[设计模式] Template Method

Template Method

动机

• 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？

模式定义

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。 ——《 设计模式》 GoF

SHOW ME THE CODE

结构化软件设计流程

​​template1_app.cpp​​

#include "template1_lib.cpp"

class Application
{
  public:
  bool Step2()
  {
    cout << "myStep2" << endl;
    return true;
  }

  void Step4()
  {
    cout << "myStep4" << endl;
  }
};

int main()
{
  Library lib;
  Application app;
  //整体流程
  lib.Step1();

  if (app.Step2())
  {
    lib.Step3();
  }

  for (int i = 0; i < 4; i++)
  {
    app.Step4();
  }

  lib.Step5();
}

​​template1_lib.cpp​​

#include <iostream>

using namespace std;

//
class Library
{

public:
  void Step1()
  {
    cout << "Step1" << endl;
  }

  void Step3()
  {
    cout << "Step3" << endl;
  }

  void Step5()
  {
    cout << "Step5" << endl;
  }
};

面向对象软件设计流程

​​template2_app.cpp​​

#include "template2_lib.cpp"
#include <iostream>

using namespace std;

//应用程序开发人员
class Application : public Library
{
  protected:
  virtual bool Step2()
  {
    //... 子类重写实现
    cout << "override Step2" << endl;
    return true;
  }

  virtual void Step4()
  {
    //... 子类重写实现
    cout << "override Step4" << endl;
  }
};

int main()
{
  Library *pLib = new Application();
  pLib->Run();

  delete pLib;
}

​​template2_lib.cpp​​

#include <iostream>

using namespace std;

//程序库开发人员
class Library
{
  public:
    //稳定 template method
    void 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
        cout << "Step1" << endl;
    }
    void Step3()
    { //稳定
        cout << "Step3" << endl;
    }
    void Step5()
    {   //稳定
        cout << "Step5" << endl;
    }

    virtual bool Step2() = 0; //变化
    virtual void Step4() = 0; //变化
};

对比

结构化软件设计流程：早绑定，应用程序开发人员负担比较重

面向对象软件设计流程：晚绑定，把主要骨架在​​Library​​里写好了，同时利用虚函数支持子类的变化

​​Template Method​​通过虚函数实现了晚绑定（延时的手法）

结构设计

红色稳定，蓝色变化

要点总结

• 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。
• 除了可以灵活应对子步骤的变化外， “不要调用我，让我来调用你” 的反向控制结构是Template Method的典型应用。
• 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。