Python讲解：模板方法模式

最新推荐文章于 2025-05-04 14:28:46 发布

软件架构师笔记

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Python讲解：模板方法模式

简介

模板方法模式（Template Method Pattern）是一种行为型设计模式，它定义了一个操作中的算法骨架，而将一些步骤延迟到子类中实现。模板方法使得子类可以在不改变算法结构的情况下重新定义算法的某些特定步骤。

核心概念

AbstractClass（抽象类）：定义了模板方法和基本操作。模板方法是一个具体的方法，它给出了一个顶级逻辑框架，并调用其他抽象或具体的操作。
ConcreteClass（具体类）：实现了在抽象类中声明的抽象操作，完成与特定子类相关的细节部分。
Hook（钩子）：可选的操作，由抽象类提供默认实现（通常为空），但允许子类根据需要覆盖它们以扩展行为。

为什么使用模板方法模式？

代码复用：通过将公共的行为提取到父类中，减少了重复代码，符合DRY原则。
控制子类扩展点：可以明确指定哪些部分是固定的，哪些是可以被子类重写的，从而更好地控制继承层次。
增强灵活性：子类可以通过重写特定的方法来自定义行为，而不必完全重写整个算法。

应用场景

框架开发：如Web框架中的请求处理流程、ORM框架中的数据库操作等。
游戏开发：游戏中角色的动作序列（如攻击、防御等）可能遵循相同的模式，但具体执行方式不同。
算法实现：当多个算法具有相似的结构时，可以使用模板方法模式来定义通用框架。

案例分析

假设我们正在开发一个简单的文档处理应用程序，其中支持多种类型的文档格式（如文本文件、PDF文件）。为了实现对这些文档的基本操作（如打开、编辑、保存），我们可以利用模板方法模式来实现这一点。

步骤一：定义抽象类

首先，我们需要定义一个抽象类，它包含了模板方法和一些基本操作：

from abc import ABC, abstractmethod

class DocumentProcessor(ABC):
    def process_document(self) -> None:
        self.open_document()
        self.edit_document()
        self.save_document()

    @abstractmethod
    def open_document(self) -> None:
        pass

    @abstractmethod
    def edit_document(self) -> None:
        pass

    @abstractmethod
    def save_document(self) -> None:
        pass

    def hook_before_save(self) -> None:
        # 钩子方法，默认为空实现
        pass

步骤二：创建具体类

接下来，为每种文档类型创建具体类，每个类都实现了抽象类中声明的抽象操作，并可以根据需要覆盖钩子方法：

class TextDocumentProcessor(DocumentProcessor):
    def open_document(self) -> None:
        print("Opening text document")

    def edit_document(self) -> None:
        print("Editing text document")

    def save_document(self) -> None:
        print("Saving text document")
        self.hook_before_save()

    def hook_before_save(self) -> None:
        print("Performing spell check before saving")


class PDFDocumentProcessor(DocumentProcessor):
    def open_document(self) -> None:
        print("Opening PDF document")

    def edit_document(self) -> None:
        print("Editing PDF document")

    def save_document(self) -> None:
        print("Saving PDF document")
        self.hook_before_save()

    def hook_before_save(self) -> None:
        print("Compressing PDF before saving")

步骤三：使用模板方法模式

现在我们可以轻松地使用模板方法模式来对不同类型的文档执行基本操作：

def client_code():
    text_processor = TextDocumentProcessor()
    pdf_processor = PDFDocumentProcessor()

    print("Processing a text document:")
    text_processor.process_document()

    print("\nProcessing a PDF document:")
    pdf_processor.process_document()

client_code()