设计模式(14/23) - 模板方法模式

模板方法模式

1 概述

• 模板方法模式（Template Method Pattern）是一种行为型设计模式，它定义了一个算法的骨架，并允许子类在不改变算法结构的情况下重新定义算法的某些步骤。模板方法模式使得子类可以在保留算法整体结构的情况下，灵活地扩展或修改算法的某些部分。
• 这种模式通过一个抽象类来定义算法的骨架，具体步骤的实现则由子类提供，从而实现了算法的复用和扩展。

2 优缺点及应用场景

2.1 优点

• 1）代码复用：将相同的代码放在抽象类中，避免重复，增强代码复用性。
• 2）灵活性：子类可以通过扩展或修改模板方法中的步骤，来实现特定的行为。
• 3）易于维护：算法的主干在一个地方定义，子类仅需重写具体步骤，便于维护和扩展。

2.2 缺点

• 1）增加类的数量：需要创建多个子类来实现不同的行为，可能会增加系统的复杂性。
• 2）继承关系限制：模板方法模式基于继承关系，子类必须继承抽象类，可能会限制某些灵活性。

2.3 应用场景

• 1）算法骨架固定：算法的整体流程是固定的，但某些步骤是可变的情况。
• 2）复用算法代码：多个子类共享相同的算法结构，但在某些步骤上有所不同的情况。
• 3）行为扩展：需要在不修改算法整体结构的前提下，通过子类来扩展或修改算法的某些步骤。

3 结构

• 1）抽象类（AbstractClass）：定义算法的骨架，并声明一些抽象的基本方法，供子类实现。
• 2）具体类（ConcreteClass）：实现抽象类中定义的抽象方法，从而完成具体的算法步骤。

4 实现

4.1 UML 类图

4.2 代码示例

// 创建一个抽象类，它的模板方法被设置为 final
abstract class Game {
  abstract void initialize();

  abstract void startPlay();

  abstract void endPlay();

  // 模板
  public final void play() {

    // 初始化游戏
    initialize();

    // 开始游戏
    startPlay();

    // 结束游戏
    endPlay();
  }
}

// 创建扩展了上述类的实体类：板球
class Cricket extends Game {
  @Override
  void endPlay() {
    System.out.println("Cricket Game Finished!");
  }

  @Override
  void initialize() {
    System.out.println("Cricket Game Initialized! Start playing.");
  }

  @Override
  void startPlay() {
    System.out.println("Cricket Game Started. Enjoy the game!");
  }
}

// 创建扩展了上述类的实体类：足球
class Football extends Game {
  @Override
  void endPlay() {
    System.out.println("Football Game Finished!");
  }

  @Override
  void initialize() {
    System.out.println("Football Game Initialized! Start playing.");
  }

  @Override
  void startPlay() {
    System.out.println("Football Game Started. Enjoy the game!");
  }
}

// 使用示例
public class TemplateMethodPatternDemo {
  public static void main(String[] args) {
    // 使用 Game 的模板方法 play() 来演示游戏的定义方式
    Game game = new Cricket();
    game.play();
    System.out.println();
    game = new Football();
    game.play();
  }
}

• 执行程序，输出结果：

Cricket Game Initialized! Start playing.
Cricket Game Started. Enjoy the game!
Cricket Game Finished!

Football Game Initialized! Start playing.
Football Game Started. Enjoy the game!
Football Game Finished!

5 总结

• 模板方法模式通过定义一个算法的骨架，并允许子类在不改变算法结构的情况下重新定义算法的某些步骤，实现了代码复用和行为扩展。模板方法模式适用于算法整体流程固定，但某些步骤可变的情况，通过继承和多态实现具体步骤的灵活性。尽管模板方法模式增加了类的数量，但它在复用算法代码和易于维护方面具有显著优势。在实际应用中，需要根据具体需求合理使用模板方法模式，以实现灵活可扩展的系统设计。