曾经写了一篇 谈 C++17 里的 Factory 模式 ，起初又顺便肝了一篇 谈 C++17 里的 Singleton 模式 。看来是得要整一大堆了，对于懒惰的人来说这很麻烦。我不晓得是不是要打算会写残缺个 GoF 的集体了解以及新的的实现，缓缓看吧，做了就做了。
回顾下构建者模式，并应答做类库时遇到的构建者模板类应如何实作的问题。
Prologue
实际上，就我集体而言，真正地使用 builder pattern，反而是在 Java 开发经验中。流式接口也是如此。
Builder 模式就是为了分步骤结构一个对象用的，看图：
FROM: HERE
尽管很多时候咱们都只关怀 new 了对象后怎么操作它，然而有的时候有的场景里的确咱们只会关怀怎么 new 这个对象。这时候就是 Builder 了。
Builder Pattern
实践
Builder 模式是 Creational Patterns 中的一种。在 谈 C++17 里的 Factory 模式 中，咱们曾经介绍过创立型模式了，所以本文不再赘述了。
构建者模式的用意，就在于让你能够分步骤地构建简单对象，它容许你应用雷同（类似）的创立diamanté生产出不同类型和模式的对象。
对于 Builder 模式来说，一个重要的标记，只管这并不是规定但却往往约定俗成，就是以一个 .build() 调用作为完结。例如：
auto shape = Builder() .choose(Shape.Rect) // choose a factory .setColor(COLOR.RED) .setBorderWidth(1) .setFill(COLOR.GRAY) .build();canva.place(shape, Position.Default);Builder 模式并非必须得要采纳流式接口。
反而在很多时候咱们须要和交互对象协商一个抉择，并将这个决定设置到 Builder 结构者中。直到全副协商实现之后，才应用 builder.build() 构建出最终产品实例。
如同示例代码中给出的设想，咱们还能够糅合 Builder 和 Factory 模式（以及 Proxy 模式或者其它），让一个根本性的 Builder 去调用 concreted 的 FactoryBuilder 来构建多种产品。因为这往往须要较大篇幅的代码能力呈现出风貌，故而不再开展了。
C++ 实现
留神上面的示例都较长。
根本的
上面是一个规范的、根本的 builder pattern 案例。这个案例通过 email 的四个组成元素的分步结构来展现 builder pattern 的典型实现办法。
namespace hicc::dp::builder::basic { class email_builder; class email { public: ~email() {} friend class email_builder; // the builder can access email's privates static email_builder builder(); std::string to_string() const { std::stringstream ss; ss << " from: " << _from << "\n to: " << _to << "\nsubject: " << _subject << "\n body: " << _body; return ss.str(); } explicit email(std::string const &from, std::string const &to, std::string const &subject, std::string const &body) : _from(from) , _to(to) , _subject(subject) , _body(body) {} email(email &&o) { _from = o._from, _to = o._to, _subject = o._subject, _body = o._body; } email clone(email &&o) { email n{o._from, o._to, o._subject, o._body}; return n; } private: email() = default; // restrict construction to builder std::string _from{}, _to{}, _subject{}, _body{}; }; class email_builder { public: email_builder &from(const std::string &from) { _email->_from = from; return *this; } email_builder &to(const std::string &to) { _email->_to = to; return *this; } email_builder &subject(const std::string &subject) { _email->_subject = subject; return *this; } email_builder &body(const std::string &body) { _email->_body = body; return *this; } operator std::unique_ptr<email> &&() { return std::move(_email); // notice the move } auto build() { return std::move(_email); // not a best solution since concise is our primary intent } email_builder() : _email(std::make_unique<email>("", "", "", "")) {} private: std::unique_ptr<email> _email; }; inline email_builder email::builder() { return email_builder(); } inline std::ostream &operator<<(std::ostream &os, const email &email) { os << email.to_string(); return os; }} // namespace hicc::dp::builder::basicvoid test_builder_basic() { using namespace hicc::dp::builder::basic; // @formatter:off auto mail = email::builder() .from("me@mail.com") .to("you@mail.com") .subject("About Design Patterns") .body("There is a plan to write a book about cxx17 design patterns. It's good?") .build(); std::cout << *mail.get() << '\n'; // @formatter:on}而它的测试代码局部也呈现出了典型的流式调用格调。
示例代码提供了一种编码构造上的刻板伎俩，即通过 model class::builder() 取得构建者，在最初一步时以 builder.build() 来取得最终的 model class 实例对象。有时候刻板伎俩是最佳的抉择。确实，稍后咱们会看到一个 design pattern 其实现办法是能够多种多样的。然而放弃编码构造的相似性，将会有利于使用者在探视接口 API 时，尤其是通过 namespace 层级探视可用的接口时，无需额定文档地取得接口应用办法。
所以，代码本人可能阐明所有，这是你回避正文的正确伎俩。
额定提醒
为了因应 Modern C++ 格调，示例代码应用了 unique_ptr 来帮忙治理示例。为什么不应用 shared_ptr 呢？因为 shared_ptr 相对来说更惨重，它须要额定治理一套援用计数机制，所以间接应用 unique_ptr 而只在必要时（例如须要在多个容器中托管时）才思考应用 shared_ptr。
那采纳下面的固定范式，但我须要的是 shared_ptr 该怎么办呢，我可能把 unique_ptr 转换成 shared_ptr 语义吗？
这一点，并不是问题，挪动语义容许间接传送 u 到 s：
std::unique_ptr<std::string> unique = std::make_unique<std::string>("test");std::shared_ptr<std::string> shared = std::move(unique);甚至于：
std::shared_ptr<std::string> shared = std::make_unique<std::string>("test");所以在 build() 时你能够决定是否做显式的返回类型申明：
auto obj = builder.build(); // 失去 unique_ptr<T>std::shared_ptr<T> o = builder.build(); // 隐含一个挪动操作嵌入的
后面的示例中采纳了拆散的两个独立类的形式，这样显得类的构造以及依赖关系更清晰，但可能略微有点净化，因为在名字空间中会有一个产品的 builder 类的额定的存在。而一个命名为 models 的 namespace 中是不应该有非 Model 的其它货色——helpers 也好，utilities 也好——的存在的。因而，特地是在 metaprogramming 中，更偏向于将 builder class 间接嵌入 product class 中：
namespace hicc::dp::builder::embed { class email { public: class builder_impl { public: builder_impl &from(const std::string &from) { _email._from = from; return *this; } // ... auto build() { return _email; } private: std::unique_ptr<email> _email; }; static builder_impl builder(){ return builder_impl{}; } public: //... private: email() = default; // restrict construction to builder std::string _from, _to, _subject, _body; };} // namespace hicc::dp::builder::embedvoid test_builder_embed() { using namespace hicc::dp::builder::embed; // @formatter:off auto mail = email::builder() .from("me@mail.com") .to("you@mail.com") .subject("About Design Patterns") .body("There is a plan to write a book about cxx17 design patterns. It's good?") .build(); std::cout << mail << '\n'; // @formatter:on}使用者简直没有订正的必要。
它的额定益处在于没有前向参考的额定申明的必要，也无需 friend class 的申明的必要，能够省去不少脑力。
简单的
然而，builder pattern 并不是非得要有一个 build() 办法来做临门一脚，也并不是非得要采纳流式接口不可。上面这个案例也经常呈现在相应的 tutor 中，但咱们进行了革新。
首先给出产品类局部：
namespace hicc::dp::builder::complex { namespace basis { class wheel { public: int size; }; class engine { public: int horsepower; }; class body { public: std::string shape; }; class car { public: wheel *wheels[4]; engine *engine; body *body; void specifications() { std::cout << "body:" << body->shape << std::endl; std::cout << "engine horsepower:" << engine->horsepower << std::endl; std::cout << "tire size:" << wheels[0]->size << "'" << std::endl; } }; } // namespace basis} // namespace hicc::dp::builder::complex它没什么好说的。
然而它的 builder 会比较复杂，因为这里决定有两种预制的 builder（Jeep 和 Nissan）别离制作不同规格的 Car。所以咱们须要一个抽象类的 builder class，以及一个构建样板类 director，实际上你也能够不用拆散样板类，充分利用多态性也是能够的：
namespace hicc::dp::builder::complex { class builder { public: virtual basis::wheel *get_wheel() = 0; virtual basis::engine *get_engine() = 0; virtual basis::body *get_body() = 0; }; class director { public: void set_builder(builder *b) { _builder = b; } basis::car *get_car() { basis::car *car = new basis::car(); car->body = _builder->get_body(); car->engine = _builder->get_engine(); car->wheels[0] = _builder->get_wheel(); car->wheels[1] = _builder->get_wheel(); car->wheels[2] = _builder->get_wheel(); car->wheels[3] = _builder->get_wheel(); return car; } private: builder *_builder; };} // namespace hicc::dp::builder::complex样板类决定了构建 Car 的规范样板。
如果你的确采纳了在抽象类 builder class 中间接实现 get_car() 的代码逻辑，并且使其 virtual 化（这并不是必须的）的话，那么这套做法实际上也援用了模板办法模式（Template Method Pattern）。
模板办法模式（Template Method Pattern）在超类中定义了一个算法的框架， 容许子类在不批改构造的状况下重写算法的特定步骤。
接下来，是具体实现两个 builder 类了：
namespace hicc::dp::builder::complex { class jeep_builder : public builder { public: basis::wheel *get_wheel() { basis::wheel *wheel = new basis::wheel(); wheel->size = 22; return wheel; } basis::engine *get_engine() { basis::engine *engine = new basis::engine(); engine->horsepower = 400; return engine; } basis::body *get_body() { basis::body *body = new basis::body(); body->shape = "SUV"; return body; } }; class nissan_builder : public builder { public: basis::wheel *get_wheel() { basis::wheel *wheel = new basis::wheel(); wheel->size = 16; return wheel; } basis::engine *get_engine() { basis::engine *engine = new basis::engine(); engine->horsepower = 85; return engine; } basis::body *get_body() { basis::body *body = new basis::body(); body->shape = "hatchback"; return body; } };} // namespace hicc::dp::builder::complex以及，它的测试代码：
void test_builder_complex() { using namespace hicc::dp::builder::complex; basis::car *car; // Final product /* A director who controls the process */ director d; /* Concrete builders */ jeep_builder jb; nissan_builder nb; /* Build a Jeep */ std::cout << "Jeep" << std::endl; d.set_builder(&jb); // using JeepBuilder instance car = d.get_car(); car->specifications(); std::cout << std::endl; /* Build a Nissan */ std::cout << "Nissan" << std::endl; d.set_builder(&nb); // using NissanBuilder instance car = d.get_car(); car->specifications();}留神 Car 由很多部件组合，每个部件也可能有很简单的构建步骤。
优化
当然啰，这个示例仅仅只是示例。在真实世界里，这个示例的实现能够将 jeep_builder 和 nissan_builder 抽出一个公共的基类：
class managed_builder : public builder { public: basis::wheel *get_wheel() { basis::wheel *wheel = new basis::wheel(); wheel->size = wheel_size; return wheel; } basis::engine *get_engine() { basis::engine *engine = new basis::engine(); engine->horsepower = engine_horsepower; return engine; } basis::body *get_body() { basis::body *body = new basis::body(); body->shape = body_shape; return body; } managed_builder(int ws, int hp, const char *s = "SUV") : wheel_size(ws), engine_horsepower(hp), body_shape(s) {} int wheel_size; int engine_horsepower; std::string_view body_shape;};岂但有利于打消反复代码片段，而且更能应答未来的扩大，万一想要 BMW 呢。
进一步地泛型化
其实也能够应用模板类的形式：
template<int wheel_size, int engine_horsepower, char const *const body_shape>class generic_builder : public builder { public: basis::wheel *get_wheel() { basis::wheel *wheel = new basis::wheel(); wheel->size = wheel_size; return wheel; } basis::engine *get_engine() { basis::engine *engine = new basis::engine(); engine->horsepower = engine_horsepower; return engine; } basis::body *get_body() { basis::body *body = new basis::body(); body->shape = body_shape; return body; }};constexpr const char suv_str[] = {"SUV"};constexpr const char hatchback_str[] = {"hatchback"};class jeep_builder : public generic_builder<22, 400, suv_str> { public: jeep_builder() : generic_builder<22, 400, suv_str>() {}};class nissan_builder : public generic_builder<16, 85, hatchback_str> { public: nissan_builder() : generic_builder<16, 85, hatchback_str>() {}};这里应用了 constexpr const char suv_str[] 这种技巧，它使得咱们可能设法在模板参数中间接传递字符串的字面量，于是下面的代码就残缺地模板化了。
如果你曾经开始应用 C++20 了，那么 std::basic_fixed_string 可能让你取得间接传递字符串字面量的能力：
template<int wheel_size, int engine_horsepower, char const *const body_shape>class generic_builder : public builder { // ...};class jeep_builder : public generic_builder<22, 400, "SUV"> { public:};class nissan_builder : public generic_builder<16, 85, "hatchback"> { public:};如果感兴趣残缺源代码，能够去查阅相干源码 dp-builder.cc。
元编程中的 Builder Pattern
刚刚咱们提前讲述了泛型化一个 builder 的工作，但那只是做了一点初阶的重构而已。而当在模板类体系中须要应用 Builder Pattern 时，状况有一点点变动，特地是当对 builder 的专用代码向上抽出为一个繁多的基类时，咱们须要 CRTP 技术的染指。
CRTP
CRTP 是一种 C++ 习用法，它比 C++11 出世的早得多。在 Visual C++ 年代，ATL，WTL 以及大量的 MFC 均大规模地应用了这种技术，起初的 ProfUIS 也如此。
简略地说，CRTP 的目标在于实现编译期的多态绑定，实现办法是向基类的模板参数中传入派生类类名，于是基类就可能借助 static_cast<derived_t>(*this*) 语法来取得派生类的“多态”的操作能力了：
template <typename derived_t>class base{ public: void do_sth(){ static_cast<derived_t>(*this*)->show(); } void show(){hicc_debug("base::show");}};template <typename T>class derived: public base<derived> { public: T t{}; void show(){ hicc_debug("t: %s", hicc::to_string(t).c_str()); }};可继承的 builder pattern
了解 CRTP 技术之后，这里仅仅给出一个示意性的片段：
namespace hicc::dp::builder::meta { class builder_base { public: builder_base &set_a() { return (*this); } builder_base& on_set_b(){ return (*this); } }; template<typename derived_t, typename T> class builder : public builder_base { public: derived_t &set_a() { return *static_cast<derived_t *>(this); } derived_t &set_b() { return *static_cast<derived_t *>(this); } std::unique_ptr<T> t{}; // the temporary object for builder constructing... // ... more }; template<typename T> class jeep_builder : public builder<jeep_builder<T>, T> { public: jeep_builder &set_a() { return *this; } };} // namespace hicc::dp::builder::metavoid test_builder_meta() { using namespace hicc::dp::builder::meta; jeep_builder<int> b{}; b.set_a();}在代码中，return *static_case<derived_t*>(this) 能够保障总是返回 derived_t& 参考，这就可能保障从派生类中发动的链式调用 jeep_builder().set_a() 可能正确地调用派生类的重载版本（也是一个笼罩式、擦除式的版本），所以不应用 virtual function 的状况下仍可能正确（模仿）多态。
Epilogue
多数的个性有赖于 cxx17 以上的语法反对，但不是必需品。