设计模式- 模板方法模式（Template Method Pattern） 结构|原理|优缺点|场景|示例

时间：2024-04-25 14:33:36

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模板方法模式（Template Method Pattern）是一种行为型设计模式，用于定义一个算法的骨架，而将一些步骤的具体实现延迟到子类中。这样，可以在不改变算法结构的情况下，让子类重新定义算法中的某些步骤。

主要角色：

  1. 抽象类（Abstract Class）：定义一个模板方法（Template Method），其中包含算法的框架，以及一些抽象方法或具体方法。抽象类中的模板方法定义了算法的步骤顺序，并调用了具体的方法，这些方法可以是抽象的，由子类去实现。

  2. 具体子类（Concrete Class）：继承自抽象类，实现了其中定义的抽象方法，提供了算法中特定步骤的具体实现。具体子类可以覆盖抽象类中的方法，以实现特定的行为。

工作原理：

  1. 抽象类定义了一个模板方法，其中包含了算法的骨架，以及一些抽象方法或具体方法。
  2. 具体子类继承抽象类，并实现其中的抽象方法，提供算法中特定步骤的具体实现。
  3. 客户端通过调用抽象类中的模板方法来使用算法，具体子类会按照模板方法定义的算法框架执行相应的步骤。

优点：

  • 提高代码复用性：通过抽象模板方法，封装了算法的通用部分，使得代码更易于维护和扩展。
  • 灵活性：允许子类根据需要重新定义或扩展算法中的特定步骤，从而实现定制化。
  • 便于管理：通过模板方法对算法进行统一管理和调度，提高了代码的结构化程度。

缺点：

  • 可能导致代码膨胀：如果模板方法中的步骤过多或过于复杂，会增加子类的实现难度，导致代码膨胀。
  • 限制灵活性：模板方法模式可能限制了子类的灵活性，特定步骤的实现必须符合父类定义的算法框架。

适用场景：

模板方法模式适用于以下场景：

  • 当需要实现一组算法中的共同部分，并将可变部分延迟到子类中时。
  • 当存在多个具有相似算法结构但实现细节不同的情况时。
  • 当希望通过一个固定的算法框架来管理和调度算法时。
代码示例（以Java为例）
// 抽象类定义了算法框架
abstract class AbstractClass {
    // 模板方法定义了算法的骨架，调用了具体的方法
    public void templateMethod() {
        step1();
        step2();
        step3();
    }
    
    // 具体方法，有默认实现
    protected void step1() {
        System.out.println("AbstractClass: Performing step 1");
    }
    
    // 抽象方法，由子类实现
    protected abstract void step2();
    
    // 具体方法，可以在子类中选择是否覆盖
    protected void step3() {
        System.out.println("AbstractClass: Performing step 3");
    }
}

// 具体子类实现了抽象类中的抽象方法
class ConcreteClass extends AbstractClass {
    // 实现了抽象方法
    @Override
    protected void step2() {
        System.out.println("ConcreteClass: Performing step 2");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建具体子类对象
        AbstractClass obj = new ConcreteClass();
        // 调用模板方法
        obj.templateMethod();
    }
}

代码示例（以Python为例）

from abc import ABC, abstractmethod

# 抽象类定义了算法框架
class AbstractClass(ABC):
    # 模板方法定义了算法的骨架，调用了具体的方法
    def template_method(self):
        self.step1()
        self.step2()
        self.step3()
    
    # 具体方法，有默认实现
    def step1(self):
        print("AbstractClass: Performing step 1")
    
    # 抽象方法，由子类实现
    @abstractmethod
    def step2(self):
        pass
    
    # 具体方法，可以在子类中选择是否覆盖
    def step3(self):
        print("AbstractClass: Performing step 3")

# 具体子类实现了抽象类中的抽象方法
class ConcreteClass(AbstractClass):
    # 实现了抽象方法
    def step2(self):
        print("ConcreteClass: Performing step 2")

if __name__ == "__main__":
    # 创建具体子类对象
    obj = ConcreteClass()
    # 调用模板方法
    obj.template_method()

在这个示例中，AbstractClass 是抽象类，定义了模板方法 templateMethod() 和具体方法 step1()、step3()，以及抽象方法 step2()。ConcreteClass 是具体子类，实现了抽象方法 step2()。在 Main 类中，我们创建了 ConcreteClass 的对象，并调用了模板方法 templateMethod()，它按照定义的算法骨架执行了相应的步骤。

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