c++注意点（12）----设计模式（生成器）

创建型模式

        生成器模式（Builder Pattern）是一种创建型设计模式，它专注于将复杂对象的构建过程与表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

        就像是做饭，你可以自己慢慢做，各个步骤自己选择。而使用生成器就像是预制菜，所有的最后菜的样子，已经规划好了。你只能从中选择一个。

为什么需要生成器模式？

        当我们需要创建具有复杂内部结构的对象（比如包含多个部件、构建步骤繁琐或有多种配置方式的对象）时，直接在构造函数中处理会导致：

  • 构造函数参数过多，难以维护（比如创建一个 "电脑" 对象，需要指定 CPU、内存、硬盘、显卡等十几种参数）；
  • 不同配置的对象需要不同的构建逻辑，导致代码臃肿；
  • 构建过程与对象表示耦合，无法灵活切换不同的构建方式

举个生活中的例子

想象你去电脑店组装一台电脑，整个过程其实很复杂：

  1. 需要选很多零件（CPU、内存、硬盘、显卡等）；
  2. 零件之间有搭配要求（比如主板要兼容 CPU）；
  3. 组装有固定步骤（先装主板，再插 CPU，最后装机箱）；
  4. 不同需求选的零件不同（办公用不需要好显卡，游戏用需要大内存）。

如果没有生成器模式，就像你自己去买零件、自己组装：

  • 要记住所有零件型号和搭配规则，很容易出错；
  • 每次换配置（比如从办公电脑换成游戏电脑），都要重新学一遍选零件和组装的流程；
  • 步骤错了（比如先装显卡再装主板），可能装不上。

生成器模式就像请了一个专业装机师傅（生成器）和一个客户经理（指挥者）：

  • 你只需要告诉客户经理 “我要一台办公电脑”，不用管具体零件和步骤；
  • 装机师傅知道所有零件搭配规则和组装顺序，会按步骤一步步装好；
  • 想换游戏电脑？换一个擅长装游戏电脑的师傅（另一个生成器）就行，你不用学新东西。

示例

#include <iostream>
#include <string>// 最终产品：电脑
class Computer {
private:std::string cpu_;       // 处理器std::string memory_;    // 内存std::string hardDisk_;  // 硬盘std::string graphics_;  // 显卡std::string power_;     // 电源public:// 设置各部件（让生成器可以修改内部属性）void setCPU(const std::string& cpu) { cpu_ = cpu; }void setMemory(const std::string& memory) { memory_ = memory; }void setHardDisk(const std::string& hardDisk) { hardDisk_ = hardDisk; }void setGraphics(const std::string& graphics) { graphics_ = graphics; }void setPower(const std::string& power) { power_ = power; }// 获取各部件信息std::string getCPU() const { return cpu_; }std::string getMemory() const { return memory_; }std::string getHardDisk() const { return hardDisk_; }std::string getGraphics() const { return graphics_; }std::string getPower() const { return power_; }// 显示电脑配置void showConfig() const {std::cout << "电脑配置：\n";std::cout << "CPU：" << cpu_ << "\n";std::cout << "内存：" << memory_ << "\n";std::cout << "硬盘：" << hardDisk_ << "\n";std::cout << "显卡：" << graphics_ << "\n";std::cout << "电源：" << power_ << "\n\n";}
};// 生成器接口（抽象类）：定义组装步骤
class Builder {
protected:Computer computer_;  // 正在组装的电脑public:// 纯虚函数：组装各部件的步骤virtual void buildCPU() = 0;virtual void buildMemory() = 0;virtual void buildHardDisk() = 0;virtual void buildGraphics() = 0;virtual void buildPower() = 0;// 返回组装好的电脑virtual Computer getComputer() {return computer_;}// 虚析构函数virtual ~Builder() = default;
};// 具体生成器1：办公电脑生成器
class OfficeBuilder : public Builder {
public:void buildCPU() override {computer_.setCPU("英特尔 i5（入门级）");std::cout << "安装办公电脑CPU：" << computer_.getCPU() << "\n";}void buildMemory() override {computer_.setMemory("8G DDR4");std::cout << "安装办公电脑内存：" << computer_.getMemory() << "\n";}void buildHardDisk() override {computer_.setHardDisk("512G 固态硬盘");std::cout << "安装办公电脑硬盘：" << computer_.getHardDisk() << "\n";}void buildGraphics() override {computer_.setGraphics("集成显卡");std::cout << "安装办公电脑显卡：" << computer_.getGraphics() << "\n";}void buildPower() override {computer_.setPower("300W 电源");std::cout << "安装办公电脑电源：" << computer_.getPower() << "\n";}
};// 具体生成器2：游戏电脑生成器
class GameBuilder : public Builder {
public:void buildCPU() override {computer_.setCPU("英特尔 i7（高性能）");std::cout << "安装游戏电脑CPU：" << computer_.getCPU() << "\n";}void buildMemory() override {computer_.setMemory("16G DDR5");std::cout << "安装游戏电脑内存：" << computer_.getMemory() << "\n";}void buildHardDisk() override {computer_.setHardDisk("1T 固态硬盘");std::cout << "安装游戏电脑硬盘：" << computer_.getHardDisk() << "\n";}void buildGraphics() override {computer_.setGraphics("RTX 4060 独立显卡");std::cout << "安装游戏电脑显卡：" << computer_.getGraphics() << "\n";}void buildPower() override {computer_.setPower("500W 电源");std::cout << "安装游戏电脑电源：" << computer_.getPower() << "\n";}
};// 指挥者：负责控制组装流程
class Director {
private:Builder* builder_;  // 指向当前使用的生成器public:// 构造函数：传入生成器Director(Builder* builder) : builder_(builder) {}// 指挥组装电脑（固定步骤）Computer construct() {std::cout << "开始组装电脑...\n";builder_->buildCPU();builder_->buildMemory();builder_->buildHardDisk();builder_->buildGraphics();builder_->buildPower();std::cout << "组装完成！\n\n";return builder_->getComputer();}
};// 客户端：用户购买电脑
int main() {// 1. 准备生成器（装机师傅）OfficeBuilder officeBuilder;  // 办公电脑装机师傅GameBuilder gameBuilder;      // 游戏电脑装机师傅// 2. 准备指挥者（客户经理）Director director(nullptr);// 3. 组装办公电脑std::cout << "=== 组装办公电脑 ===\n";director = Director(&officeBuilder);  // 安排办公装机师傅Computer officeComputer = director.construct();  // 开始组装officeComputer.showConfig();  // 查看配置// 4. 组装游戏电脑std::cout << "=== 组装游戏电脑 ===\n";director = Director(&gameBuilder);  // 换游戏装机师傅Computer gameComputer = director.construct();  // 开始组装gameComputer.showConfig();  // 查看配置return 0;
}

        当然。有些参数是不一定使用的，可以选择使用哪些。那么这里给出第二个示例，用于参考，额外的参数配置部分。

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>// 电脑产品（支持可选配件）
class Computer {
private:std::string cpu_;        // 必选：CPUstd::string memory_;     // 必选：内存std::string hardDisk_;   // 必选：硬盘std::string graphics_;   // 可选：显卡（核显/独显）std::string power_;      // 必选：电源std::vector<std::string> extras_; // 可选：额外配件（如散热器、蓝牙模块）public:// 设置必选部件void setCPU(const std::string& cpu) { cpu_ = cpu; }void setMemory(const std::string& memory) { memory_ = memory; }void setHardDisk(const std::string& hardDisk) { hardDisk_ = hardDisk; }void setPower(const std::string& power) { power_ = power; }// 设置可选部件void setGraphics(const std::string& graphics) { graphics_ = graphics; }void addExtra(const std::string& extra) { extras_.push_back(extra); }// 获取部件信息（用于生成器输出）std::string getCPU() const { return cpu_; }std::string getMemory() const { return memory_; }std::string getHardDisk() const { return hardDisk_; }std::string getGraphics() const { return graphics_; }std::string getPower() const { return power_; }// 显示配置（区分必选和可选）void showConfig() const {std::cout << "===== 电脑配置 =====" << "\n";std::cout << "【必选部件】\n";std::cout << "CPU：" << cpu_ << "\n";std::cout << "内存：" << memory_ << "\n";std::cout << "硬盘：" << hardDisk_ << "\n";std::cout << "电源：" << power_ << "\n";std::cout << "\n【可选部件】\n";std::cout << "显卡：" << (graphics_.empty() ? "无（使用核显）" : graphics_) << "\n";std::cout << "额外配件：";if (extras_.empty()) {std::cout << "无";}else {for (const auto& extra : extras_) {std::cout << extra << "、";}}std::cout << "\n====================\n\n";}
};// 生成器接口（支持可选步骤）
class Builder {
protected:Computer computer_;public:// 必选步骤（纯虚函数，必须实现）virtual void buildCPU() = 0;virtual void buildMemory() = 0;virtual void buildHardDisk() = 0;virtual void buildPower() = 0;// 可选步骤（虚函数，默认空实现，可选择性重写）virtual void buildGraphics() {}  // 可选：装独立显卡virtual void addExtra(const std::string& extra) {  // 可选：加配件computer_.addExtra(extra);}virtual Computer getComputer() { return computer_; }virtual ~Builder() = default;
};// 具体生成器1：极简办公电脑（不选独显，不加额外配件）
class MinimalOfficeBuilder : public Builder {
public:void buildCPU() override {computer_.setCPU("英特尔 i3（低功耗）");std::cout << "安装CPU：" << computer_.getCPU() << "\n";}void buildMemory() override {computer_.setMemory("4G DDR4");std::cout << "安装内存：" << computer_.getMemory() << "\n";}void buildHardDisk() override {computer_.setHardDisk("256G 固态硬盘");std::cout << "安装硬盘：" << computer_.getHardDisk() << "\n";}void buildPower() override {computer_.setPower("200W 电源");std::cout << "安装电源：" << computer_.getPower() << "\n";}// 不重写buildGraphics()，使用默认空实现（不装独显）// 不调用addExtra()，所以无额外配件
};// 具体生成器2：高端游戏电脑（选独显，加多个配件）
class HighEndGameBuilder : public Builder {
public:void buildCPU() override {computer_.setCPU("AMD Ryzen 9（旗舰级）");std::cout << "安装CPU：" << computer_.getCPU() << "\n";}void buildMemory() override {computer_.setMemory("32G DDR5");std::cout << "安装内存：" << computer_.getMemory() << "\n";}void buildHardDisk() override {computer_.setHardDisk("2T 固态硬盘");std::cout << "安装硬盘：" << computer_.getHardDisk() << "\n";}void buildPower() override {computer_.setPower("800W 金牌电源");std::cout << "安装电源：" << computer_.getPower() << "\n";}// 重写可选步骤：安装独显void buildGraphics() override {computer_.setGraphics("RTX 4090 独显");std::cout << "安装显卡：" << computer_.getGraphics() << "\n";}
};// 指挥者（支持灵活调整步骤）
class Director {
private:Builder* builder_;public:Director(Builder* builder) : builder_(builder) {}// 基础组装（只包含必选步骤）Computer buildBasic() {std::cout << "=== 开始基础组装（必选部件）===\n";builder_->buildCPU();builder_->buildMemory();builder_->buildHardDisk();builder_->buildPower();std::cout << "基础组装完成！\n";return builder_->getComputer();}// 完整组装（必选+可选步骤）Computer buildComplete() {std::cout << "\n=== 开始完整组装（必选+可选）===\n";Computer basic = buildBasic();  // 复用基础组装逻辑builder_->buildGraphics();      // 可选：装显卡builder_->addExtra("水冷散热器"); // 可选：加配件builder_->addExtra("蓝牙模块");   // 可选：加配件std::cout << "完整组装完成！\n";return builder_->getComputer();}
};// 客户端：灵活定制不同配置
int main() {// 1. 组装极简办公电脑（只装必选部件）MinimalOfficeBuilder officeBuilder;Director officeDirector(&officeBuilder);Computer officePC = officeDirector.buildBasic();  // 只调用必选步骤officePC.showConfig();// 2. 组装高端游戏电脑（必选+可选部件）HighEndGameBuilder gameBuilder;Director gameDirector(&gameBuilder);Computer gamePC = gameDirector.buildComplete();  // 调用必选+可选步骤gamePC.showConfig();// 3. 临时加配件（生成器模式支持中途调整）std::cout << "给办公电脑临时加一个配件：\n";officeBuilder.addExtra("无线网卡");officePC = officeBuilder.getComputer();officePC.showConfig();return 0;
}

优势

        1.使用生成器模式可避免 “重叠构造函数 （telescoping constructor）” 的出现。

         假设你的构造函数中有十个可选参数， 那么调用该函数会非常不方便； 因此， 你需要重载这个构造函数， 新建几个只有较少参数的简化版。 但这些构造函数仍需调用主构造函数， 传递一些默认数值来替代省略掉的参数。

class Pizza {Pizza(int size) { …… }Pizza(int size, boolean cheese) { …… }Pizza(int size, boolean cheese, boolean pepperoni) { …… }
//............

        生成器模式让你可以分步骤生成对象， 而且允许你仅使用必须的步骤。 应用该模式后， 你再也不需要将几十个参数塞进构造函数里了。

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