建造者模式练习——电脑组装、导演套餐与链式调用

按《Python 设计模式——建造者模式》的建议，通过三道练习巩固：① 电脑建造者（分步 set + build，链式调用）；② 带导演的套餐（高配机/办公机）；③ 带可选步骤的建造者（如显卡）。每步都有完整可运行代码和验证要点。

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练习一：电脑建造者（分步组装 + 链式调用）

目的

体会建造者把复杂对象（电脑）的构建拆成多步（set_cpu、set_memory、set_disk），最后 build() 返回产品；每个 set 方法 return self，支持链式调用。

要求

• 定义产品 Computer：有属性 cpu、memory、disk（均为 str，默认 None）；实现 str，返回类似 "CPU:xx | 内存:xx | 硬盘:xx"。
• 定义建造者 ComputerBuilder：内部持有一个 Computer 实例；提供 set_cpu(cpu)、set_memory(memory)、set_disk(disk)，每个方法设置对应属性并 return self；提供 build()，返回当前组装好的 Computer，并将内部 Computer 重置为新实例（便于建造者复用）。
• 客户代码：用链式调用 builder.set_cpu(“i7”).set_memory(“16G”).set_disk(“512G”).build() 得到一台电脑，打印该电脑的 str，验证内容正确；再不设显卡，确认 str 中不出现显卡（或只出现 CPU/内存/硬盘）。

参考答案

class Computer:
    def __init__(self):
        self.cpu = None
        self.memory = None
        self.disk = None

    def __str__(self):
        return f"CPU:{self.cpu} | 内存:{self.memory} | 硬盘:{self.disk}"

class ComputerBuilder:
    def __init__(self):
        self._computer = Computer()

    def set_cpu(self, cpu: str):
        self._computer.cpu = cpu
        return self

    def set_memory(self, memory: str):
        self._computer.memory = memory
        return self

    def set_disk(self, disk: str):
        self._computer.disk = disk
        return self

    def build(self):
        computer = self._computer
        self._computer = Computer()
        return computer

# 使用
builder = ComputerBuilder()
pc = builder.set_cpu("i7").set_memory("16G").set_disk("512G").build()
print(pc)  # CPU:i7 | 内存:16G | 硬盘:512G

验证要点

• str(pc) 包含 CPU:i7、内存:16G、硬盘:512G。
• 客户代码是链式调用，没有多行 set；确认每个 set 方法都 return self。
• build() 返回的是新组装好的产品；若再调 builder.build() 不先 set，会得到一台“空”电脑（cpu/memory/disk 均为 None），说明 build 后内部已重置。

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练习二：带导演的套餐（高配机 / 办公机）

目的

导演持有建造者，按固定顺序调用建造者的步骤，提供“套餐”方法（如 build_high_end、build_office）；调用方只选套餐，不关心先 set_cpu 还是 set_memory。

要求

• 在练习一的基础上，保留 Computer、ComputerBuilder（可增加 set_gpu 以便高配机带显卡）。
• 定义 Director：构造时接收一个 ComputerBuilder；提供 build_high_end()，内部按顺序 set_cpu(“i9”)、set_memory(“32G”)、set_disk(“1T”)、set_gpu(“RTX4080”)（若建造者有 set_gpu），然后 return builder.build()；提供 build_office()，内部 set_cpu(“i5”)、set_memory(“8G”)、set_disk(“256G”)，不设显卡，然后 return builder.build()。
• 客户代码：创建 Builder 和 Director，分别调用 director.build_high_end() 和 director.build_office()，验证得到两台不同配置的电脑并打印。

参考答案

class Computer:
    def __init__(self):
        self.cpu = None
        self.memory = None
        self.disk = None
        self.gpu = None

    def __str__(self):
        parts = [f"CPU:{self.cpu}", f"内存:{self.memory}", f"硬盘:{self.disk}"]
        if self.gpu:
            parts.append(f"显卡:{self.gpu}")
        return " | ".join(parts)

class ComputerBuilder:
    def __init__(self):
        self._computer = Computer()

    def set_cpu(self, cpu: str):
        self._computer.cpu = cpu
        return self

    def set_memory(self, memory: str):
        self._computer.memory = memory
        return self

    def set_disk(self, disk: str):
        self._computer.disk = disk
        return self

    def set_gpu(self, gpu: str):
        self._computer.gpu = gpu
        return self

    def build(self):
        computer = self._computer
        self._computer = Computer()
        return computer

class Director:
    def __init__(self, builder: ComputerBuilder):
        self._builder = builder

    def build_high_end(self):
        return (self._builder
            .set_cpu("i9")
            .set_memory("32G")
            .set_disk("1T")
            .set_gpu("RTX4080")
            .build())

    def build_office(self):
        return (self._builder
            .set_cpu("i5")
            .set_memory("8G")
            .set_disk("256G")
            .build())

# 使用
builder = ComputerBuilder()
director = Director(builder)
high_end = director.build_high_end()
office = director.build_office()
print(high_end)  # CPU:i9 | 内存:32G | 硬盘:1T | 显卡:RTX4080
print(office)    # CPU:i5 | 内存:8G | 硬盘:256G

验证要点

• build_high_end() 得到的电脑包含 i9、32G、1T、RTX4080。
• build_office() 得到的电脑包含 i5、8G、256G，且无显卡（或不出现 gpu 字段）。
• 确认：客户只调 director.build_high_end() / build_office()，不关心内部先 set 哪一项；流程封装在导演里。

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练习三：带可选步骤的建造者（显卡可选）

目的

建造者中有可选步骤（如 set_gpu）：调用就设置，不调用就不设置；产品在 str 或展示时对“未设置”的字段做区分（如不显示或显示“无”）。体会按需调用步骤、避免构造函数参数爆炸。

要求

• 产品 Computer 有 cpu、memory、disk、gpu；str 中若 gpu 为 None 则不拼接“显卡”部分（或显示“无显卡”）。
• 建造者 ComputerBuilder 提供 set_cpu、set_memory、set_disk、set_gpu（可选），均 return self；build() 返回当前 Computer 并重置内部产品。
• 客户代码：用同一建造者先造一台带显卡的电脑（set_gpu(“RTX3060”)），再造一台不带显卡的电脑（不调 set_gpu），分别打印两台电脑，验证第一台有显卡、第二台无显卡。

参考答案

class Computer:
    def __init__(self):
        self.cpu = None
        self.memory = None
        self.disk = None
        self.gpu = None

    def __str__(self):
        parts = [f"CPU:{self.cpu}", f"内存:{self.memory}", f"硬盘:{self.disk}"]
        if self.gpu:
            parts.append(f"显卡:{self.gpu}")
        else:
            parts.append("无显卡")
        return " | ".join(parts)

class ComputerBuilder:
    def __init__(self):
        self._computer = Computer()

    def set_cpu(self, cpu: str):
        self._computer.cpu = cpu
        return self

    def set_memory(self, memory: str):
        self._computer.memory = memory
        return self

    def set_disk(self, disk: str):
        self._computer.disk = disk
        return self

    def set_gpu(self, gpu: str):
        self._computer.gpu = gpu
        return self

    def build(self):
        computer = self._computer
        self._computer = Computer()
        return computer

# 使用
builder = ComputerBuilder()
pc1 = builder.set_cpu("i7").set_memory("16G").set_disk("512G").set_gpu("RTX3060").build()
pc2 = builder.set_cpu("i5").set_memory("8G").set_disk("256G").build()  # 不设显卡
print(pc1)  # 含 显卡:RTX3060
print(pc2)  # 含 无显卡

验证要点

• pc1 的 str 中包含 显卡:RTX3060；pc2 的 str 中为 无显卡（或没有“显卡”字段）。
• 确认：可选步骤通过“调不调 set_gpu”控制，不需要在构造函数里传 gpu=None 等一长串参数。

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三步汇总与自检

练习	重点	关键点
一	建造者 + 链式调用	set 方法 return self；build() 返回产品并可重置内部；链式 set_cpu().set_memory().build()。
二	导演 + 套餐	导演持有建造者，封装固定流程；客户只调 build_high_end()/build_office()。
三	可选步骤	需要才调 set_gpu，不调则产品中该字段为 None；按需组装，避免参数爆炸。

自检问题

1. 建造者的 set 方法为什么要 return self？
   为了支持链式调用：builder.set_cpu("i7").set_memory("16G").build()，调用方写起来简洁，不必每行单独写一句 set。

2. build() 之后为什么要重置内部的 _computer？
   若建造者会被多次使用（连续造多台电脑），重置后下一次 set 不会改到已返回的那台电脑；若建造者只用一次，也可以不重置，按需求选择。

3. 导演和直接使用建造者的区别？
   导演封装固定套餐（如高配、办公），客户只选套餐；直接使用建造者可以自由选择调哪些步骤、调几次，更灵活。两者可并存：要套餐用导演，要自定义用建造者。

做完以上三道练习，再对照《建造者模式》文档，对建造者、链式调用、导演和可选步骤会掌握得比较扎实。建议先写电脑建造者与链式调用，再加导演套餐，最后体会可选步骤，这样对建造者模式会掌握得比较扎实。