C++設計模式之建造者模式

將一個復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。

一、緣由

當我們在構造一個窗口控件的時候，往往包含三個方面的初始化工作：

這樣我們就可以構造好一個窗口控件了，我們可以看以下類圖：

乍一看該實現並沒有什麼問題CenterWidget類在其構造函數中調用了initUi、initAnimation、initSlot三個私有成員函數分別進行Ui,動畫，信號槽的初始化。可是當我們進行一個新的CenterWidget構造時，要求動畫效果改變，這時候需要怎麼做呢？修改initAnimation成員函數？作為一名優秀的程序員，提到修改類的時候就應該警惕，這個設計明顯違反了開閉原則。這時候我們遇到到一個問題：構造的接口是固定的，構造的順序是固定的，而要求構造的內容變化。
我們直覺上，這個問題的解就是：initUi,initAnimation,initSlot三個成員函數必須為虛函數。在需要動畫、Ui或者信號槽發生變化的時候，只要需要添加新的子類，重寫其中某個函數需要變化即可。可是，當這三個成員函數都成為虛函數之後，就不可能在構造函數中調用，因為
在一個類構造期間，vtable還沒有初始化完成，虛函數機制不會正確工作。
於是我們增加了一個Init方法，在對象被構造出來之後調用之。此時類圖如下：

對於這個類圖來說，解決了開閉原則的問題，可是新的問題出現了，客戶端需要調用Init,有違反了接口隔離的和單一職責原則之嫌疑，為何這麼說呢？
客戶端的想法是：

而CenterWidget提供的卻是：

對於客戶端來說，它需要依賴一個它不需要的接口Init，這個Init不是客戶端所要求的，反而更象是客戶端需要CenterWidget作為主窗口的邏輯功能而強行搭配的一個接口(注：接口隔離原則指的是客戶端不應該依賴它不需要的接口；一個類對另一個類的依賴應該建立在最小的接口上。)。其次，作為主窗口類的CenterWidget需要額外負責管理復雜的構造邏輯。這倒不是什麼嚴重的問題，很多時候這種解決方法都是行之有效的，不過我們提出一種更為優雅的解決方法。

二、實現

為了解決上節所述的問題，我們將整個CenterWidget構造職責抽取出來由單獨的一個Builder類承擔。這樣將initUi、initAnimation、initSlot函數轉移到Builder類中。由Builder類構造出來CenterWidget實例，另外，有時候對initUi、initAnimation、initSlot三個函數調用次序有所要求，引入一個Director類專門管理對initUi、initAnimation、initSlot的調用次序，指揮Builder的工作，這就是建造者模式。建造者模式的示意圖和使用了建造者模式的CenterWidget建造方案如下圖所示：

建造者模式

使用建造者模式的`CenterWidget`方案

三、代碼分析

下面給出CenterWidget方案的示例代碼

#include 
#include 

using std::string;


class CenterWidget {
private:
    string Ui;
    string Animation;
    string Slot;
public:
    virtual ~CenterWidget (){};
    void setUi(const string& x){
        Ui = x;
    }

    void setAnimation(const string& x){
        Animation = x;
    }

    void setSlot(const string& x){
        Slot = x;
    }

    void show(){
        std::cout << "Ui = " << Ui  <<
        "  Animation = " << Animation  <<
        "  Slot = " << Slot << std::endl;
    }
};

class CenterWidgetBuilder {
public:
    virtual ~CenterWidgetBuilder(){}
    virtual void initUi() = 0;
    virtual void initAnimation() = 0;
    virtual void initSlot() = 0;
    virtual CenterWidget *getResult() = 0;
};

class ConcreteCenterWidgetBuilderA : public CenterWidgetBuilder {
private:
    CenterWidget *curWidget;
public:
    ConcreteCenterWidgetBuilderA():curWidget(new CenterWidget){}
    virtual ~ConcreteCenterWidgetBuilderA(){
        delete curWidget;
    };
    virtual void initUi(){
        curWidget->setUi("Q Ui");
    }
    virtual void initAnimation(){
        curWidget->setAnimation("Biu~Biu~Biu~");
    }
    virtual void initSlot(){
        curWidget->setSlot("connected to your heart");
    }

    CenterWidget *getResult(){
        return curWidget;
    };
};

class ConcreteCenterWidgetBuilderB : public CenterWidgetBuilder {
private:
    CenterWidget *curWidget;
public:
    ConcreteCenterWidgetBuilderB():curWidget(new CenterWidget){}
    virtual ~ConcreteCenterWidgetBuilderB(){
        delete curWidget;
    };
    virtual void initUi(){
        curWidget->setUi("Q Ui");
    }
    virtual void initAnimation(){
        curWidget->setAnimation("Boom~Boom~Boom~");
    }
    virtual void initSlot(){
        curWidget->setSlot("connected to your heart");
    }

    CenterWidget *getResult(){
        return curWidget;
    };
};

class Dirctor {
private:
    CenterWidgetBuilder *Builder;
public:
    Dirctor (CenterWidgetBuilder* builder):Builder(builder){};
    virtual ~Dirctor(){delete Builder;}
    void Construct(){
        Builder->initUi();
        Builder->initAnimation();
        Builder->initSlot();
    }
};

int main(void)
{
    ConcreteCenterWidgetBuilderA *builderA = new ConcreteCenterWidgetBuilderA;
    Dirctor *directorA = new Dirctor(builderA);
    directorA->Construct();
    builderA->getResult()->show();

    ConcreteCenterWidgetBuilderB *builderB = new ConcreteCenterWidgetBuilderB;
    Dirctor *directorB = new Dirctor(builderB);
    directorB->Construct();
    builderB->getResult()->show();
}
運行結果：
Ui = Q Ui  Animation = Biu~Biu~Biu~  Slot = connected to your heart
Ui = Q Ui  Animation = Boom~Boom~Boom~  Slot = connected to your heart

class ConcreteCenterWidgetBuilderA : public CenterWidgetBuilder {
protected:  //為了子類能訪問之，改為protected
    CenterWidget *curWidget;
public:
    ConcreteCenterWidgetBuilderA():curWidget(new CenterWidget){}
    virtual ~ConcreteCenterWidgetBuilderA(){
        delete curWidget;
    };
    virtual void initUi(){
        curWidget->setUi("Q Ui");
    }
    virtual void initAnimation(){
        curWidget->setAnimation("Biu~Biu~Biu~");
    }
    virtual void initSlot(){
        curWidget->setSlot("connected to your heart");
    }

    CenterWidget *getResult(){
        return curWidget;
    };
};

class ConcreteCenterWidgetBuilderB : public ConcreteCenterWidgetBuilderA {
public:
    ConcreteCenterWidgetBuilderB(){}
    virtual ~ConcreteCenterWidgetBuilderB(){ };
    //只重寫需要改變的部分
    virtual void initAnimation(){
        curWidget->setAnimation("Boom~Boom~Boom~");
    }
};

運行結果：
Ui = Q Ui  Animation = Biu~Biu~Biu~  Slot = connected to your heart
Ui = Q Ui  Animation = Boom~Boom~Boom~  Slot = connected to your heart