Day 14｜創建型 Pattern 總結對比

2026 iThome 鐵人賽

DAY 14

自我挑戰組

一杯咖啡的設計課：30 天 Design Pattern 的自我修煉系列第 14 篇

18th鐵人賽

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2026-09-12 19:00:10

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嗨大家午安

創建型的五個 Pattern 都學完了，今天不講故事了，純粹帶著阿柴回頭看這五天走過的路，把 Factory Method、Abstract Factory、Builder、Singleton、Prototype 攤開來聊一聊

先回顧一下這幾天發生了什麼事

阿柴接手柴咖啡系統，一路上遇到的問題其實都不一樣：

菜單要加燕麥拿鐵，if-else 越疊越高 → Factory Method
套餐組合不能兜錯 → Abstract Factory
拿鐵的客製化選項太多，讓建構子疊到看不懂 → Builder
只有一台咖啡機，卻被無限連線使用 → Singleton
20 杯客製化拿鐵，每杯都要重打一次共同參數 → Prototype

對照表

Pattern	核心問題	柴咖啡情境	關鍵手法
Factory Method	產品怎麼生，還需要加新產品	拿鐵、美式、燕麥拿鐵	定義工廠基底類別或介面，由子類別（如 LatteStore）決定並實作 CreateDrink()
Abstract Factory	一組互相搭配、不能混用的產品，要怎麼正確處理	早餐套餐、下午茶套餐	`IComboFactory` 一次定義多個 `CreateXxx()`，每個具體工廠只生產同一個家族
Builder	單一物件的建構參數太多、太複雜，一次到位容易傳錯順序	拿鐵客製化選項（size / ice / sugar / milk）	`LatteBuilder` 用 Fluent 風格一步一步 `Set`，最後 `Build()`
Singleton	某個資源全域只該有一份，重複建立會搶資源、卡頓	全店只有一台咖啡機的連線	`MachineDriver` 用 private 建構子 + `static Instance`，搭配 `Lazy<T>`
Prototype	建立新物件成本高，或大部分欄位都跟現成的一樣，想直接複製再改一點點	20杯客製化拿鐵共用同一份標準原型	`Clone()` 搭配 `MemberwiseClone()`，注意淺拷貝／深拷貝

這五個 Pattern 怎麼分工

Factory Method 常常是 Abstract Factory 的建材：

public class BreakfastComboFactory : IComboFactory
{
    public IDrink CreateDrink() => new Americano();
    public ISideItem CreateSide() => new Bagel();
}

public class AfternoonTeaComboFactory : IComboFactory
{
    public IDrink CreateDrink() => new Latte();
    public ISideItem CreateSide() => new Cake();
}

Day 10 的 BreakfastComboFactory 內部就是靠兩個工廠方法（CreateDrink()、CreateSide()）組成的，Abstract Factory 管的是「這幾個產品要不要綁成一套」，不是取代 Factory Method，而是疊在它上面多管一層「成套關係」

Builder 跟 Factory 系列關心的層次不一樣：Factory Method、Abstract Factory 回答的是「該生出哪一種（或哪一組）產品」

Builder 回答的是「這一個物件，內部細節該怎麼一步步組裝出來」

兩者可以同時出現，比如某個工廠內部要組出一杯複雜的飲料，實作裡一樣可以呼叫 LatteBuilder

public class LatteBuilder
{
    private CupSize _size = CupSize.Medium;           // 預設中杯
    private IceLevel _iceLevel = IceLevel.Normal;     // 預設正常冰
    private SugarLevel _sugarLevel = SugarLevel.Full; // 預設正常甜
    private MilkType _milkType = MilkType.Regular;    // 預設鮮奶

    public LatteBuilder SetSize(CupSize size) { _size = size; return this; }
    public LatteBuilder SetIce(IceLevel iceLevel) { _iceLevel = iceLevel; return this; }
    public LatteBuilder SetSugar(SugarLevel sugarLevel) { _sugarLevel = sugarLevel; return this; }
    public LatteBuilder SetMilk(MilkType milkType) { _milkType = milkType; return this; }

    // 統一在這組裝，也是集中放驗證邏輯的好地方
    public Latte Build()
    {
        return new Latte(_size, _iceLevel, _sugarLevel, _milkType);
    }
}

Singleton 管的維度跟前面三個都不同：

Factory Method、Abstract Factory、Builder 談的都是「怎麼生」

Singleton 談的是「生出來的東西，全域該不該只存在一份」。它幾乎可以跟任何一個 Pattern 同時出現，比如 MachineDriver 這個 Singleton，內部要接一台複雜的硬體，一樣可以用 Builder 組裝它的連線設定

public sealed class MachineDriver
{
    // 1. 用 Lazy<T> 包一層，確保「第一次真的有人要點餐」時才建立這條連線，且天生執行緒安全
    private static readonly Lazy<MachineDriver> _instance = new(() => new MachineDriver());

    // 2. 唯一的全域存取點
    public static MachineDriver Instance => _instance.Value;

    // 3. 建構子上鎖，外部沒辦法自己 new MachineDriver()
    private MachineDriver()
    {
        Console.WriteLine("--> 正在連線咖啡機硬體...");
        // 這裡會開 TCP / Serial 連線，跟咖啡機握手
    }

    public void Brew(string drinkName)
    {
        Console.WriteLine($"正在萃取：{drinkName}");
    }
}

Prototype 站在 Factory／Builder 的對立面：

Factory Method 跟 Builder 都是「照著配方從零組裝一次」

Prototype 是「不想每次都重新照配方走一次，直接拿現成的複製，改一點點就好」

同樣是拿鐵需求，Day 11 用 LatteBuilder 從零組，Day 13 用 Clone() 複製標準原型，兩條路線是互補

建構便宜、選項單純時用 Builder 現組；有現成的標準品、只想微調時用 Prototype 複製

public class ChaiLatte
{
    // ...前面屬性保持不變
    public List<string> Toppings { get; set; } = new List<string>();

    public ChaiLatte Clone()
    {
        // 1. 先透過 MemberwiseClone 複製基本型別
        var clone = (ChaiLatte)this.MemberwiseClone();

        // 2. 手動為參考型別（List）建立一份全新實體（深拷貝）
        clone.Toppings = new List<string>(this.Toppings);
        return clone;
    }
}