设计模式-模板方法

最新推荐文章于 2025-12-06 13:32:24 发布

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#设计模式 #c++

模板方法模式（Template Method）

一、什么是模板方法模式

模板方法模式是一种行为型设计模式，它在抽象类中定义算法的骨架（框架），并允许子类实现或重写其中的具体步骤。

二、解决了什么问题

当一个通用流程在多个子类中相似，但细节又有所不同时，可以使用模板方法来复用流程、统一规范。
避免子类完全独立实现一整套流程造成的重复代码。

三、模式的核心思想

在抽象类中写好 模板方法（流程框架）。
将流程中的某些步骤定义为抽象方法，交由子类实现。
一些通用步骤可以写死在抽象类中，避免重复。

四、结构图

抽象类 AbstractClass
    ├── 模板方法 templateMethod()  // 定义算法框架
    ├── 基本方法 step1()          // 子类可实现
    └── 基本方法 step2()          // 子类可实现

具体类 ConcreteClassA
    └── 实现 step1() 和 step2()

具体类 ConcreteClassB
    └── 实现 step1() 和 step2()

在这里插入图片描述

五、代码样例

场景：做一杯饮料（泡茶 / 冲咖啡）
需求：流程基本相同（烧水 → 倒杯子 → 加主料 → 加调料）

不使用设计模式

#include <iostream>
using namespace std;

class Tea {
public:
    void makeTea() {
        boilWater();
        pourInCup();
        addTeaLeaves();
        addLemon();
    }
private:
    void boilWater() { cout << "烧水\n"; }
    void pourInCup() { cout << "倒入茶杯\n"; }
    void addTeaLeaves() { cout << "加入茶叶\n"; }
    void addLemon() { cout << "加柠檬\n"; }
};

class Coffee {
public:
    void makeCoffee() {
        boilWater();
        pourInCup();
        addCoffeePowder();
        addSugar();
    }
private:
    void boilWater() { cout << "烧水\n"; }
    void pourInCup() { cout << "倒入咖啡杯\n"; }
    void addCoffeePowder() { cout << "加入咖啡粉\n"; }
    void addSugar() { cout << "加糖\n"; }
};

int main() {
    Tea tea;
    Coffee coffee;

    cout << "制作茶：\n";
    tea.makeTea();

    cout << "\n制作咖啡：\n";
    coffee.makeCoffee();
    return 0;
}

会发现几个问题

重复代码很多（烧水、倒杯子等步骤）。
如果流程要改（比如加「冷却」步骤），所有类都要改。

使用设计模式

#include <iostream>
using namespace std;

// 抽象饮料类（模板）
class Beverage {
public:
    virtual ~Beverage() {}

    void make() {  // 模板方法
        boilWater();
        pourInCup();
        addMainIngredient();
        addCondiments();
    }

protected:
    void boilWater() { cout << "烧水\n"; }
    void pourInCup() { cout << "倒入杯子\n"; }

    virtual void addMainIngredient() = 0;  // 留给子类实现
    virtual void addCondiments() = 0;      // 留给子类实现
};

// 具体类：茶
class Tea : public Beverage {
protected:
    void addMainIngredient() override { cout << "加入茶叶\n"; }
    void addCondiments() override { cout << "加柠檬\n"; }
};

// 具体类：咖啡
class Coffee : public Beverage {
protected:
    void addMainIngredient() override { cout << "加入咖啡粉\n"; }
    void addCondiments() override { cout << "加糖\n"; }
};

int main() {
    // 使用父类指针指向子类对象
    Beverage* beverage1 = new Tea();
    Beverage* beverage2 = new Coffee();

    cout << "制作茶：\n";
    beverage1->make();

    cout << "\n制作咖啡：\n";
    beverage2->make();

    // 释放内存
    delete beverage1;
    delete beverage2;

    return 0;
}

稳定与变化

在模板方法模式里：

稳定的部分
- Beverage（抽象饮料类）里定义的流程：
  - 烧水 → 倒杯子 → 加主料 → 加调料
- 这些步骤的顺序和整体框架是 固定不变 的。
变化的部分
- 不同饮品的细节实现：
  - 茶：加入茶叶，加柠檬
  - 咖啡：加入咖啡粉，加糖
  - 热巧克力：加入巧克力粉，加牛奶
- 这些属于 容易变化 的部分，由子类来实现。