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🍬本文摘要

在这里插入图片描述

设计方法二十三式之模板方法模式

😉一、基础概念

模板方法模式（Template Method Pattern）是一种行为设计模式，它定义了一个操作中的算法骨架，将一些步骤延迟到子类中实现。在模板方法模式中，一个抽象类公开定义了执行它的方法的方式/顺序，而具体的实现则由其子类提供。

该模式主要包含以下角色：

抽象类（Abstract Class）：定义了一个模板方法，该方法定义了算法的骨架，其中某些步骤由子类来实现。
具体类（Concrete Class）：实现了抽象类中的抽象方法，完成算法中具体的步骤。

模板方法模式的核心思想是通过将相同的算法步骤封装在父类中，从而避免代码重复，并将可变的部分留给子类进行具体实现。这样可以保证整个算法的一致性和稳定性，同时也能够灵活地扩展和修改特定的步骤。该模式常用于处理一类问题的多个变种情况，以及在框架设计中定义通用的流程控制结构。

🐱‍🐉二、模板方法模式实现

在C++中，模板方法模式可以使用类的继承和虚函数来实现。下面是一个简单的示例：

#include <iostream>

// 抽象类
class AbstractClass {
public:
    // 模板方法
    void templateMethod() {
        primitiveOperation1(); // 调用具体的步骤1
        primitiveOperation2(); // 调用具体的步骤2
    }

protected:
    // 抽象方法，由子类实现具体步骤1
    virtual void primitiveOperation1() = 0;

    // 抽象方法，由子类实现具体步骤2
    virtual void primitiveOperation2() = 0;
};

// 具体类A
class ConcreteClassA : public AbstractClass {
protected:
    void primitiveOperation1() override {
        std::cout << "ConcreteClassA: 执行步骤1" << std::endl;
    }

    void primitiveOperation2() override {
        std::cout << "ConcreteClassA: 执行步骤2" << std::endl;
    }
};

// 具体类B
class ConcreteClassB : public AbstractClass {
protected:
    void primitiveOperation1() override {
        std::cout << "ConcreteClassB: 执行步骤1" << std::endl;
    }

    void primitiveOperation2() override {
        std::cout << "ConcreteClassB: 执行步骤2" << std::endl;
    }
};

int main() {
    AbstractClass* objectA = new ConcreteClassA();
    objectA->templateMethod();

    AbstractClass* objectB = new ConcreteClassB();
    objectB->templateMethod();

    delete objectA;
    delete objectB;

    return 0;
}

在上述示例中，AbstractClass 是抽象类，定义了模板方法 templateMethod()，该方法是算法的骨架。它调用了两个纯虚函数 primitiveOperation1() 和 primitiveOperation2()，这些函数由具体类来实现。

ConcreteClassA 和 ConcreteClassB 是两个具体类，分别继承了 AbstractClass 并实现了具体步骤。在 main() 函数中创建了两个对象，并调用了它们的模板方法。

输出结果：

ConcreteClassA: 执行步骤1
ConcreteClassA: 执行步骤2
ConcreteClassB: 执行步骤1
ConcreteClassB: 执行步骤2

从输出可以看出，模板方法在不同的具体类中执行了相同的算法骨架，但具体步骤的实现有所区别。这展示了模板方法模式的特点和优势。

🎉三、模块之间的关系

在模板方法模式中，主要涉及两个关键角色：抽象类和具体类。

抽象类（Abstract Class）：抽象类是定义模板方法的地方。它包含了一个或多个抽象方法，这些方法由具体类来实现。抽象类也可以包含一些具体的方法，这些方法在模板方法中被调用，但也可以在具体类中进行重写。
具体类（Concrete Class）：具体类是抽象类的子类，它实现了抽象类中的抽象方法。具体类提供了特定步骤的实现，以完成整个算法。每个具体类都可以有不同的实现方式，但遵循了模板方法定义的算法结构。

模块之间的关系如下：

抽象类作为模板方法的定义者，定义了算法的骨架，其中包含一个或多个抽象方法。抽象类通过调用抽象方法来形成完整的算法流程。
具体类继承抽象类，并实现了抽象方法。具体类负责提供具体步骤的实现，以完成整个算法。每个具体类可以根据自身的需求，提供不同的实现方式。

模板方法模式通过将通用算法骨架放在抽象类中，将可变的具体实现委托给具体类，实现了高内聚、低耦合的设计思想。这种设计模式提供了一种扩展和修改算法的方式，同时保持了整个算法的一致性。

🐱‍🚀四、注意事项

在使用模板方法模式时，有一些注意事项需要考虑：

设计良好的抽象类：抽象类应该定义一个合理的算法骨架，并确保在模板方法中调用的抽象方法都能被正确实现。抽象类应该提供一个稳定且可靠的模板方法，以免导致子类实现不一致或错误。
虚函数和纯虚函数的使用：抽象类中的抽象方法可以是虚函数或纯虚函数。使用虚函数允许在抽象类中提供默认的实现，而使用纯虚函数则要求子类必须提供自己的具体实现。
理解模板方法的作用范围：模板方法只适用于整个算法流程中相对固定的部分。如果某个步骤在不同的情况下具有不同的行为，那么可能需要将其分离成独立的策略模式或其他模式来处理。
避免过度复杂化的算法：模板方法应该保持简洁和易于理解。如果算法的步骤过多或过于复杂，可能会导致代码难以维护和理解。在这种情况下，考虑重构算法，将一些步骤分解成小块的方法，以提高可读性和可维护性。
考虑扩展性：模板方法模式应该具备良好的扩展性，使得子类可以轻松添加新的步骤或修改现有步骤。在设计时要留出适当的扩展点，并考虑到可能的变化需求。

总之，使用模板方法模式时要确保抽象类定义了正确的算法骨架，并且具体类实现了正确的步骤。关注代码的可读性、可维护性和扩展性，避免过度复杂化的算法。

🎂五、使用场景

模板方法模式适用于以下场景：

算法的整体结构相对稳定：如果算法的骨架在不同的实现中是相同的，但其中的某些步骤可能有所不同，那么可以使用模板方法模式。这样可以避免重复编写相同的代码，将公共部分抽象到抽象类中。
保持算法一致性：模板方法模式确保了算法的一致性，子类只需要实现自己特定的步骤，而无需关心算法的整个流程。这有助于提高代码的可维护性和可读性，并降低出错的风险。
多个相关类具有共同行为：如果存在多个具有相似行为的类，但其中某些步骤的实现会有所不同，可以使用模板方法模式来避免重复代码。通过在抽象类中定义通用的算法骨架，子类只需提供各自的实现。
需要增加新的步骤或修改现有步骤：模板方法模式能够方便地扩展或修改算法的步骤。通过添加新的具体类，可以添加新的步骤，或者通过重写已有的步骤来修改算法的行为。
使用钩子方法进行扩展：抽象类可以提供钩子方法（Hook Method），用于在算法的不同步骤中插入额外的行为。子类可以选择性地重写这些钩子方法，以实现自己的逻辑。

总之，模板方法模式适用于需要定义算法骨架且在具体实现中存在差异的情况。它提供了一种代码复用和扩展的方式，使得整个算法结构更加清晰、可维护和灵活。常见的应用场景包括框架设计、算法封装和工作流程管理等。

🍳参考文献

🧊文章总结

提示：这里对文章进行总结：

本文讲了关于模板方法模式的知识。

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