22、Cocoa Touch 中的模板方法与策略模式

最新推荐文章于 2025-12-03 21:57:12 发布

backprop5master

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分类专栏：解密iOS设计模式文章标签：模板方法模式策略模式 Cocoa Touch

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Cocoa Touch 中的模板方法与策略模式

1. 模板方法模式概述

模板方法模式在框架设计中十分常见，它是代码复用的基础技术。此模式允许框架设计者将算法中特定于应用程序的元素留给应用程序处理，从而提取框架类中的通用行为。这种方法有助于提高可扩展性和可复用性，同时保持不同类之间的松散耦合。

2. Cocoa Touch 框架中的模板方法应用

UIView 类中的自定义绘图
- 自 iOS 2.0 起， UIView 类中有一个方法可让应用程序通过重写来执行自定义绘图：

- (void)drawRect:(CGRect)rect

- 该方法的默认实现为空。如果 `UIView` 的子类需要绘制自己的视图，则会重写此方法，因此它是一个钩子方法。
- 当需要更改屏幕上的视图时，此方法将被调用。框架会处理所有底层的繁琐工作。`UIView` 处理绘图过程的一部分就是调用 `drawRect:`。如果该方法中有代码，也会被执行。子类可以使用 Quartz 2D 函数 `UIGraphicsGetCurrentContext` 来获取框架中任何可用 2D 元素的当前图形上下文。
- 客户端应用程序还可以通过调用 `UIView` 的方法手动激活绘图过程：

- (void)setNeedsDisplay

- 此方法会通知 `UIView` 实例重新绘制其在屏幕上的整个矩形区域。还可以使用另一个实例方法指定视图上要重新绘制的特定矩形区域：

- (void)setNeedsDisplayInRect:(CGRect)invalidRect

- `invalidRect` 是接收者的矩形区域，将其标记为无效，意味着只有该区域需要重新绘制。

UIViewController 中的模板方法
- UIViewController 定义了一些方法，让用户应用程序处理设备的不同方向。以下是设备方向改变时出现的消息列表：
  - shouldAutorotateToInterfaceOrientation:
  - rotatingHeaderView
  - rotatingFooterView
  - willAnimateRotationToInterfaceOrientation:duration:
  - willRotateToInterfaceOrientation:duration:
  - willAnimateFirstHalfOfRotationToInterfaceOrientation:duration:
  - didAnimateFirstHalfOfRotationToInterfaceOrientation:
  - willAnimateSecondHalfOfRotationFromInterfaceOrientation:duration:
  - didRotateFromInterfaceOrientation:
- 这些都是纯钩子方法，等待被重写以执行实际操作。每个方法都会在设备方向改变的特定时刻被调用。子类可以重写选定的方法，以在屏幕旋转过程的不同步骤和时间增强特定行为。

3. 策略模式概述

在面向对象的软件设计中，我们常常会遇到将一堆不同的算法塞在同一块代码中，并使用大量 if-else 或 switch-case 条件语句来决定使用哪个算法的情况。例如，验证输入数据时，不同的数据类型（如 CGFloat 、 NSString 、 NSInteger 等）需要不同的验证算法。如果能将每个算法封装为一个对象，就可以消除大量用于数据类型检查的条件语句。

策略模式就是将相关算法分离到不同的类中作为策略。其核心概念是定义一个策略类，声明所有支持或相关算法的通用接口，还有实现相关算法的具体策略类。上下文类的对象会配置一个具体策略对象的实例，上下文对象使用策略接口调用具体策略类定义的算法。

4. 策略模式的关键要素

策略类 ：声明所有支持或相关算法的通用接口。
具体策略类 ：使用策略接口实现相关算法。
上下文类 ：配置具体策略对象的实例，并使用策略接口调用算法。

5. 策略模式的应用场景

当一个类在其操作中使用多个条件语句来定义多种行为时，可以将相关的条件分支移到它们自己的策略类中。
需要算法的不同变体时。
需要避免向客户端暴露复杂且特定于算法的数据结构时。

6. 在 UITextField 中应用验证策略

问题描述 ：假设应用中有一些 UITextField 用于接收用户输入，有一个只接受字母（a - z 或 A - Z）的文本字段，以及一个只接受数值（0 - 9）的文本字段。为确保每个字段中的输入有效，需要在用户完成编辑文本字段后进行验证。
未使用策略模式的代码

- (void)textFieldDidEndEditing:(UITextField *)textField
{
  if (textField == numericTextField)
  {
    // validate [textField text] and make sure
    // the value is numeric
  }
  else if (textField == alphaTextField)
  {
    // validate [textField text] and make sure
    // the value contains only letters
  }
}

使用策略模式的实现步骤
1. 定义抽象基类 InputValidator

// InputValidator.h
@interface InputValidator : NSObject  
{
}

// A stub for any actual validation strategy
- (BOOL) validateInput:(UITextField *)input error:(NSError **) error;

@end

// InputValidator.m
#import "InputValidator.h"

@implementation InputValidator

// A stub for any actual validation strategy
- (BOOL) validateInput:(UITextField *)input error:(NSError **) error
{
  if (error)
  {
    *error = nil;
  }
  return NO;
}

@end

2. **创建具体策略类**
    - **`NumericInputValidator`**

// NumericInputValidator.h
#import "InputValidator.h"

@interface NumericInputValidator : InputValidator  
{
}

// A validation method that makes sure the input contains only
// numbers, i.e., 0-9
- (BOOL) validateInput:(UITextField *)input error:(NSError **) error;

@end

// NumericInputValidator.m
#import "NumericInputValidator.h"

@implementation NumericInputValidator

- (BOOL) validateInput:(UITextField *)input error:(NSError**) error
{
  NSError *regError = nil;
  NSRegularExpression *regex = [NSRegularExpression  
                                 regularExpressionWithPattern:@"^[0-9]*$"
                                 options:NSRegularExpressionAnchorsMatchLines
                                 error:&regError];

  NSUInteger numberOfMatches = [regex  
                                numberOfMatchesInString:[input text]
                                options:NSMatchingAnchored 
                                range:NSMakeRange(0, [[input text] length])];

  // if there is not a single match
  // then return an error and NO
  if (numberOfMatches == 0)
  {
    if (error != nil)
    {
      NSString *description = NSLocalizedString(@"Input Validation Failed", @"");
      NSString *reason = NSLocalizedString(@"The input can contain only numerical values", @"");

      NSArray *objArray = [NSArray arrayWithObjects:description, reason, nil];
      NSArray *keyArray = [NSArray arrayWithObjects:NSLocalizedDescriptionKey,
                           NSLocalizedFailureReasonErrorKey, nil];

      NSDictionary *userInfo = [NSDictionary dictionaryWithObjects:objArray
                                                           forKeys:keyArray];
      *error = [NSError errorWithDomain:InputValidationErrorDomain
                                   code:1001
                               userInfo:userInfo];
    }
    return NO;
  }

  return YES;
}

@end

    - **`AlphaInputValidator`**

// AlphaInputValidator.h
#import "InputValidator.h"

@interface AlphaInputValidator : InputValidator  
{
}

// A validation method that makes sure the input contains only
// letters, i.e., a-z or A-Z
- (BOOL) validateInput:(UITextField *)input error:(NSError **) error;

@end

// AlphaInputValidator.m
#import "AlphaInputValidator.h"

@implementation AlphaInputValidator

- (BOOL) validateInput:(UITextField *)input error:(NSError**) error
{
  NSError *regError = nil;
  NSRegularExpression *regex = [NSRegularExpression  
                                 regularExpressionWithPattern:@"^[a-zA-Z]*$"
                                 options:NSRegularExpressionAnchorsMatchLines
                                 error:&regError];

  NSUInteger numberOfMatches = [regex  
                                numberOfMatchesInString:[input text]
                                options:NSMatchingAnchored 
                                range:NSMakeRange(0, [[input text] length])];

  // If there is not a single match
  // then return an error and NO
  if (numberOfMatches == 0)
  {
    if (error != nil)  
    {
      NSString *description = NSLocalizedString(@"Input Validation Failed", @"");
      NSString *reason = NSLocalizedString(@"The input can contain only letters", @"");

      NSArray *objArray = [NSArray arrayWithObjects:description, reason, nil];
      NSArray *keyArray = [NSArray arrayWithObjects:NSLocalizedDescriptionKey,
                           NSLocalizedFailureReasonErrorKey, nil];

      NSDictionary *userInfo = [NSDictionary dictionaryWithObjects:objArray
                                                           forKeys:keyArray];
      *error = [NSError errorWithDomain:InputValidationErrorDomain
                                   code:1002
                               userInfo:userInfo];
    }

    return NO;
  }

  return YES;
}

@end

3. **创建自定义 `UITextField` 子类**

// CustomTextField.h
#import "InputValidator.h"

@interface CustomTextField : UITextField  
{
  @private
  InputValidator *inputValidator_;
}

@property (nonatomic, retain) IBOutlet InputValidator *inputValidator;

- (BOOL) validate;

@end

// CustomTextField.m
#import "CustomTextField.h"

@implementation CustomTextField

@synthesize inputValidator=inputValidator_;

- (BOOL) validate
{
  NSError *error = nil;
  BOOL validationResult = [inputValidator_ validateInput:self error:&error];

  if (!validationResult)
  {
    UIAlertView *alertView = [[UIAlertView alloc]  
                                   initWithTitle:[error localizedDescription]
                                         message:[error localizedFailureReason]
                                        delegate:nil
                               cancelButtonTitle:NSLocalizedString(@"OK", @"")
                               otherButtonTitles:nil];
    [alertView show];
    [alertView release];
  }

  return validationResult;
}

- (void) dealloc
{
  [inputValidator_ release];
  [super dealloc];
}

@end

4. **客户端代码实现**

// StrategyViewController.h
#import "NumericInputValidator.h"
#import "AlphaInputValidator.h"
#import "CustomTextField.h"

@interface StrategyViewController : UIViewController <UITextFieldDelegate>  
{
  @private
  CustomTextField *numericTextField_;
  CustomTextField *alphaTextField_;
}

@property (nonatomic, retain) IBOutlet CustomTextField *numericTextField;
@property (nonatomic, retain) IBOutlet CustomTextField *alphaTextField;

@end

// StrategyViewController.m
#import "StrategyViewController.h"

@implementation StrategyViewController

@synthesize numericTextField, alphaTextField;

// ...
// other methods in the view controller
// ...

#pragma mark -
#pragma mark UITextFieldDelegate methods

- (void)textFieldDidEndEditing:(UITextField *)textField
{
  if ([textField isKindOfClass:[CustomTextField class]])
  {
    [(CustomTextField*)textField validate];
  }
}

@end

7. 总结与建议

通过模板方法模式和策略模式，可以显著提高代码的可维护性和可扩展性。模板方法模式有助于提取通用行为，而策略模式可以消除大量的条件语句，使代码更加简洁和易于管理。在实际开发中，可以根据具体需求灵活运用这两种模式。

以下是一个简单的 mermaid 流程图，展示了 CustomTextField 的验证流程：

graph TD;
    A[用户编辑结束] --> B{是否为 CustomTextField};
    B -- 是 --> C[调用 validate 方法];
    C --> D[调用 InputValidator 的 validateInput 方法];
    D -- 验证失败 --> E[显示警告框];
    D -- 验证成功 --> F[结束];
    B -- 否 --> F[结束];

同时，为了更清晰地展示不同类之间的关系，我们可以列出以下表格：
| 类名 | 作用 | 关联类 |
| ---- | ---- | ---- |
| InputValidator | 抽象基类，定义验证接口 | NumericInputValidator 、 AlphaInputValidator |
| NumericInputValidator | 具体策略类，验证输入是否为数字 | InputValidator |
| AlphaInputValidator | 具体策略类，验证输入是否为字母 | InputValidator |
| CustomTextField | 自定义 UITextField 子类，包含验证逻辑 | InputValidator |
| StrategyViewController | 客户端控制器，处理文本字段编辑结束事件 | CustomTextField |

Cocoa Touch 中的模板方法与策略模式

8. 模板方法与策略模式的优势对比

模板方法模式和策略模式虽然都有助于代码的复用和扩展，但它们的侧重点有所不同。下面通过表格的形式来对比它们的优势：
| 模式 | 优势 |
| ---- | ---- |
| 模板方法模式 | - 提取框架类中的通用行为，提高代码复用性。
- 保持不同类之间的松散耦合，增强可扩展性。
- 通过钩子方法，允许子类在特定步骤进行定制。 |
| 策略模式 | - 消除大量的条件语句，使代码更加简洁和易于维护。
- 可以在运行时动态切换算法，提高灵活性。
- 避免向客户端暴露复杂的算法实现细节。 |

9. 实际应用中的注意事项

模板方法模式
- 在使用模板方法模式时，要确保钩子方法的设计合理，避免子类过度定制导致代码混乱。
- 对于复杂的算法，要合理划分通用部分和特定部分，以便更好地复用代码。
策略模式
- 具体策略类的数量不宜过多，否则会增加系统的复杂度。
- 要确保策略类的接口设计合理，能够满足不同算法的需求。

10. 进一步优化思路

模板方法模式
- 可以将一些常用的钩子方法封装成工具类，方便在不同的子类中复用。
- 对于一些复杂的算法，可以使用工厂模式来创建具体的子类，提高代码的可维护性。
策略模式
- 可以使用策略工厂来管理所有的具体策略类，方便在运行时动态切换策略。
- 对于一些相似的策略类，可以提取出公共的部分，使用抽象基类或接口来实现代码复用。

11. 代码复用与扩展的最佳实践

模板方法模式
- 在 UIView 的 drawRect: 方法中，可以将一些通用的绘图操作封装成模板方法，子类只需要重写特定的绘图步骤即可。
- 在 UIViewController 的屏幕旋转方法中，可以将一些通用的旋转逻辑封装成模板方法，子类只需要重写特定的旋转行为即可。
策略模式
- 在 InputValidator 的验证方法中，可以将一些通用的验证逻辑封装成抽象基类，具体的验证策略类只需要重写特定的验证规则即可。
- 在 CustomTextField 的验证方法中，可以使用策略工厂来动态切换不同的验证策略，提高代码的灵活性。

12. 总结

模板方法模式和策略模式是两种非常实用的设计模式，它们可以帮助我们提高代码的可维护性、可扩展性和复用性。在实际开发中，我们可以根据具体的需求灵活运用这两种模式，以达到最佳的开发效果。

以下是一个 mermaid 流程图，展示了策略模式的整体流程：

graph TD;
    A[客户端代码] --> B{选择具体策略};
    B -- 策略 A --> C[ConcreteStrategyA];
    B -- 策略 B --> D[ConcreteStrategyB];
    B -- 策略 C --> E[ConcreteStrategyC];
    C --> F[执行算法 A];
    D --> G[执行算法 B];
    E --> H[执行算法 C];
    F --> I[返回结果];
    G --> I[返回结果];
    H --> I[返回结果];
    I --> A[客户端代码];

同时，为了更清晰地展示策略模式中不同类之间的交互，我们可以列出以下列表：
1. 客户端代码根据需求选择具体的策略类。
2. 具体策略类实现了策略接口中定义的算法。
3. 上下文类配置了具体策略类的实例，并使用策略接口调用算法。
4. 具体策略类执行算法并返回结果给上下文类。
5. 上下文类将结果返回给客户端代码。

通过以上的介绍和示例，相信你对模板方法模式和策略模式有了更深入的理解。在实际开发中，合理运用这两种模式，可以让你的代码更加优雅和高效。