayList(){m_pPlayer->SetPlayList(" ");}void SimplePattern::BuildControlBar(){m_pPlayer->SetControlBar("进度条");}void SimplePattern::BuildCollectList(){m_pPlayer->SetCollectList(" ");}/////////////////记忆模式////////////////////////////////void MemoryPattern::BuildWindow(){m_pPlayer->SetWindow("主界面窗口");}void MemoryPattern::BuildMenu(){m_pPlayer->SetMenu(" ");}void MemoryPattern::BuildPlayList(){m_pPlayer->SetPlayList(" ");}void MemoryPattern::BuildControlBar(){m_pPlayer->SetControlBar("进度条");}void MemoryPattern::BuildCollectList(){m_pPlayer->SetCollectList("收藏列表");}

    在建造者模式的结构中还引入了一个指挥者类Director，用于控制产品的创建过程。本例中ContructManage就是播放器指挥类。用户需要哪种类型的播放模式，只需要创建一个具体的播放模式，然后把这个播放模式传入到播放器指挥者中就可以了，由播放器指挥者处理一系列过程的建造。
    暴风影音播放器指挥者类.h头文件实现如下：

#ifndef _CONTRUCT_MANAGE_H_#define _CONTRUCT_MANAGE_H_#include "PlayPattern.h"#include "Player.h"//建造管理器class ContructManage{private://具体建造者PlayPattern * m_pPlayPattern;public://设置播放模式void SetPlayPattern(PlayPattern * pPlayPattern);//封装建造过程Player * Construct();};#endif

    暴风影音播放器指挥者类Cpp文件实现如下：

#include "ContructManage.h"//设置播放模式void ContructManage::SetPlayPattern(PlayPattern * pPlayPattern){m_pPlayPattern = pPlayPattern;}//封装建造过程Player * ContructManage::Construct(){m_pPlayPattern->BuildWindow();m_pPlayPattern->BuildMenu();m_pPlayPattern->BuildPlayList();m_pPlayPattern->BuildControlBar();m_pPlayPattern->BuildCollectList();Player * pPlayer = m_pPlayPattern->GetPlayer();return pPlayer;}

    测试文件实现代码如下:

#include <iostream>#include "ContructManage.h"#include "PlayPattern.h"#include "Player.h"using namespace std;int main(){        /***********************创建建造管理器**********************/ContructManage * pContructManage = new ContructManage();Player * pPlayer = NULL;/***********************完整播放模式************************/PlayPattern * pFullPattern = new FullPattern();cout << "完整播放模式:" << endl;pContructManage->SetPlayPattern(pFullPattern);pPlayer = pContructManage->Construct();pPlayer->Display();/***********************精简播放模式************************/PlayPattern * pSimplePattern = new SimplePattern();cout << "精简播放模式:" << endl;pContructManage->SetPlayPattern(pSimplePattern);pPlayer = pContructManage->Construct();pPlayer->Display();/***********************记忆播放模式************************/PlayPattern * pMemoryPattern = new MemoryPattern();cout << "记忆播放模式:" << endl;pContructManage->SetPlayPattern(pMemoryPattern);pPlayer = pContructManage->Construct();pPlayer->Display();/***********************销毁操作****************************/cout << endl;delete pFullPattern;pFullPattern = NULL;delete pSimplePattern;pSimplePattern = NULL;delete pMemoryPattern;pMemoryPattern = NULL;delete pContructManage;pContructManage = NULL;return 0;}

编译并执行，程序结果如下:

    在建造者模式中，客户端只需实例化指挥者类，指挥者类针对抽象建造者编程，客户端根据需要传入具体的建造者类型，指挥者将指导具体建造者一步一步构造一个完整的产品（逐步调用具体建造者的buildX()方法），相同的构造过程可以创建完全不同的产品。在暴风影音播放器实例中，如果需要更换具体的播放模式，只需要把具体播放模式传入到播放器指挥者中即可，可以随时切换播放模式；如果需要增加新的播放模式，可以增加一个新的播放模式类作为抽象播放模式子类，并把该播放模式传入到播放器指挥者中，原有代码无须修改，完全符合“开闭原则”。

    未完、更新中......