Python 设计模式：模板模式

news2025/4/24 22:55:31

1. 什么是模板模式？

模板模式是一种行为设计模式，它定义了一个操作的算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。模板模式允许子类在不改变算法结构的情况下，重新定义算法的某些特定步骤。

模板模式的核心思想是将算法的固定部分提取到一个基类中，而将可变部分留给子类实现。这样可以避免代码重复，提高代码的复用性和可维护性。

模板模式通常包含以下几个组成部分：

抽象类（Abstract Class）：定义模板方法和一些抽象方法。模板方法是算法的骨架，调用其他方法来完成具体的步骤。
具体类（Concrete Class）：实现抽象类中的抽象方法，提供具体的实现。

模板模式在软件设计中具有多种优点：

代码复用：通过将算法的固定部分提取到基类中，减少了代码重复，提高了代码的复用性。
灵活性：子类可以根据需要实现不同的步骤，而不需要修改算法的整体结构。
易于维护：算法的固定部分集中在一个地方，便于管理和维护。

from abc import ABC, abstractmethod


# 抽象类
class DataProcessor(ABC):
    def process_data(self):
        self.read_data()  # 读取数据
        self.clean_data()  # 清洗数据
        self.analyze_data()  # 分析数据
        self.save_results()  # 保存结果

    @abstractmethod
    def read_data(self):
        pass

    @abstractmethod
    def clean_data(self):
        pass

    @abstractmethod
    def analyze_data(self):
        pass

    @abstractmethod
    def save_results(self):
        pass


# 具体类：处理 CSV 数据
class CSVDataProcessor(DataProcessor):
    def read_data(self):
        print("Reading data from CSV file.")

    def clean_data(self):
        print("Cleaning CSV data.")

    def analyze_data(self):
        print("Analyzing CSV data.")

    def save_results(self):
        print("Saving results to CSV file.")


# 具体类：处理 JSON 数据
class JSONDataProcessor(DataProcessor):
    def read_data(self):
        print("Reading data from JSON file.")

    def clean_data(self):
        print("Cleaning JSON data.")

    def analyze_data(self):
        print("Analyzing JSON data.")

    def save_results(self):
        print("Saving results to JSON file.")


# 客户端代码
if __name__ == "__main__":
    csv_processor = CSVDataProcessor()
    csv_processor.process_data()  # 处理 CSV 数据

    print("\n")

    json_processor = JSONDataProcessor()
    json_processor.process_data()  # 处理 JSON 数据

抽象类：DataProcessor 类定义了模板方法 process_data，该方法调用了其他方法来完成数据处理的各个步骤。它还定义了一些抽象方法（read_data、clean_data、analyze_data 和 save_results），这些方法将在子类中实现。
具体类：
- CSVDataProcessor 类实现了 DataProcessor 抽象类，提供了处理 CSV 数据的具体实现。
- JSONDataProcessor 类同样实现了 DataProcessor 抽象类，提供了处理 JSON 数据的具体实现。
客户端代码：
- 在客户端代码中，创建 CSVDataProcessor 和 JSONDataProcessor 的实例，并调用 process_data 方法来处理数据。
- 每个具体类都实现了自己的数据处理逻辑，但它们都遵循了相同的处理流程。

2. 模板模式和继承机制的区别

2.1 模板模式的目的

模板模式的主要目的是定义一个算法的骨架，并将某些步骤的实现延迟到子类中。它强调的是算法的结构和步骤的固定性，同时允许子类在不改变算法整体结构的情况下，提供具体的实现。这种模式的使用场景通常是在多个类中有相似的操作流程，但具体的实现细节可能不同。

2.2 普通继承的特点

普通的继承机制允许子类继承父类的属性和方法。虽然子类可以重写父类的方法，但这种重写并不一定遵循特定的算法结构。普通继承更关注的是属性和行为的复用，而不一定是算法的步骤和流程。

2.3 模板模式的结构

在模板模式中，通常会有一个抽象类（模板类），它定义了一个模板方法，包含了算法的固定步骤。具体的实现则在子类中完成。模板方法通常是一个公开的方法，子类通过实现抽象方法来提供具体的行为。

class Template:
    def template_method(self):
        self.step_one()
        self.step_two()
        self.step_three()

    def step_one(self):
        pass  # 默认实现或抽象方法

    def step_two(self):
        pass  # 默认实现或抽象方法

    def step_three(self):
        pass  # 默认实现或抽象方法