C++设计模式01-——模板设计模式_c++模板设计模式-优快云博客

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本文介绍了C++中的模板方法设计模式，该模式用于在稳定的操作结构中应对子步骤的变化。通过创建一个模板方法，将不变的步骤与可变的步骤分离，利用虚函数的多态性实现子类的定制。文章通过实例展示了如何从原有的库代码中抽象出模板方法，并让使用者通过继承和重写特定方法来满足个性化需求。

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C++设计模式01-——模板设计模式

文章目录

- C++设计模式01-——模板设计模式

一、使用动机

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？

二、应用场景

一个库开发人员，你根据开发者经常性、重复性的需求，编写了一个库，为开发者提供稳定的模块：

class Library {

public:
	void Step1() {
		//...
	}

	void Step3() {
		//...
	}

	void Step5() {
		//...
	}
};

一段时间的使用后，通过观察发现用户经常会使用这样地使用此库：

class Application {
public:
    bool Step2() {
        //...
        return true;//为了使编译通过所赋值
    }

    void Step4() {
        //...
    }
};

int main() {
	Library lib;
	Application app;
	lib.Step1();
	if (app.Step2()) {
		lib.Step3();
	}
	for (int i = 0; i < 4; i++) {
		app.Step4();
	}
	lib.Step5();
    return 0;
}

于是，库开发人员想要将此流程定下来，包装成一个函数方法，使得用户更加轻松地完成开发，但是，问题出现了，尽管步骤大体相同，但是每个用户定义的Step2()和Step4()函数内容都不相同，无法固定具体的内容…

三、问题解决

经过思考，想到面向对象，想到虚函数和继承，没错！只要把这些步骤做成模板，其中用户自定义的部分使用纯虚函数强迫用户重写自定义方法，即可达到目的。

库模板：

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
        //.....
    }
    void Step3() {//稳定
        //.....
    }
    void Step5() { //稳定
        //.....
    }

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

int main()
{
	Library* pLib = new Application();
	pLib->Run();
	delete pLib;
	return 0;
}

用户使用:

class Application : public Library {
protected:
	virtual bool Step2() {
		//... 子类重写实现
		return true;
	}

	virtual void Step4() {
		//... 子类重写实现
	}
};

一个细节： 这两个函数写成纯虚函数后，必须在子类中重写才可以实例化子类对象，才可以使用Run函数。

四、代码附录

测试代码：

未优化初始代码

#include <iostream>

using namespace std;

class Library {

public:
	void Step1() {
		//...
	}

	void Step3() {
		//...
	}

	void Step5() {
		//...
	}
};

class Application {
public:
    bool Step2() {
        //...
        return true;
    }

    void Step4() {
        //...
    }
};

int main() {
	Library lib;
	Application app;
	lib.Step1();
	if (app.Step2()) {
		lib.Step3();
	}
	for (int i = 0; i < 4; i++) {
		app.Step4();
	}
	lib.Step5();
    return 0;
}

优化之后：

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
        //.....
    }
    void Step3() {//稳定
        //.....
    }
    void Step5() { //稳定
        //.....
    }

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

class Application : public Library {
protected:
	virtual bool Step2() {
		//... 子类重写实现
		return true;
	}

	virtual void Step4() {
		//... 子类重写实现
	}
};

int main()
{
	Library* pLib = new Application();
	pLib->Run();
	delete pLib;
	return 0;
}

五、代码对比

library库

用户自定义方法

方法调用

六、经验总结

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

THE END…