设计模式Python版 建造者模式

前言

GOF设计模式分三大类：

• 创建型模式：关注对象的创建过程，包括单例模式、简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、原型模式和建造者模式。
• 结构型模式：关注类和对象之间的组合，包括适配器模式、桥接模式、组合模式、装饰模式、外观模式、享元模式和代理模式。
• 行为型模式：关注对象之间的交互，包括职责链模式、命令模式、解释器模式、迭代器模式、中介者模式、备忘录模式、观察者模式、状态模式、策略模式、模板方法模式和访问者模式。

一、建造者模式

建造者模式（Builder Pattern）

• 定义：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。

• 解决问题：如何一步步创建一个包含多个组成部分的复杂对象？

• 使用场景：

  • 建造者模式向客户端返回的不是一个简单的产品，而是一个由多个部件组成的复杂产品。
  • 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。

• 组成：

  • 复杂产品（Product）：最终要构建的复杂对象。 复杂对象是指那些包含多个成员变量的对象，这些成员变量也称为部件或零件。

  • 抽象建造者（Builder）：为一个抽象接口，定义了构建产品的各个部件的操作。

  • 具体建造者（Concrete Builder）：实现抽象建造者的接口，定义并明确各个部件的具体实现。

  • （可省略）指挥者（Director）：负责安排已有模块的构建顺序，它主要用来控制产品的创建过程。

• 优点：

  • 客户端无须知道复杂对象的内部组成部分与装配方式，只需要知道所需的建造者类型即可。
  • 建造者模式关注如何一步一步地创建一个复杂对象，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。
  • 可以更加精细地控制产品的创建过程。

• 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。否则不适用。

二、建造者模式示例

使用建造者模式来实现游戏角色的创建

• ActorController充当指挥者，ActorBuilder充当抽象建造者，HeroBuilder、AngelBuilder和DevilBuilder充当具体建造者，Actor充当复杂产品。

"""复杂产品"""

class Actor:
    def __init__(self, type=None, sex=None, face=None, costume=None, hairstyle=None):
        self.type = type
        self.sex = sex
        self.face = face
        self.costume = costume
        self.hairstyle = hairstyle


"""抽象建造者"""

class ActorBuilder:
    def __init__(self):
        self.actor = Actor()

    def build_type(self):
        raise NotImplementedError

    def build_sex(self):
        raise NotImplementedError

    def build_face(self):
        raise NotImplementedError

    def build_costume(self):
        raise NotImplementedError

    def build_hairstyle(self):
        raise NotImplementedError

    def create_actor(self) -> Actor:
        return self.actor


"""具体建造者"""

class HeroBuilder(ActorBuilder):
    def build_type(self):
        self.actor.type = "英雄"

    def build_sex(self):
        self.actor.sex = "男"

    def build_face(self):
        self.actor.face = "英俊"

    def build_costume(self):
        self.actor.costume = "盔甲"

    def build_hairstyle(self):
        self.actor.hairstyle = "飘逸"


class AngelBuilder(ActorBuilder):
    def build_type(self):
        self.actor.type = "天使"

    def build_sex(self):
        self.actor.sex = "女"

    def build_face(self):
        self.actor.face = "漂亮"

    def build_costume(self):
        self.actor.costume = "白裙"

    def build_hairstyle(self):
        self.actor.hairstyle = "披肩长发"


"""指挥者"""

class ActorController:
    def construct(self, ab: ActorBuilder):
        ab.build_type()
        ab.build_sex()
        ab.build_face()
        ab.build_costume()
        ab.build_hairstyle()
        return ab.create_actor()

引入配置文件config.json

{
    "class_name": "AngelBuilder"
}

读取配置文件的工具类JsonUtil

# 模块 utils.py
from pathlib import Path
import json


class JsonUtil:
    @staticmethod
    def get_class_name():
        """读取配置文件，返回配置文件中的配置"""
        path = Path("config.json")
        contents = path.read_text(encoding="utf-8")
        conf = json.loads(contents)
        return conf.get("class_name", None)

客户端代码

import actors
from actors import Actor, ActorBuilder, ActorController
from utils import JsonUtil


def display(actor: Actor):
    print(f"类型：{actor.type}")
    print(f"性别：{actor.sex}")
    print(f"面容：{actor.face}")
    print(f"服装：{actor.costume}")
    print(f"发型：{actor.hairstyle}")


class_name = JsonUtil.get_value("class_name")
klass = getattr(actors, class_name, None)
if klass:
    ab: ActorBuilder = klass()  # 反射生成具体建造者对象
    ac = ActorController()
    actor = ac.construct(ab)  # 通过指挥者创建完整的建造者对象
    display(actor)

输出结果

类型：天使
性别：女      
面容：漂亮    
服装：白裙    
发型：披肩长发

三、省略指挥者（建议）

当construct()方法较为简单时，建议省略指挥者。简化了系统结构，但加重了抽象建造者类的职责。

• 将construct()方法直接放在抽象建造者中，具体建造者可以沿用或改写construct()方法。

"""复杂产品（不变）"""


"""抽象建造者（用construct()方法替换原来的create_actor()方法）"""

class ActorBuilder:
    def __init__(self):
        self.actor = Actor()

    def build_type(self):
        raise NotImplementedError

    def build_sex(self):
        raise NotImplementedError

    def build_face(self):
        raise NotImplementedError

    def build_costume(self):
        raise NotImplementedError

    def build_hairstyle(self):
        raise NotImplementedError

    def construct(self) -> Actor:
        self.build_type()
        self.build_sex()
        self.build_face()
        self.build_costume()
        self.build_hairstyle()
        return self.actor
    
    
"""具体建造者（不变）"""


"""指挥者(可以删除)"""

客户端代码

import actors
from actors import Actor, ActorBuilder
from utils import JsonUtil


def display(actor: Actor):
    print(f"类型：{actor.type}")
    print(f"性别：{actor.sex}")
    print(f"面容：{actor.face}")
    print(f"服装：{actor.costume}")
    print(f"发型：{actor.hairstyle}")


class_name = JsonUtil.get_value("class_name")
klass = getattr(actors, class_name, None)
if klass:
    ab: ActorBuilder = klass()  # 反射生成具体建造者对象
    actor = ab.construct()
    display(actor)

四、钩子方法的引入

钩子方法的返回类型通常为boolean类型，方法名一般为isxx()。

• 钩子方法定义在抽象建造者类中，提供默认的实现，对应的具体建造者可以覆盖钩子方法。例如：

"""抽象建造者"""
class ActorBuilder:
    #...
    
    def is_bareheaded(self):
        return False
    
    #...

• construct()方法的作用是：实现更加精细地控制产品的创建过程。
• 通过在construct()方法中，配合使用钩子方法，实现更灵活的建造过程。

"""抽象建造者"""
class ActorBuilder:
	#...
    
    def construct(self) -> Actor:
        self.build_type()
        self.build_sex()
        self.build_face()
        self.build_costume()
        if not self.is_bareheaded():
            self.build_hairstyle()
        return self.actor
    
    #...

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