建造者模式（Builder Pattern）是23種經典設計模式中的創建型模式之一，其核心思想是將復雜對象的構建過程與其表示分離，使得同樣的構建流程可以生成不同結構或配置的對象。以下從定義、結構、應用場景、優缺點及代碼示例展開分析：

一、模式定義

建造者模式通過分步構建復雜對象，將對象的構造邏輯（如部件創建、組裝順序）封裝在獨立的建造者類中，客戶端只需指定建造者類型即可獲得最終產品，無需了解內部細節。
類比：如同在餐廳點餐，顧客只需選擇套餐類型（如A套餐、B套餐），廚師（建造者）會按固定流程準備食材（部件）并組合成完整餐品（產品）。

二、模式結構

建造者模式通常包含以下角色：

1.產品（Product）

復雜對象，由多個部件組成（如汽車由引擎、輪胎、車身等部件構成）。

2.抽象建造者（Builder）

定義創建產品各部件的抽象方法（如buildEngine()、buildWheel()），并提供獲取最終產品的方法（如getVehicle()）。

3.具體建造者（ConcreteBuilder）

實現抽象建造者接口，具體定義部件的創建和組裝邏輯，返回不同配置的產品實例。

4.指揮者（Director）

封裝構建流程，調用建造者的方法按固定順序組裝產品（可選角色，客戶端也可直接調用建造者）。

三、應用場景

1.復雜對象構造

對象由多個部件構成，且部件創建步驟復雜（如計算機組裝需選擇CPU、內存、硬盤等）。

2.相同流程不同表示

構建過程穩定，但部件組合方式多樣（如汽車可組裝為SUV、跑車等不同型號）。

3.隔離構造與使用

客戶端無需關心對象內部細節，只需關注最終產品（如通過StringBuilder.append()逐步構建字符串，最后調用toString()獲取結果）。

4.可選部件處理

對象包含可選屬性，避免使用冗長的構造函數或Setter方法（如通過鏈式調用設置對象屬性）。

四、優缺點分析

1.優點

（1）解耦構建與表示：客戶端無需知道產品內部結構，只需指定建造者類型。
（2）擴展性強：新增具體建造者不影響現有代碼，符合開閉原則。
（3）控制構建細節：可靈活調整部件創建順序或條件（如根據配置選擇引擎類型）。

2.缺點

（1）類數量增加：需定義抽象建造者、具體建造者等額外類，系統復雜度上升。
（2）維護成本高：若產品內部結構變化，所有建造者均需修改。
（3）適用范圍有限：僅適用于部件數量多、構造過程復雜的對象。

五、代碼示例（C#）

以下是一個 完整的 C# 建造者模式示例，包含 產品類、抽象建造者、具體建造者、指揮者 和 客戶端調用，并支持 鏈式調用：

using System;// 1. 產品類（Computer）
public class Computer
{public string CPU { get; set; }public string RAM { get; set; }public string Storage { get; set; }public string GPU { get; set; }public bool HasKeyboard { get; set; }public bool HasMouse { get; set; }public override string ToString(){return $@"
Computer Configuration:CPU: {CPU}RAM: {RAM}Storage: {Storage}GPU: {GPU}Keyboard: {(HasKeyboard ? "Included" : "Not Included")}Mouse: {(HasMouse ? "Included" : "Not Included")}";}
}// 2. 抽象建造者（IComputerBuilder）
public interface IComputerBuilder
{IComputerBuilder SetCPU(string cpu);IComputerBuilder SetRAM(string ram);IComputerBuilder SetStorage(string storage);IComputerBuilder SetGPU(string gpu);IComputerBuilder IncludeKeyboard(bool include);IComputerBuilder IncludeMouse(bool include);Computer Build();
}// 3. 具體建造者（GamingComputerBuilder）
public class GamingComputerBuilder : IComputerBuilder
{private Computer _computer = new Computer();public IComputerBuilder SetCPU(string cpu) { _computer.CPU = cpu; return this; }public IComputerBuilder SetRAM(string ram) { _computer.RAM = ram; return this; }public IComputerBuilder SetStorage(string storage) { _computer.Storage = storage; return this; }public IComputerBuilder SetGPU(string gpu) { _computer.GPU = gpu; return this; }public IComputerBuilder IncludeKeyboard(bool include) { _computer.HasKeyboard = include; return this; }public IComputerBuilder IncludeMouse(bool include) { _computer.HasMouse = include; return this; }public Computer Build() { return _computer; }
}// 4. 指揮者（ComputerDirector）
public class ComputerDirector
{public Computer BuildGamingPC(IComputerBuilder builder){return builder.SetCPU("AMD Ryzen 9 5900X").SetRAM("64GB DDR4").SetStorage("2TB NVMe SSD").SetGPU("NVIDIA RTX 3080 Ti").IncludeKeyboard(true).IncludeMouse(true).Build();}public Computer BuildOfficePC(IComputerBuilder builder){return builder.SetCPU("Intel i5").SetRAM("16GB DDR4").SetStorage("512GB SSD").SetGPU("Integrated Graphics").IncludeKeyboard(false).IncludeMouse(false).Build();}
}// 5. 客戶端代碼
class Program
{static void Main(){// 使用指揮者構建標準配置var director = new ComputerDirector();var builder = new GamingComputerBuilder();Computer gamingPC = director.BuildGamingPC(builder);Computer officePC = director.BuildOfficePC(builder);Console.WriteLine("=== Standard Gaming PC ===");Console.WriteLine(gamingPC);Console.WriteLine("\n=== Standard Office PC ===");Console.WriteLine(officePC);// 直接鏈式調用自定義配置Computer customPC = new GamingComputerBuilder().SetCPU("Apple M1 Ultra").SetRAM("128GB").SetStorage("8TB SSD").SetGPU("AMD Radeon Pro").IncludeKeyboard(true).Build();Console.WriteLine("\n=== Custom PC ===");Console.WriteLine(customPC);}
}

關鍵設計點

1.鏈式調用

通過返回 IComputerBuilder 實現流暢接口（如 SetCPU().SetRAM().Build()）。

2.指揮者

封裝固定構建流程（如 BuildGamingPC()），適合重復性構造。

3.靈活性

既可通過指揮者快速構建標準配置，也可直接鏈式調用自定義配置。
適用于需要 分步構建復雜對象 且 支持多種配置 的場景（如電腦、汽車、報表生成等）。

六、模式變體與實際應用

1.鏈式調用

通過方法返回this實現鏈式調用（如new Computer.Builder().cpu(“i9”).ram(“32GB”).build()），簡化客戶端代碼。

2.與工廠模式結合

工廠模式關注對象創建，建造者模式關注對象構造過程，兩者可結合使用（如先通過工廠獲取建造者，再調用建造者組裝產品）。

3.JDK中的應用

StringBuilder、StringBuffer均采用建造者模式，通過append()方法逐步構建字符串，最后調用toString()獲取結果。

七、總結

建造者模式適用于構造復雜對象的場景，通過解耦構建過程與產品表示，提升代碼的靈活性和可維護性。其核心優勢在于分步構建和精細控制，但需權衡類數量增加帶來的復雜度。在實際開發中，可根據對象復雜度選擇是否引入指揮者角色，或直接使用鏈式調用的簡化形式。