行为型设计模式-模板方法（template method）模式

通俗示例

想象一下你正在制作一杯咖啡，制作咖啡的步骤大致相同，但有些步骤可以根据个人口味进行调整，比如选择咖啡豆、添加糖和奶等。在这种情况下，可以定义一个“制作咖啡”的模板，它规定了制作咖啡的基本步骤，但将某些步骤的具体实现留给子类完成。这就是模板方法模式的一个例子，其中模板定义了算法的骨架，而将一些步骤的实现延迟到子类中。

通俗解释

模板方法模式是一种行为型设计模式，它在一个方法中定义一个算法的骨架，将算法的某些步骤延迟到子类中实现。模板方法模式允许子类在不改变算法结构的情况下，重新定义算法中的某些步骤。

模板方法模式的组成通常包括以下几部分：

• 抽象类（Abstract Class）：定义了一个或多个抽象操作，以及一个模板方法。这个模板方法定义了算法的骨架，并调用在这些抽象操作。
• 具体类（Concrete Class）：实现抽象类中的抽象操作，也可以覆盖模板方法中的可钩子操作（hook）。

模板方法模式的优点

• 复用性：模板方法定义了算法的骨架，提高了代码的复用性。
• 扩展性：子类可以覆盖特定的步骤，从而实现特定的行为。
• 维护性：模板方法模式有助于维护一个一致的方法接口。

Python代码示例

以下是一个模板方法模式的简单实现：

from abc import ABC, abstractmethod

# 抽象类
class CoffeeMaker(ABC):
    def make_coffee(self):
        self.boil_water()
        self.brew_coffee_beans()
        self.add_condiments()
        print("Coffee is ready!")
    
    def boil_water(self):
        print("Boiling water...")
    
    @abstractmethod
    def brew_coffee_beans(self):
        pass
    
    @abstractmethod
    def add_condiments(self):
        pass

# 具体类
class LatteMaker(CoffeeMaker):
    def brew_coffee_beans(self):
        print("Brewing coffee beans for latte...")
    
    def add_condiments(self):
        print("Adding milk and sugar for latte...")

class BlackCoffeeMaker(CoffeeMaker):
    def brew_coffee_beans(self):
        print("Brewing coffee beans for black coffee...")
    
    def add_condiments(self):
        print("No condiments for black coffee.")

# 客户端代码
if __name__ == "__main__":
    latte_maker = LatteMaker()
    latte_maker.make_coffee()
    
    print()
    
    black_coffee_maker = BlackCoffeeMaker()
    black_coffee_maker.make_coffee()

在这个例子中，CoffeeMaker是一个抽象类，它定义了make_coffee这个模板方法，该方法规定了制作咖啡的步骤。同时，它还定义了两个抽象方法brew_coffee_beans和add_condiments，这两个方法需要在子类中实现。LatteMaker和BlackCoffeeMaker是具体类，它们实现了抽象方法，从而定义了制作拿铁和黑咖啡的具体步骤。

总结

模板方法模式通过在一个方法中定义算法的骨架，将算法的某些步骤的实现推迟到子类中，从而允许子类在不改变算法结构的情况下，重新定义算法中的某些步骤。这种模式特别适用于那些具有多个步骤，其中一些步骤经常变化而另一些保持不变的情况。