C++设计模式(1)模板方法

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模板方法设计模式通过定义算法的骨架，将不变的部分实现，变化的部分留给子类来扩展。这种模式允许在不修改算法结构的情况下，重定义特定步骤，适用于固定流程中有变化环节的场景。例如，软件调用流程中，稳定步骤由库开发人员在基类实现，变化步骤由应用开发人员在子类中重写。模板方法通过虚函数的多态性提供扩展点，实现了控制反转，提高了代码复用和灵活性。

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
在这里插入图片描述

动机（Motivation）

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？

例子：

软件的调用流程依次是1-2-3-4-5（1-3-5是稳定的，2-4是可变化的）
不使用设计模式一般情况，程序调用的主流程是由Application开发人员编写
在这里插入图片描述软件的调用流程依次是1-2-3-4-5（1-3-5是稳定的，2-4是可变化的）
因为基本流程是固定的，既有变化的也有稳定的，所以可以利用模板方法利用动态绑定的特性，将程序的调用主流程利用纯虚函数或者虚函数封装Library开发人员类里，从而实现晚绑定。
在这里插入图片描述
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不使用模板方法

template1_lib.cpp

//程序库开发人员
class Library{
public:
	void Step1(){
		//...
	}
    void Step3(){
		//...
    }
    void Step5(){
		//...
    }
};

template1_app.cpp

//应用程序开发人员
class Application{
public:
	bool Step2(){
		//...
    }
    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();
}

使用模板方法

template2_app.cpp

//应用程序开发人员
class Application : public Library {
protected:
	virtual bool Step2(){
		//... 子类重写实现
    }
    virtual void Step4() {
		//... 子类重写实现
    }
};
int main()
	{
	    Library* pLib=new Application();
	    lib->Run();
		delete pLib;
	}
}

template2_lib.cpp

//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
        //.....
    }
	void Step3() {//稳定
        //.....
    }
	void Step5() { //稳定
		//.....
	}
	virtual bool Step2() = 0;//变化
    virtual void Step4() =0; //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。]