python设计模式之建造者模式

建造者模式的适用范围：想要创建一个由多个部分组成的对象，而且它的构成需要一步接一步的完成。只有当各个部分都完成了，这个对象才完整。建造者模式表现为复杂对象的创建与表现相分离，这样，同一个过程就有不同的表现。

假设我们要创建一个HTML页面生成器就可以使用建造者模式。该模式中，有两个参与者：建造者(builder)和指挥者(director)。建造者负责创建负责对象的各个组成部分。在HTML例子中，这些组成部分包括：页面标题、文本标题、内容主体和页脚。指挥者使用一个建造者实例控制建造的过程。对于HTML示例，这里指调用建造者的函数设置页面标题、文本标题等。使用不同的建造者实例让我们可以创建不同的HTML页面，而无需更换指挥者代码。

1. 现实生活中的例子

快餐店使用的即是建造者设计模式。即使存在多种汉堡包（经典款、奶酪汉堡包等等）和不同的包装（大、中、小盒子等），准备一个汉堡包及打包（盒子或者纸袋）的流程都是一样的。两种汉堡包的区别在于表现，而不在于建造的过程。指挥者是出纳员，将需要准备什么餐品的指令传达给工作人员，即建造者。

2. 软件的例子

本文一开始提到的HTML例子，在django-widgy中得到了实际应用。django-widgy是一个Django的第三方树编辑器扩展，可用作内容管理系统。它包含一个网页构建器，用来创建具有不同布局的HTML页面。

django-query-builder是另一个基于建造者模式的Django第三方扩展库，该扩展库可用于动态地构建SQL查询。使用它，我们可以控制一个查询的方方面面，并能创建不同种类的查询。

3. 应用案例

如果我们知道一个对象必须经过多个步骤来创建，并且要求同一个构造过程可用于产生不同的表现，就可以使用建造者模式。例如页面生成器、文档转换器以及用户界面等等。

工厂模式与建造者模式的区别在于工厂模式以单个步骤创建对象，而建造者模式以多个步骤创建对象，且几乎始终使用一个指挥者。一些有针对性的建造者模式实现并未使用指挥者，如Java的StringBuffer。

另一个区别是，在工厂模式下，会立即返回一个创建好的对象；而在建造者模式下，仅需要时客户端代码才显示地请求指挥者返回最终的对象。

新电脑类比的例子可能会有助于区分建造者模式和工厂模式。假设你想买一台新电脑，如果决定购买一台特定的预配置的电脑型号，例如，最新的苹果1.4GHz Mac mini，则是使用工厂模式。所有硬件的规格都已经有制造商预先确定，制造商不用向你咨询就知道自己该做些什么，它们通常接收的仅仅是单条指令。代码如下

MINI14 = '1.4GHz Mac mini'
class AppleFactory:class MacMini14:def __init__(self):self.memory = 4 # 单位为GBself.hdd = 500 # 单位为GBself.gpu = 'Intel HD Graphics 5000'def __str__(self):info = ('Model: {}'.format(MINI14),'Memory: {}GB'.format(self.memory),'Hard Disk: {}GB'.format(self.hdd),'Graphics Card: {}'.format(self.gpu))return '\n'.join(info)def build_computer(self, model):if (model == MINI14):return self.MacMini14()else:print("I dont't know how to build {}".format(model))
if __name__ == '__main__':afac = AppleFactory()mac_mini = afac.build_computer(MINI14)print(mac_mini)

另一个选择是购买一台定制的PC。假若这样，使用的即是建造者模式。你是指挥者，向制造商（建造者）提供指令说明心中理想的电脑规格。

class Computer:def __init__(self, serial_number):self.serial = serial_numberself.memory = None # 单位为GBself.hdd = None # 单位为GBself.gpu = Nonedef __str__(self):info = ('Memory: {}GB'.format(self.memory),'Hard Disk: {}GB'.format(self.hdd),'Graphics Card: {}'.format(self.gpu))return '\n'.join(info)
class ComputerBuilder:def __init__(self):self.computer = Computer('AG23385193')def configure_memory(self, amount):self.computer.memory = amountdef configure_hdd(self, amount):self.computer.hdd = amountdef configure_gpu(self, gpu_model):self.computer.gpu = gpu_model
class HardwareEngineer:def __init__(self):self.builder = Nonedef construct_computer(self, memory, hdd, gpu):self.builder = ComputerBuilder()①[step for step in (self.builder.configure_memory(memory),self.builder.configure_hdd(hdd),self.builder.configure_gpu(gpu))]@propertydef computer(self):return self.builder.computer
def main():engineer = HardwareEngineer()engineer.construct_computer(hdd=500, memory=8, gpu='GeForce GTX 650 Ti')computer = engineer.computerprint(computer)
if __name__ == '__main__':main()

基本的变化是引入了一个建造者ComputerBuilder、一个指挥者HardwareEngineer以及一步接一步装配一台电脑的过程，这样现在就支持不同的配置了（注意， memory、 hdd及gpu是形参并未预先设置）。

4. 小结

本章中，我们学习了如何使用建造者设计模式。可以在工厂模式（工厂方法或抽象工厂）不
适用的一些场景中使用建造者模式创建对象。在以下几种情况下，与工厂模式相比，建造者模式
是更好的选择。

想要创建一个复杂对象（对象由多部分组成，且创建对象的过程结果许多步骤，也许这些步骤还需要特定的顺序）。
要求一个对象有许多不同的表现，并希望对象的构造与表现得耦合度低
想要在不同得时间创建对象

我们看到了快餐店如何将建造者模式用于准备食物，两个第三方Django扩展包（ django-widgy和django-query-builder）各自如何使用建造者模式来生成HTML页面和动态的SQL查询。我们重点学习了建造者模式与工厂模式之间的区别，通过对预先配置（工厂）电脑与客户定制（建造者）电脑进行订单类比来理清这两种设计模式。