【C/C++ 设计模式】（一）模板方法（Template Method）

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【C/C++ 设计模式】（一）模板方法（Template Method）

COF-23 模式分类

从目地上来看：

• 创建型模式：将对象的部分创建工作延迟到子类或者其他对象，从而应对需求变化为对象创建时具体类型实现引来的冲击。
• 结构型模式：通过类继承或者对象组合获得更灵活的结构，从而应对需求变化为对象的结构带来冲击。
• 行为型模式：通过类继承或者对象组合来划分类与对象间的职责，从而应对需求变化为多个交互的对象带来的冲击。

从范围来看：

• 类模式处理类与子类的静态关系。（继承方案）
• 对象模式处理对象间的动态关系。（组合方案）

模板方法

定义：定义一个操作中的算法的骨架 (稳定)，而将一些步骤延迟(变化)到子类中。Template Method使得子类可以不改变(复用)一个算法的结构即可重定义(override 重写)该算法的某些特定步骤。它是一种行为型模式。

使用场景：在软件构建过程中，对于某一项任务，它常常有稳定的整体操作结构，但各个子步骤却有很多改变的需求，或者由于固有的原因（比如框架与应用之间的关系）而无法和任务的整体结构同时实现。如何在确定稳定操作结构的前提下，来灵活应对各个子步骤的变化或者晚期实现需求？这就是模板方法模式要做的。

举例说明：下面以软件设计流程来进行举例说明。

• 使用模板方法前：

整个流程其实是固定不变的，由step 1~5组成。但是由于1、3、5是由Library来完成，而2、4是由App开发人员来完成。但是必须所有步骤开发完成后，再进行主流程的编写。

这时候涉及到一个问题，虽然主流程是固定的，但是App人员只熟悉step2和step4，可能并不熟悉整体流程。这时候就会导致主流程可能会出错，导致软件崩溃，同时也变相加重了App人员的开发负担。

使用模板方法就可以很好的避免这个问题，将主流程抛给熟悉的Library来做。

• 使用模板方法后：

App开发人员就只需要负责step2和step4的工作，而且主程序由更熟悉流程的Library来完成，减少了程序出错误的可能。

代码实现：

• 使用模板方法前：

//程序库开发人员
class Library {
public:void Step1() {//...}void Step3() {//...}void Step5() {//...}
};//应用程序开发人员
class Application {
public:bool Step2() {//...}void Step4() {//...}
};int main()
{Library lib;Application app;lib.Step1();if (app.Step2()) {lib.Step3();}for (int i = 0; i < 4; i++) {app.Step4();}lib.Step5();
}

• 使用模板方法后：

//程序库开发人员
class Library {
public://稳定 template methodvoid Run() {Step1();if (Step2()) { //支持变化 ==> 虚函数的多态调用Step3();}for (int i = 0; i < 4; i++) {Step4(); //支持变化 ==> 虚函数的多态调用}Step5();}virtual ~Library() { }
protected:void Step1() { //稳定//.....}void Step3() {//稳定//.....}void Step5() { //稳定//.....}virtual bool Step2() = 0;//变化virtual void Step4() = 0; //变化
};//应用程序开发人员
class Application : public Library {
protected:virtual bool Step2() {//... 子类重写实现}virtual void Step4() {//... 子类重写实现}
};int main()
{Library* pLib = new Application();pLib->Run();delete pLib;
}

结构图如下：

总结

• 设计模式能够实现的前提是假设有稳定点，即具有不变化的特性，比如上面的运行流程。如果所有的条件都是稳定的，那么设计模式也就没有用了。
• 设计模式就是在所有稳定与变化的点之间寻找隔离点。如果所有条件都在变化，任何设计模式都没有用了。
• Template Method模式是一种非常基础性的设计模式，在面向对象系统中有着大量的应用。它用最简洁的机制（虚函数的多态性）为很多应用程序框架提供了灵活的扩展点，是代码复用方面的基本实现结构。
• 在具体实现方面，被Template Method调用的虚方法可以具有实现，也可以没有任何实现（抽象方法、纯虚方法），但一般推荐将它们设置为protected方法。