詳解設(shè)計(jì)模式中的模板方法模式及在C++中的使用
模板方法模式是設(shè)計(jì)模式行為型中最簡(jiǎn)單的一種設(shè)計(jì)模式。在實(shí)際中你甚至可能經(jīng)常用到,只是你自己不知道它是一種設(shè)計(jì)模式罷了。
模板方法模式定義一個(gè)操作中的算法的骨架,而將一些步驟延遲到子類中。模板方法使得子類可以不改變一個(gè)算法的結(jié)構(gòu)即可重定義該算法的某些特定步驟。
角色:
抽象類(AbstractClass): 定義抽象的原語(yǔ)操作,具體的子類將重定義它們以實(shí)現(xiàn)一個(gè)算法,實(shí)現(xiàn)一個(gè)模板方法,定義一個(gè)算法的骨架。該模板方法不僅調(diào)用原語(yǔ)操作,也調(diào)用定義
具體子類 (ConcreteClass): 實(shí)現(xiàn)原語(yǔ)操作以完成算法中與特定子類相關(guān)的步驟。
UML圖:

示例:假如你是一個(gè)老師,現(xiàn)在你要給你的學(xué)生出一份期末考試試卷。你班上有幾十個(gè)學(xué)生,你將考慮如何為設(shè)計(jì)考試卷。
經(jīng)分析顯然學(xué)生的試卷大部分類容都是一致的,唯一不一致的是姓名和答案。老師設(shè)計(jì)好試卷,只需要把試卷交個(gè)學(xué)生填寫(xiě)答案即可。學(xué)生不需要把題目照抄一份。
所以我們需要把試卷抽象成基類,并且給學(xué)生留下填寫(xiě)答案以及姓名的地方。
class TestPaper
{
public:
void DoTestPaper(){
StudentName();
TestTitleOne();
TestTitleTwo();
};
void TestTitleOne(){
cout<<"題目一:X國(guó)的房?jī)r(jià)會(huì)降下來(lái)么?"<<endl;
AnswerOne();
}
void TestTitleTwo(){
cout<<"題目二:說(shuō)說(shuō)你的新聞聯(lián)播的看法?"<<endl;
AnswerTwo();
}
virtual void AnswerOne() = 0;
virtual void AnswerTwo() = 0;
virtual void StudentName() = 0;
};
顯然,上面 AnswerOne, AnserTwo,StudentName 就是學(xué)生答題的地方,學(xué)生不需要把題目也抄下來(lái)。只需要實(shí)現(xiàn)我們的這三個(gè)方法就可以了。
例如:小紅的試卷
class XiaoHongTestPaper : public TestPaper
{
public:
void StudentName(){
cout<<"姓名:小紅"<<endl;
}
void AnswerOne(){
cout<<"答:相信X,相信國(guó)家,明年一定降下來(lái)。"<<endl<<endl;
}
void AnswerTwo(){
cout<<"答:新聞聯(lián)播是我最喜歡的節(jié)目啊。"<<endl<<endl;
}
};
小張的試卷:
class XiaoZhangTestPaper : public TestPaper
{
public:
void StudentName(){
cout<<"姓名:小張"<<endl;
}
void AnswerOne(){
cout<<"答:呵呵,還是去做你的X國(guó)夢(mèng)吧。"<<endl<<endl;
}
void AnswerTwo(){
cout<<"答:我很幸福"<<endl<<endl;
}
};
客戶端:
int main(int argc, char* argv[])
{
XiaoHongTestPaper paper1;
paper1.DoTestPaper();
XiaoZhangTestPaper paper2;
paper2.DoTestPaper();
system("pause");
return 0;
}
關(guān)于模板方法的討論
模板方法模式是很簡(jiǎn)單模式,但是也應(yīng)用很廣的模式。如上面的分析和實(shí)現(xiàn)中闡明的模板方法是采用繼承的方式實(shí)現(xiàn)算法的異構(gòu),其關(guān)鍵點(diǎn)就是將通用算法封裝在抽象基類中,并將不同的算法細(xì)節(jié)放到子類中實(shí)現(xiàn)。
模板方法模式獲得一種反向控制結(jié)構(gòu)效果,這也是面向?qū)ο笙到y(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)中一個(gè)原則 DIP(依賴倒置:Dependency Inversion Principles)。其含義就是父類調(diào)用子類的操作(高層模塊調(diào)用低層模塊的操作),低層模塊實(shí)現(xiàn)高層模塊聲明的接口。這樣控制權(quán)在父類(高層模塊),低層模塊反而要依賴高層模塊。
繼 承 的 強(qiáng) 制 性 約 束 關(guān) 系 也 讓模板方法模 式 有 不 足 的 地 方 , 我 們 可 以 看 到 對(duì) 于ConcreteClass 類中的實(shí)現(xiàn)的原語(yǔ)方法 Primitive1(),是不能被別的類復(fù)用。假設(shè)我們要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè) AbstractClass 的變體 AnotherAbstractClass,并且兩者只是通用算法不一樣,其原語(yǔ)操作想復(fù)用 AbstractClass 的子類的實(shí)現(xiàn)。但是這是不可能實(shí)現(xiàn)的,因?yàn)?ConcreteClass 繼承自AbstractClass,也就繼承了 AbstractClass 的通用算法,AnotherAbstractClass 是復(fù)用不了ConcreteClass 的實(shí)現(xiàn),因?yàn)楹笳卟皇抢^承自前者。
模板方法模式暴露的問(wèn)題也正是繼承所固有的問(wèn)題,策略模式則通過(guò)組合(委托)來(lái)達(dá)到和模板方法模式類似的效果,其代價(jià)就是空間和時(shí)間上的代價(jià),關(guān)于策略模式的詳細(xì)討論請(qǐng)參考 Strategy 模式解析。
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