（三）行为模式：11、模板模式（Template Pattern）（C++示例）

时间：2024-10-25 08:29:11

目录

1、模板模式含义

2、模板模式的UML图学习

3、模板模式的应用场景

4、模板模式的优缺点

5、C++实现的实例

1、模板模式含义

模板模式（Template Method Pattern）是一种行为设计模式，它定义了一个操作中的算法骨架，将某些步骤的具体实现延迟到子类中。

        模板模式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步骤，从而实现代码复用和扩展性。

2、模板模式的UML图学习

  • 抽象基类（AblstractClass）：负责规定好接口，让子类实现接口，并定义一个模板方法。模板方法是算法骨架，包含了调用基本操作的步骤。
  • 具体实现子类（ConcreteClass）：实现抽象基类的抽象接口，即实现模板方法中的基本操作。

3、模板模式的应用场景

（1）存在一组相似的操作：当有一组操作拥有相同的算法结构，但某些步骤的实现细节各不相同时，可以使用模板模式来定义这些操作的通用部分，并将变化的部分留给子类去实现。

（2）需要代码复用和扩展性：模板模式通过定义算法骨架和延迟某些步骤的实现，使得代码更加灵活和可扩展。

4、模板模式的优缺点

（1）优点：

  • 封装了不变部分，扩展了可变部分：模板模式将算法的不变部分封装在抽象基类中，而将可变部分延迟到子类中实现，从而实现了代码的复用和扩展。
  • 提高了代码的可维护性：由于算法骨架在抽象基类中定义，因此当算法结构发生变化时，只需要修改抽象基类即可，而不需要修改每个具体实现子类。

（2）缺点

  • 增加了系统的复杂性：模板模式需要定义抽象基类和具体实现子类，以及它们之间的继承关系，这可能会增加系统的复杂性。
  • 可能导致子类过多：如果算法中有多个可变步骤，那么可能需要定义多个具体实现子类来覆盖这些步骤，从而导致子类数量过多。

5、C++实现的实例

以下是一个使用C++实现的模板模式示例，该示例模拟了一个咖啡冲泡过程，其中包含了冲泡咖啡的算法骨架和不同的冲泡步骤实现。

#include <iostream>  
  
// 抽象基类，定义模板方法和基本操作  
class CoffeeMaker {  
public:  
    virtual ~CoffeeMaker() {}  
  
    // 模板方法：冲泡咖啡的步骤  
    void brewCoffee() {  
        boilWater();  
        brew();  
        pourInCup();  
        if (customerWantsCondiments()) {  
            addCondiments();  
        }  
    }  
  
protected:  
    // 基本操作，留给子类实现  
    virtual void brew() = 0;  
    virtual void addCondiments() = 0;  
  
    // 可能不需要子类重写的辅助方法  
    void boilWater() {  
        std::cout << "Boiling water" << std::endl;  
    }  
    void pourInCup() {  
        std::cout << "Pouring into cup" << std::endl;  
    }  
  
    // 可能需要子类决定的策略方法  
    virtual bool customerWantsCondiments() {  
        return true;  
    }  
};  
  
// 具体子类：黑咖啡  
class BlackCoffee : public CoffeeMaker {  
protected:  
    void brew() override {  
        std::cout << "Brewing black coffee" << std::endl;  
    }  
    void addCondiments() override {  
        // 黑咖啡不加调料  
    }  
};  
  
// 具体子类：加糖加奶咖啡  
class SugarMilkCoffee : public CoffeeMaker {  
protected:  
    void brew() override {  
        std::cout << "Brewing coffee with sugar and milk" << std::endl;  
    }  
    void addCondiments() override {  
        std::cout << "Adding sugar and milk" << std::endl;  
    }  
    bool customerWantsCondiments() override {  
        return true; // 假设加糖加奶咖啡总是需要加调料  
    }  
};  
  
int main() {  
    CoffeeMaker* maker = new BlackCoffee();  
    maker->brewCoffee();  
    delete maker;  
    std::cout << "\n";  
  
    maker = new SugarMilkCoffee();  
    maker->brewCoffee();  
    delete maker;  
  
    return 0;  
}

在这个示例中，CoffeeMaker类是抽象基类，它定义了冲泡咖啡的基本步骤作为模板方法（brewCoffee），并声明了两个纯虚函数brew和addCondiments作为基本操作，让子类去实现。通过这种方式，我们可以复用通用的冲泡流程，同时允许子类灵活地改变某些步骤，符合模板方法模式的设计理念。

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