Builder 生成器模式简介与 C# 示例【创建型2】【设计模式来了_2】

技术分享 3年前 (2023-08-03) 0 999+

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〇、简介

1、什么是生成器模式？

一句话解释：

在构造一个复杂的对象（参数多且有可空类型）时，通过一个统一的构造链路，可选择的配置所需属性值，灵活实现可复用的构造过程。

生成器模式的重心，在于分离构建算法和具体的构造实现，从而使得构建算法可以重用。采用不同的构建实现，产生不同的产品。所以生成器模式都会存在两个部分：整体构建算法、部件的构造和产品的装配。

官方意图：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。

一个比喻：（班级与各科课代表）

每个班级都需要各科课代表，选人条件也会有多个，比如单科成绩名列前茅、课堂表现活跃等，还有些非必要的条件，例如是否开朗等，根据这些条件就可以制定一个标准，对应的就是统一的 IBuilder 接口。不同的科目都可以实现这个接口去生成自己的课代表。

2、优缺点和使用场景

优点：

客户端不必知道目标对象内部组成的细节，目标对象本身与目标对象的创建过程解耦，使得相同的创建过程可以创建不同的目标对象；
具体创建者可被扩展；
更加精细化的操控目标对象的生成过程，根据生成器提供的步骤逐步构建，可以精细化的控制到产品的内部。

缺点：

目标对象有很多共同特定，不同的目标对象组成类似，差异不是很多。

适用场景：

当创建复杂对象的算法，应该独立于该对象的组成部分，以及它们的装配方式时。
当构造过程必须允许被构造的对象有不同的表示时。

简言之：当一个类的构造函数参数个数超过4个，而且这些参数有些是可选的参数，考虑使用构造者模式。

一、简单的示例代码

如下示例，通过生成器创建一个订单：

// 测试一下 public class Program {     static void Main(string[] args)     {         OrderBuilder builder = new OrderBuilder();         OrderDirector director = new OrderDirector(builder);         object order = director.Construct("John Doe", "Product ABC", 2, 10.99m);         Console.WriteLine(order.ToString());         Console.ReadLine();     } } // 订单类 public class Order {     public string CustomerName { get; set; }     public string ProductName { get; set; }     public int Quantity { get; set; }     public decimal TotalPrice { get; set; }     public override string ToString() // 重写 ToString() 定义输出格式     {         return $"Customer: {CustomerName}nProduct: {ProductName}nQuantity: {Quantity}nTotal Price: {TotalPrice}";     } } // 生成器接口 public interface IBuilder {     OrderBuilder SetCustomer(string customerName);     OrderBuilder AddProduct(string productName, int quantity, decimal price);     Order Build(); } // 订单生成器，实现接口 IBuilder public class OrderBuilder : IBuilder {     private Order order;     public OrderBuilder()     {         order = new Order();     }     public OrderBuilder SetCustomer(string customerName)     {         order.CustomerName = customerName;         return this;     }     public OrderBuilder AddProduct(string productName, int quantity, decimal price)     {         order.ProductName = productName;         order.Quantity = quantity;         order.TotalPrice = quantity * price;         return this;     }     public Order Build() // 最后返回创建的 Order 对象     {         return order;     } } // 订单导向器，完成具体的构建步骤 public class OrderDirector {     private IBuilder builder;     public OrderDirector(IBuilder builder)     {         this.builder = builder;     }     public Order Construct(string customerName, string productName, int quantity, decimal price)     {         builder.SetCustomer(customerName)             .AddProduct(productName, quantity, price);         return builder.Build();     } }

结果输出：

再试着扩展一下：（这里简单举个例子，线上和线下订单区别在是否有购买者用户名）

点击展开示例代码线上线下订单生成

// 测试一下 public class Program {     static void Main(string[] args)     {         OnlineOrderBuilder onlinebuilder = new OnlineOrderBuilder();         OrderDirector director_on = new OrderDirector(onlinebuilder);         director_on.Construct(1, "AutoMation1", "Product ABC", 2, 10.99m, "John Doe");         var order_on = onlinebuilder.Build();         Console.WriteLine($"order_online-{order_on}");          OfflineOrderBuilder offlinebuilder = new OfflineOrderBuilder();         OrderDirector director_off = new OrderDirector(offlinebuilder);         director_off.Construct(2, "AutoMation1", "Product 123", 2, 5.6m);         var order_off = offlinebuilder.Build();         Console.WriteLine($"order_offline-{order_off}");          Console.ReadLine();     } } // 生成器接口 public interface IBuilder {     IBuilder SetProductLine(string customerName);     IBuilder AddProduct(string productName, int quantity, decimal price);     IBuilder SetUsername(string username);     object Build(); } // 线上订单类 public class OnlineOrder {     public string ProductLine { get; set; }     public string ProductName { get; set; }     public int Quantity { get; set; }     public decimal TotalPrice { get; set; }     public string UserName { get; set; } // 区别就在于线上有用户名     public override string ToString() // 重写 ToString() 定义输出格式     {         return $"OnlineOrder-ProductLine: {ProductLine}nProduct: {ProductName}nQuantity: {Quantity}nTotal Price: {TotalPrice}nUser Name: {UserName} n";     } } // 线上订单生成器，实现接口 IBuilder public class OnlineOrderBuilder : IBuilder {     private OnlineOrder online_order;     public OnlineOrderBuilder()     {         online_order = new OnlineOrder();     }     public IBuilder SetProductLine(string productline)     {         online_order.ProductLine = productline;         return this;     }     public IBuilder AddProduct(string productName, int quantity, decimal price)     {         online_order.ProductName = productName;         online_order.Quantity = quantity;         online_order.TotalPrice = quantity * price;         return this;     }     public IBuilder SetUsername(string username)     {         online_order.UserName = username;         return this;     }     public object Build() // 最后返回创建的 Order 对象     {         return online_order;     } } // 线下订单类 public class OfflineOrder {     public string ProductLine { get; set; }     public string ProductName { get; set; }     public int Quantity { get; set; }     public decimal TotalPrice { get; set; }     public override string ToString() // 重写 ToString() 定义输出格式     {         return $"OfflineOrder-ProductLine: {ProductLine}nProduct: {ProductName}nQuantity: {Quantity}nTotal Price: {TotalPrice}";     } } // 线下订单生成器，实现接口 IBuilder public class OfflineOrderBuilder : IBuilder {     private OfflineOrder offline_order;     public OfflineOrderBuilder()     {         offline_order = new OfflineOrder();     }     public IBuilder SetProductLine(string productline)     {         offline_order.ProductLine = productline;         return this;     }     public IBuilder AddProduct(string productName, int quantity, decimal price)     {         offline_order.ProductName = productName;         offline_order.Quantity = quantity;         offline_order.TotalPrice = quantity * price;         return this;     }     public IBuilder SetUsername(string username)     {         return this;     }     public object Build() // 最后返回创建的 Order 对象     {         return offline_order;     } } // 订单导向器，完成具体的构建步骤 public class OrderDirector {     private IBuilder builder;     public OrderDirector(IBuilder builder)     {         this.builder = builder;     }     public void Construct(int ordertype, string productline, string productName, int quantity, decimal price, string username="")     {         builder.SetProductLine(productline)             .AddProduct(productName, quantity, price);         switch (ordertype)         {             case 1:                 OperationOnlineOrder(builder, username);                 break;             case 2:                 OperationOffOrder(builder);                 break;         }     }     public IBuilder OperationOnlineOrder(IBuilder builder, string username)      {         return builder.SetUsername(username);     }     public IBuilder OperationOffOrder(IBuilder builder)     {         return builder;     } }

结果输出：

二、生成器模式结构

根据上一章节的示例代码，简单画一个 UML 图，如下：

IBuilder：为创建一个 Order 对象的各个信息而指定抽象接口。

OrderBuilder：实现 IBuilder 的接口以构造和装配该订单的各个部件；定义并明确它所创建的表示；提供一个获取订单的接口。

OrderDirector：构造一个使用 IBuilder 接口的对象。

Order：表示被构造的复杂对象。OrderBuilder 创建该订单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。

三、在 .Net 框架中的实际应用

例如在 WebAPI 项目中的 Program.cs 文件中的主方法 Main()，CreateHostBuilder(args).Build().Run()在 WebHost 构建时采用了生成器模式。

public class Program {     public static void Main(string[] args)     {         CreateHostBuilder(args).Build().Run();     }      public static IHostBuilder CreateHostBuilder(string[] args) =>         Host.CreateDefaultBuilder(args)             .ConfigureWebHostDefaults(webBuilder =>             {                 webBuilder.UseStartup<Startup>();             }); }

其生成器接口定义如下，其中 Configure 系列的配置方法均返回构建器接口类，以便在构建时，可以方便的对配置进行连续配置，这也是链式调用的经典场景之一。例如，构建时可以使用CreateHostBuilder(args).ConfigureAppConfiguration(a=>a.builder()).ConfigureServices((builder,s)=>s.register()).Build();，这样感觉像一个流水线机器一样，逐步构建完毕各个部分，最后生成出预制件。

// Microsoft.Extensions.Hosting.Abstractions, Version=5.0.0.0, Culture=neutral, PublicKeyToken=adb9793829ddae60 // Microsoft.Extensions.Hosting.IHostBuilder using System; using System.Collections.Generic; using Microsoft.Extensions.Configuration; using Microsoft.Extensions.DependencyInjection; using Microsoft.Extensions.Hosting;  public interface IHostBuilder { 	IDictionary<object, object> Properties { get; }  	IHostBuilder ConfigureHostConfiguration(Action<IConfigurationBuilder> configureDelegate);  	IHostBuilder ConfigureAppConfiguration(Action<HostBuilderContext, IConfigurationBuilder> configureDelegate);  	IHostBuilder ConfigureServices(Action<HostBuilderContext, IServiceCollection> configureDelegate);  	IHostBuilder UseServiceProviderFactory<TContainerBuilder>(IServiceProviderFactory<TContainerBuilder> factory);  	IHostBuilder UseServiceProviderFactory<TContainerBuilder>(Func<HostBuilderContext, IServiceProviderFactory<TContainerBuilder>> factory);  	IHostBuilder ConfigureContainer<TContainerBuilder>(Action<HostBuilderContext, TContainerBuilder> configureDelegate);  	IHost Build(); }

四、相关模式

AbstractFactory 与 Builder 相似，因为它也可以创建复杂对象。主要区别是 Builder 模式侧重于一步步构造一个复杂的对象，而 AbstractFactory 侧重于多个系列的产品对象（简单或复杂的）。Builder 在最后一步返回产品，而 AbstractFactory 产品时立即返回的。

另外，Composite 组合模式是用 Builder 生成的。

参考： https://www.cnblogs.com/zhuYears/archive /2012/05/25/2518008.html https://www.cnblogs.com/gaochundong/p/design_pattern_builder.html https://juejin.cn/post/6991323757335805960

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