Eliot Jang

Eliot Jang

Game Developer

[디자인 패턴] Chapter 7. 빌더(Builder) 패턴

4 분 소요

01. Builder 패턴

  • 구조를 가진 인스턴스를 쌓아 올리는 패턴
  • 복잡한 객체를 생성하는 방법과 표현하는 방법을 정의하는 클래스를 별도로 분리하여 서로 다른 표현이라도 이를 생성할 수 있는 동일한 구축 공정 제공

02. 예제 프로그램

  • Builder 패턴을 사용해서, ‘문서’를 작성하는 프로그램
  • ‘문서’의 구조
    • 타이틀을 하나 포함한다.
    • 문자열을 여러 개 포함한다.
    • 개별 항목을 여러 개 포함한다.
  • Builder 클래스는 문서를 구성하기 위한 메소드를 제공하는 추상클래스이다.
    • Director 클래스가 이 메소드를 이용해서 구체적인 하나의 문서를 만든다.
    • 문서를 작성하기 위한 구체적인 처리는 Builder 클래스의 하위클래스가 결정한다.
      • TextBuilder 클래스: 일반 텍스트를 이용해서 문서를 만든다
      • HTMLBuilder 클래스: HTML을 사용해서 문서를 만든다
  • Director가 TextBuilder를 사용하면, 일반텍스트의 문서가 생기고, HTMLBuilder를 사용하면 HTML 문서가 생긴다.
이름 해설
Builder 문서를 구성하기 위한 메소드를 결정하는 추상 클래스
Director 하나의 문서를 만드는 클래스
TextBuilder 일반 텍스트(보통의 문자열)를 사용해서 문서를 만드는 클래스
HTMLBuilder HTML 파일을 사용해서 문서를 만드는 클래스
Main 동작 테스트용 클래스

클래스 다이어그램

Builder 클래스

  • ‘문서’를 만들 때 사용되는 메소드들을 선언한 추상 클래스
    • makeTitle(), makeString(), makeItems()
  • close()
    • 문서를 완성시키는 메소드
public abstract class Builder {
	public abstract void makeTitle(String title);
	public abstract void makeString(String str);
	public abstract void makeItems(String[] items);
	public abstract void close();
}

Director 클래스

  • Builder 클래스에 선언되어 있는 메소드를 이용해서 문서를 만듬
  • Director 클래스의 생성자의 인자는 Builder 형.
    • 실제로는, Builder 하위 클래스가 전달된다.
    • Builder는 추상클래스이기 때문
  • construct(): 문서를 만드는 메소드
    • Builder에 선언된 메소드들을 이용하여 문서를 만든다.
public class Director {
	private Builder builder;
	public Director(Builder builder) { // Builder의 Subclass의 인스턴스가 주어지므로
		this.builder = builder; // builder 필드에 저장
	}
	public void construct() { // 문서구축
		builder.makeTitle("Greeting"); // 타이틀
		builder.makeString("아침과 낮에"); // 문자열
		builder.makeItems(new String[] { // 개별항목
			"좋은 이침입니다",
			"안녕하세요",
		});
		builder.makeString("밤에"); // 별도의 문자열
		builder.makeItems(new String[]{ // 별도의 개별항목
			"안녕하세요",
			"안녕히 주무세요",
			"안녕히 계세요",
		});
		builder.close(); // 문서 완성
	}
}

TextBuilder 클래스

  • Builder 클래스의 하위 클래스
  • StringBuffer를 이용하여, 일반 텍스트 문서를 만든다.
public class TextBuilder extends Builder {
	private StringBuffer buffer = new StringBuffer(); // 필드의 문서 구축
	public void makeTitle(String title) { // 일반 텍스트의 제목
		buffer.append("===============================\n"); // 장식선
		buffer.append( "『" + title + "』\n");
		buffer.append("\n"); // 빈행
	}
	public void makeString(String str); { // 일반 텍스트에서의 문자열
		buffer.append("■" + str + "\n"); // ■글머리 기호가 붙은 문자열
		buffer.append("\n"); // 빈행
	}
	public void makeItems(String[] items) { // 일반 텍스트에서의 개별항목
		for (int i = 0; i < items.length; i++) {
			buffer.append("•" + items[i] + "\n"); // ·글머리 기호가 붙은 문자열
		}
		buffer.append("\n"); // 빈행
	}
	public void close() { // 문서의 완성
		buffer.append("================================\n"); // 장식선
	}
	public String getResult() { // 완성한 문서
		return buffer.toString(); // StringBuffer을 String으로 변환
	}
}

HTMLBuilder 클래스

  • Builder 클래스의 하위 클래스
  • PrintWriter를 이용하여, HTML 태그가 포함된 HTML 문서 파일을 만든다.
import java.io.*;

public class HTMLBuilder extends Builder {
	private String filename; // 작성할 파일명
	private PrintWriter writer; // 파일에 쓸 PrintWriter
	public void makeTitle(String title) { // HTML 파일의 타이틀
		filename = title + ".html"; // 타이틀을 기초로 파일명을 결정
		try {
			writer = new PrintWriter(new FileWriter(filename)); // PrintWriter을 만든다
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		write.println("<html><head><title>" + title + "</title></head><body>"); // 타이틀 출력
		write.println("<h1>" + title + "</h1>");
	}
	public void makeString(String str) { // HTML 파일에서의 문자열
		writer.println("<p>" + str + "</p>"); // <p> 태그로 출력
	}
	public void makeItems(String[] items) { // HTML 파일에서의 개별항목
		writer.println("<ul>"); // <ul>과 <li>로 출력
		for (int i = 0; i < items.length; i++) {
			write.println("<li>" + items[i] + "</li>");
		}
		writer.println("</ul>");
	}
	public void close() { // 문서의 완성
		writer.println("</body></html>"); // 태그 닫기
		writer.close(); // 파일 닫기
	}
	public String getResult() {
		return filename; // 파일명 반환
	}
}

Main 클래스

  • Main은 Director의 생성자를 이용해서 필요한 구체적인 Builder를 포함하는 Director를 생성한다.
    • 커맨드 라인에서 지정한 형식에 따른 문서를 만든다.
      • plain을 지정한 경우에는 TextBuilder 클래스의 인스턴스를 Director 클래스의 생성자에 전달.
      • html을 지정한 경우에는 HTMLBuilder 클래스의 인스턴스를 Director 클래스의 생성자에 전달
  • Director는 Builder의 메소드만을 사용해서 문서를 만든다.
    • Director는 실제로 작동하고 있는 것이 TextBuilder인지, HTMLBuilder인지 의식하지 못한다.
public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		if (args.length != 1) {
			usage();
			System.exit(0);
		}
		if (args[0].equals("plain")) {
			TextBuilder textbuilder = new TextBuilder();
			Director director = new Director(textbuilder);
			director.construct();
			String result = textbuilder.getResult();
			System.out.println(result);
		} else if (args[0].equals("html")) {
			HTMLBuilder htmlbuilder = new HTMLBuilder();
			Director director = new Director(htmlbuilder);
			director.construct();
			String filename = htmlbuilder.getResult();
			System.out.println(filename + "가 작성되었습니다.");
		} else {
			usage();
			System.exit(0);
		}
	}
	public static void usage() {
		System.out.println("Usage: java Main plain 일반텍스트로 문서작성");
		System.out.println("Usage: java Main html HTML 파일로 문서작성");
	}
}

03. 등장 역할

  • Builder(건축자)의 역할
    • 인스턴스 구축을 위한 인터페이스(API)를 결정한다
    • 예제에서는, Builder 클래스가 해당됨
  • ConcreteBuilder(구체적 건축자)의 역할
    • Builder 인터페이스를 구현한 구체적인 클래스
    • 예제에서는, TextBuilder나 HTMLBuilder가 해당됨
  • Director(감독자)의 역할
    • Builder의 인터페이스만을 사용해서, 인스턴스를 생성한다
    • ConcreteBuilder에 의존한 프로그래밍은 하지 않는다
  • Client(의뢰인)의 역할
    • Builder 패턴을 이용하는 역할
    • 예제에서, Main 클래스가 해당됨
  • 클래스 다이어그램

  • 시퀀스 다이어그램

04. 독자의 사고를 넓혀주는 힌트

  • 클래스가 알고 있는 것은 무엇인가?
    • Director 클래스는 자신이 이용하고 있는 Builder 클래스의 하위클래스가 무엇인지 모른다.
      • 이유: Director 클래스 안에서는, TextBuilder나 HTMLBuilder 클래스는 전혀 사용하지 않고, Builder 만을 이용하기 때문
    • 모르기 때문에, 부품 교환이 용이하다
      • 예1: 새로운 구체적인 Builder를 추가하기가 쉽다
        • XMLBuilder를 쉽게 여기에 추가할 수 있다
      • 예2: 기존의 TextBuilder나 HTMLBuilder의 수정이 용이하다

05. 관련 패턴

  • Template Method(3장)
    • Builder 패턴에서는 Director가 Builder를 제어한다
    • Template Method 패턴에서는 상위클래스가 하위클래스를 제어한다
  • Composite(11장)
  • Facade 패턴(15장)

06. 요약

  • 구조를 가진 인스턴스를 쌓아올리는 Builder 패턴

07. 연습 문제

  • 7-1
    • Builder 추상클래스를 인터페이스로 바꾸었을 때 변경해야 할 코드 부분은?
  • 7-2
    • makeTitle() 메소드가, makeString(), makeItems(), close() 메소드가 호출되기 전에 한 번만 호출되도록 바꾸어라
    • Template Method 패턴을 이용한다
      • 상위클래스인 Builder 클래스의 makeTitle 부분에서 flag 변수인 initialized를 true로 만든다
      • Builder 클래스의 makeString(), makeItems(), close() 메소드는 initialized 변수가 true 일 때만, 하위클래스의 buildString(), buildItems(), buildResult()를 호출한다
  • 7-3
    • Builder의 하위클래스를 하나 더 만들기
      • 해답: FrameBuilder
        • JFC(Java Foundation Class)을 이용해서, GUI 형태로 문서를 만듬
  • 7-4
    • TextBuilder 클래스에서 String 클래스 대신에 StringBuffer 클래스를 이용한 이유는?
      • +(문자열연결) 연산자를 이용해도 된다
      • 그러나, 문자열 수정이 빈번히 일어나는 경우에는 StringBuffer를 이용하는 것이 속도가 더 빠르다

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참고