行为型 - 模板模式(Template)

模板模式(Template) : 在一个方法中定义一个算法的骨架, 而将一些步骤延迟到子类中. 模板方法使得子类可以在不改变算法结构的情况下, 重新定义算法中的某些步骤。

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抛砖引玉

在面向对象系统的分析与设计过程中经常会遇到这样一种情况：对于某一个业务逻辑（算法实现）在不同的对象中有不同的细节实现， 但是逻辑（算法） 的框架（或通用的应用算法）是相同的。

Template 提供了这种情况的一个实现框架。Template 模式是采用继承的方式实现这一点：将逻辑（算法）框架放在抽象基类中，并定义好细节的接口，子类中实现细节。

Strategy 模式解决的是和 Template 模式类似的问题， 但是 Strategy 模式是将逻辑（算法）封装到一个类中，并采取组合（委托）的方式解决这个问题。

Template 模式典型的结构图为：

Template 模式实际上就是利用面向对象中多态的概念实现算法实现细节和高层接口的松耦合。可以看到 Template 模式采取的是继承方式实现这一点的，由于继承是一种强约束性的条件，因此也给 Template 模式带来一些许多不方便的地方。

代码实现

#ifndef _TEMPLATE_H_
#define _TEMPLATE_H_

class AbstractClass
{
public:
	virtual ~AbstractClass();
	void TemplateMethod();

protected:
	virtual void PrimitiveOperation1() = 0;
	virtual void PrimitiveOperation2() = 0;
	AbstractClass();

private:
};

class ConcreteClass1 : public AbstractClass
{
public:
	ConcreteClass1();
	~ConcreteClass1();

protected:
	void PrimitiveOperation1();
	void PrimitiveOperation2();

private:
};

class ConcreteClass2 : public AbstractClass
{
public:
	ConcreteClass2();
	~ConcreteClass2();

protected:
	void PrimitiveOperation1();
	void PrimitiveOperation2();

private:
};
#endif //~ TEMPLATE H

#include "Template.h"
#include <iostream>
using namespace std;

AbstractClass::AbstractClass()
{
}

AbstractClass::~AbstractClass()
{
}

void AbstractClass::TemplateMethod()
{
	this->PrimitiveOperation1();
	this->PrimitiveOperation2();
}

ConcreteClass1::ConcreteClass1()
{
}

ConcreteClass1::~ConcreteClass1()
{
}

void ConcreteClass1::PrimitiveOperation1()
{
	cout << "ConcreteClass1...PrimitiveOperation1 " << endl;
}

void ConcreteClass1::PrimitiveOperation2()
{
	cout << "ConcreteClass1...PrimitiveOperation2 " << endl;
}

ConcreteClass2::ConcreteClass2()
{
}

ConcreteClass2::~ConcreteClass2()
{
}

void ConcreteClass2::PrimitiveOperation1()
{
	cout << "ConcreteClass2...PrimitiveOperation1 " << endl;
}

void ConcreteClass2::PrimitiveOperation2()
{
	cout << "ConcreteClass2...PrimitiveOperation2 " << endl;
}

#include "Template.h"
#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc, char *argv[])
{
	AbstractClass *p1 = new ConcreteClass1();
	AbstractClass *p2 = new ConcreteClass2();
	p1->TemplateMethod();
	p2->TemplateMethod();
	return 0;
}

[root@VM-16-6-centos Template]# ./TemplateTest
ConcreteClass1...PrimitiveOperation1
ConcreteClass1...PrimitiveOperation2
ConcreteClass2...PrimitiveOperation1
ConcreteClass2...PrimitiveOperation2

代码说明

由于 Template 模式的实现代码很简单，其关键是将通用算法（逻辑）封装起来，而将算法细节让子类实现（多态）。

唯一注意的是我们将原语操作（细节算法）定义未保护（ Protected） 成员，只供模板方法调用（子类可以）。

讨论

Template 模式获得一种反向控制结构效果，即（依赖倒置： Dependency Inversion Principles）。其含义就是父类调用子类的操作（高层模块调用低层模块的操作），低层模块实现高层模块声明的接口。这样控制权在父类（高层模块），低层模块反而要依赖高层模块。

继承的强制性约束关系也让Template模式有不足的地方，可以看到对于ConcreteClass 类中的实现的原语方法 Primitive1()，是不能被别的类复用。假设我们要创建一个 AbstractClass 的变体 AnotherAbstractClass，并且两者只是通用算法不一样，其原语操作想复用 AbstractClass 的子类的实现。但是这是不可能实现的，因为 ConcreteClass 继承自AbstractClass，也就继承了 AbstractClass 的通用算法， AnotherAbstractClass 是复用不了ConcreteClass 的实现，因为后者不是继承自前者。

Template 模式暴露的问题也正是继承所固有的问题，Strategy 模式则通过组合（委托）来达到和 Template 模式类似的效果， 其代价就是空间和时间上的代价， 关于 Strategy 模式的详细讨论请参考 Strategy 模式解析。