.NET 設計模式（4）：建造者模式——分步驟構建複雜物件的導演術

前言：當「創建」變成「構建」

工廠模式解決「創建什麼」，建造者模式（Builder Pattern）解決「如何一步步構建」。當物件擁有複雜內部結構、多個構成部件、且構建順序固定但部件實作多變時，建造者模式大放異彩：將一個複雜物件的構建與其表示分離，使得相同的構建過程可以創建不同的表示（GoF）。

生活類比：快餐店兒童套餐

• 產品：兒童套餐（主餐+副餐+飲料+玩具）
• 建造者：廚房人員（依步驟組裝）
• 導演者：櫃台人員（知悉套餐構建算法：先主餐、再飲料、最後玩具）
• 客戶：顧客（選擇 1 號/2 號套餐，不關心組裝細節）

KFC 套餐實戰完整實現

1. 產品類別

public class Food {
    private Hashtable _items = new Hashtable();
    public void Add(string name, string price) => _items.Add(name, price);
    public void Show() {
        Console.WriteLine("Food List:\n------------------------------");
        foreach (DictionaryEntry item in _items) 
            Console.WriteLine($"{item.Key}:\t{item.Value}");
        Console.WriteLine("------------------------------");
    }
}

2. 抽象建造者：定義構建步驟介面

public abstract class Builder {
    public abstract void BuildHamburger();
    public abstract void BuildCoke();
    public abstract void BuildChips();
    public abstract Food GetResult();
}

3. 具體建造者：實作特定風格部件

public class NormalBuilder : Builder {
    private Food _food = new Food();
    public override void BuildHamburger() => _food.Add("NormalHamburger", "￥10.50");
    public override void BuildCoke() => _food.Add("Coke", "￥4.50");
    public override void BuildChips() => _food.Add("Chips", "￥2.00");
    public override Food GetResult() => _food;
}

public class GoldBuilder : Builder {
    private Food _food = new Food();
    public override void BuildHamburger() => _food.Add("GoldHamburger", "￥13.50");
    public override void BuildCoke() => _food.Add("Coke", "￥4.50");
    public override void BuildChips() => _food.Add("Chips", "￥3.50");
    public override Food GetResult() => _food;
}

4. 導演者：封裝固定構建算法

public class FoodManager {
    public void Construct(Builder builder) {
        builder.BuildHamburger(); // 步驟 1
        builder.BuildCoke();      // 步驟 2
        builder.BuildChips();     // 步驟 3（算法固定不變）
    }
}

5. 客戶端：配置與啟動

public class Client {
    public static void Main() {
        var manager = new FoodManager();
        Console.Write("Enter Food No (1=Normal, 2=Gold): ");
        string no = Console.ReadLine();
        string builderType = ConfigurationManager.AppSettings["No" + no]; // "NormalBuilder" 或 "GoldBuilder"
        
        Builder builder = (Builder)Assembly.Load("KFC").CreateInstance("KFC." + builderType);
        manager.Construct(builder);
        
        Food food = builder.GetResult();
        food.Show();
    }
}

建造者模式的演化變體

GoF 指出可根據複雜度簡化：

1. 省略抽象建造者：僅一種具體建造者時，Director 直接依賴 ConcreteBuilder
2. 省略導演者：建造者自身掌控構建順序，Client 直接呼叫 builder.Construct()
3. 合併建造者與產品：部件固定、永不變化時，產品自行構建（如 StringBuilder）

另一實戰範例：房屋建造

public interface IHouse {
    bool HasBackyard { get; }
    long RoomCount { get; }
    string Description { get; }
}
public class Apartment : IHouse { /* 無後院、3 房 */ }
public class SingleFamilyHome : IHouse { /* 有後院、5 房 */ }

public class Director {
    public IHouse BuildHouse(bool hasBackyard) 
        => hasBackyard ? new SingleFamilyHome() : new Apartment();
}

此例中導演者直接實例化產品（簡化版建造者），展示「導演者知悉算法、建造者實作細節」的核心分工。

.NET 生態中的建造者身影

• StringBuilder：最經典的簡化版建造者，Append 系列方法構建字串，ToString() 獲取結果
• UriBuilder：分步驟設定 Scheme、Host、Port、Path、Query，最後 .Uri 產出
• DbConnectionStringBuilder：強型別設定連線字串參數，防止注入與拼接錯誤
• Expression Tree：Expression.Block、Expression.Lambda 等構建邏輯樹
• ASP.NET Core IApplicationBuilder：UseMiddleware 鏈式構建中介軟體管線
• Fluent API / Method Chaining：現代 API 設計常用建造者模式實現流暢介面

建造者 vs 抽象工廠 vs 工廠方法

關鍵差異：建造者強調「構建過程（算法）」，抽象工廠強調「產品族一致性」，工廠方法強調「單一物件延遲綁定」。

實作要點與最佳實踐

1. 產品通常無需抽象基類：不同建造者產出的產品差異可能極大（如 XML vs JSON vs PDF），強行抽象反而束縛
2. 建造者介面方法可為虛擬預設實作：非抽象方法，預設空實作，具體建造者僅覆寫所需步驟
3. 導演者封裝演算法：構建順序、邏輯判斷（如條件性步驟）集中在 Director，Builder 單純執行
4. 常與組合模式結合：產品為樹狀結構時，Builder 負責構建節點關係
5. 流暢介面：現代風格讓 Builder 方法回傳 this，支援鏈式呼叫 builder.SetA().SetB().Build()

適用場景判斷

以下情況適用建造者模式：

• 產品擁有複雜內部結構（多層巢狀、多組件）
• 產品屬性間有相依順序（必須先設 A 再設 B）
• 構建過程需用到外部服務/資源，不宜放入建構子
• 相同構建算法需產出不同表示（如同一報表資料導出 Excel/PDF/HTML）
• 不可變物件構建（Builder 累積狀態，Build() 瞬間凍結產出 Immutable 物件）

總結

建造者模式的本質是「解耦構建演算法與部件實作」。導演者知道「做什麼、按什麼順序」，建造者知道「怎麼做具體步驟」，產品只是結果承載者。這種分離讓系統在面對「新增部件類型」、「調整構建順序」、「替換整個產品表示」等變化時，都能從容應對。從 StringBuilder 到 ASP.NET Core 中介軟體管線，建造者模式是構建複雜物件圖的基石藝術。