デザインパターン攻略：Builder編

Builderパターンとは?

Builderパターンは、複雑なオブジェクトを段階的に組み立てるための設計パターンです。

例えば、パソコンを組み立てるとき。CPU選んで、メモリ決めて、ストレージ付けて...という感じで、1つずつパーツを組み合わせていきますよね？Builderパターンは、このプロセスをコードで実現するためのパターンなんです。

登場人物

(wikiより抜粋)

• Product（生成物）: 作りたいオブジェクト本体
• Builder（ビルダー）: オブジェクトの組み立て方を定義するインターフェース
• ConcreteBuilder（具象ビルダー）: 実際に組み立てを行うクラス
• Director（監督）: 組み立ての手順を管理する人（オプション）

メリット

Builderパターンを使うメリットは以下の通りです。

1. 複雑なオブジェクト作りがわかりやすくなる

オブジェクトを作る作業を小さいステップに分けられるので、何をやってるのか分かりやすいです。

2. コンストラクタ地獄から解放される

引数がたくさんあるコンストラクタって、見るだけで避けたくなりますよね... Builderパターンなら、メソッドチェーンで分かりやすく書けます。

// コンストラクタ地獄の例
var pc = new Computer("Intel i9", "32GB", "1TB", "RTX 4080", true, true);

// Builderパターンを使った例
var pc = new ComputerBuilder()
    .SetCPU("Intel i9")
    .SetRAM("32GB")
    .SetStorage("1TB")
    .SetGPU("RTX 4080")
    .AddWiFi()
    .AddBluetooth()
    .Build();

3. 同じ手順で違うものが作れる

Directorで組み立て手順を決めておけば、パーツを変えるだけで色んなバリエーションが作れます。料理のレシピみたいな感じですね☝️

4. 中途半端なオブジェクトができない

Build()を呼ぶまではオブジェクトが完成しないので、「あれ、これ設定し忘れてた！」みたいなミスを防げます。

5. コードが読みやすくなる

何をやってるのか一目瞭然なので、後から見返した時や、他の人がコードを読む時に助かります。機能追加も楽ちんです。

実装してみる

早速実装してみましょう! パソコンを組み立てる例で試してみます。

using System;

// 構築する製品クラス（Product）
public class Computer
{
    public string CPU { get; set; }
    public string RAM { get; set; }
    public string Storage { get; set; }
    public string GPU { get; set; }
    public bool HasWiFi { get; set; }
    public bool HasBluetooth { get; set; }

    public override string ToString()
    {
        return $"Computer: CPU={CPU}, RAM={RAM}, Storage={Storage}, " +
               $"GPU={GPU}, WiFi={HasWiFi}, Bluetooth={HasBluetooth}";
    }
}

// Builderインターフェース
public interface IComputerBuilder
{
    IComputerBuilder SetCPU(string cpu);
    IComputerBuilder SetRAM(string ram);
    IComputerBuilder SetStorage(string storage);
    IComputerBuilder SetGPU(string gpu);
    IComputerBuilder AddWiFi();
    IComputerBuilder AddBluetooth();
    Computer Build();
}

// 具象Builderクラス（ConcreteBuilder）
public class ComputerBuilder : IComputerBuilder
{
    private Computer _computer = new Computer();

    public IComputerBuilder SetCPU(string cpu)
    {
        _computer.CPU = cpu;
        return this;
    }

    public IComputerBuilder SetRAM(string ram)
    {
        _computer.RAM = ram;
        return this;
    }

    public IComputerBuilder SetStorage(string storage)
    {
        _computer.Storage = storage;
        return this;
    }

    public IComputerBuilder SetGPU(string gpu)
    {
        _computer.GPU = gpu;
        return this;
    }

    public IComputerBuilder AddWiFi()
    {
        _computer.HasWiFi = true;
        return this;
    }

    public IComputerBuilder AddBluetooth()
    {
        _computer.HasBluetooth = true;
        return this;
    }

    public Computer Build()
    {
        return _computer;
    }
}

// Director（あらかじめ作成手順を決めておける）
public class ComputerDirector
{
    private IComputerBuilder _builder;

    public ComputerDirector(IComputerBuilder builder)
    {
        _builder = builder;
    }

    // ゲーミングPC構成
    public Computer ConstructGamingPC()
    {
        return _builder
            .SetCPU("Intel Core i9")
            .SetRAM("32GB")
            .SetStorage("1TB SSD")
            .SetGPU("NVIDIA RTX 4080")
            .AddWiFi()
            .AddBluetooth()
            .Build();
    }

    // オフィスPC構成
    public Computer ConstructOfficePC()
    {
        return _builder
            .SetCPU("Intel Core i5")
            .SetRAM("16GB")
            .SetStorage("512GB SSD")
            .AddWiFi()
            .Build();
    }
}

// 使用例
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Console.WriteLine("=== Builderを直接使用 ===");
        
        // ゲーミングPC
        var gamingPC = new ComputerBuilder()
            .SetCPU("Intel Core i9")
            .SetRAM("32GB")
            .SetStorage("1TB SSD")
            .SetGPU("NVIDIA RTX 4080")
            .AddWiFi()
            .AddBluetooth()
            .Build();

        Console.WriteLine(gamingPC);

        // オフィス用PC
        var officePC = new ComputerBuilder()
            .SetCPU("Intel Core i5")
            .SetRAM("16GB")
            .SetStorage("512GB SSD")
            .AddWiFi()
            .Build();

        Console.WriteLine(officePC);

        Console.WriteLine("\n=== Directorを使用 ===");
        
        // Directorを使った構築
        var director = new ComputerDirector(new ComputerBuilder());
        var gamingPC2 = director.ConstructGamingPC();
        var officePC2 = director.ConstructOfficePC();

        Console.WriteLine(gamingPC2);
        Console.WriteLine(officePC2);
    }
}

実行結果

=== Builderを直接使用 ===
Computer: CPU=Intel Core i9, RAM=32GB, Storage=1TB SSD, GPU=NVIDIA RTX 4080, WiFi=True, Bluetooth=True
Computer: CPU=Intel Core i5, RAM=16GB, Storage=512GB SSD, GPU=, WiFi=True, Bluetooth=False

=== Directorを使用 ===
Computer: CPU=Intel Core i9, RAM=32GB, Storage=1TB SSD, GPU=NVIDIA RTX 4080, WiFi=True, Bluetooth=True
Computer: CPU=Intel Core i5, RAM=16GB, Storage=512GB SSD, GPU=, WiFi=True, Bluetooth=False

まとめ

Builderパターンは、複雑なオブジェクトを作る時にすごく便利なデザインパターンです。コードの可読性と保守性のUPも見込めます！

こんな時にBuilderパターンの利用を検討してみてください💡

• コンストラクタの引数が多すぎる（4つ以上が目安）
• オブジェクトを作る手順がややこしい
• 同じ作り方で色んなバリエーションを作りたい
• オプション的なパラメータがたくさんある