目录
- 模板模式简介
- 模板模式的结构
- 模板模式的优缺点
- 模板模式的实现
- 4.1 Python 示例
- 模板模式的应用场景
- 出站链接
- 站内链接
- 参考资料
1. 模板模式简介
模板模式（Template Method Pattern） 是一种行为型设计模式，定义了一个操作的算法框架，允许子类在不改变算法结构的情况下，重新定义算法中的某些步骤。简单来说，模板模式将固定的操作步骤定义在一个方法中，而将具体的实现步骤留给子类去实现。
为什么使用模板模式？
- 代码复用：模板模式通过将公共的算法步骤提取到父类中，避免了子类重复代码，实现了代码的复用。
- 算法结构的控制：父类可以定义一个固定的算法结构，而具体的实现细节可以由子类来完成。这种方式使得子类只需要关注算法的具体实现，而无需关心整体流程。
- 控制流程：父类控制着算法的执行流程，而子类只能提供特定的实现方式，从而保证了算法的统一性和一致性。
2. 模板模式的结构
模板模式涉及以下几个主要角色：
| 角色 | 作用 |
|---|---|
| AbstractClass（抽象类） | 定义了一个模板方法，该方法实现了算法的骨架，调用了一个或多个抽象方法，具体实现交给子类。 |
| ConcreteClass（具体类） | 实现抽象类中定义的抽象方法，提供具体的算法步骤。 |
UML 类图
┌──────────────────┐
│ AbstractClass │ (抽象类)
│ + template_method() │
│ + primitive_operation1() │
│ + primitive_operation2() │
└─────────▲────────┘
│
┌──────────────────┐
│ ConcreteClass │ (具体类)
│ + primitive_operation1() │
│ + primitive_operation2() │
└──────────────────┘
3. 模板模式的优缺点
✅ 优点
- 代码复用：模板模式将公共的算法框架提取到父类中，避免了子类重复实现相同的算法结构，增强了代码的复用性。
- 一致性：父类控制了算法的框架结构，使得每个子类都遵循相同的算法流程，保持一致性。
- 灵活扩展：通过子类实现特定的步骤，可以根据需求灵活扩展，不影响算法的整体结构。
- 减少冗余代码：将公共的步骤放在父类中，减少了冗余代码，使得子类只需关注算法的具体实现部分。
❌ 缺点
- 子类依赖父类：子类依赖于父类的结构，如果父类的算法结构发生变化，可能会影响所有子类。
- 过度设计：如果一个算法结构非常简单，使用模板模式可能会导致类的设计过于复杂，增加系统的复杂性。
- 子类控制有限：子类只能重新定义某些步骤，无法改变父类中已定义的算法框架。
4. 模板模式的实现
4.1 Python 示例
场景：模拟一个制作饮料的过程。不同的饮料有不同的制作方法，但它们都有一些共同的步骤（如煮水、倒入杯子等）。我们可以使用模板模式定义一个制作饮料的模板方法，并允许子类实现特定的制作步骤。
# 1. 抽象类：定义制作饮料的模板方法
from abc import ABC, abstractmethod
class Beverage(ABC):
# 模板方法
def prepare(self):
self.boil_water()
self.brew()
self.pour_in_cup()
self.add_condiments()
# 公共步骤：煮水
def boil_water(self):
print("Boiling water")
# 抽象方法：冲泡饮料（具体步骤由子类实现）
@abstractmethod
def brew(self):
pass
# 公共步骤：倒入杯子
def pour_in_cup(self):
print("Pouring into cup")
# 抽象方法：添加调料（具体步骤由子类实现）
@abstractmethod
def add_condiments(self):
pass
# 2. 具体类A：制作咖啡
class Coffee(Beverage):
def brew(self):
print("Brewing coffee")
def add_condiments(self):
print("Adding sugar and milk")
# 3. 具体类B：制作茶
class Tea(Beverage):
def brew(self):
print("Steeping the tea")
def add_condiments(self):
print("Adding lemon")
# 4. 客户端代码
if __name__ == "__main__":
coffee = Coffee()
print("Making coffee:")
coffee.prepare() # 按照模板准备咖啡
print("\nMaking tea:")
tea = Tea()
tea.prepare() # 按照模板准备茶
输出结果：
Making coffee:
Boiling water
Brewing coffee
Pouring into cup
Adding sugar and milk
Making tea:
Boiling water
Steeping the tea
Pouring into cup
Adding lemon
在这个例子中，Beverage 类是抽象类，它定义了制作饮料的模板方法 prepare，并且实现了饮料制作过程中的一些公共步骤（如煮水、倒入杯子）。brew 和 add_condiments 是抽象方法，由具体的子类 Coffee 和 Tea 实现。子类只需要关注各自特有的步骤（如冲泡咖啡或茶、添加糖/奶或柠檬），而不需要关心整体流程。
5. 模板模式的应用场景
适用于以下情况
- 具有固定操作步骤的算法：
- 当多个类有相同的算法结构，且只有某些步骤不同，使用模板模式能够将公共步骤提取到父类中，避免重复代码。
- 业务流程的标准化：
- 在一些具有固定流程的业务场景中，模板模式可以用于标准化业务处理流程，如订单处理、文档生成、审批流程等。
- 多个子类有共同的执行步骤，且可以扩展某些步骤：
- 当多个子类有相同的执行步骤，但在某些步骤上有不同的实现时，模板模式可以让子类重写这些步骤，而保留整体框架。
真实案例
- 网络请求的处理：
- 网络请求的处理通常包含一些固定的步骤，如初始化请求、发送请求、接收响应和处理响应等。模板模式可以将这些固定的步骤放到一个父类中，并由具体的请求处理类来实现请求的具体部分。
- 数据处理流程：
- 例如，数据分析过程通常有一系列的固定步骤，如加载数据、清洗数据、分析数据、生成报告等。模板模式可以帮助将这些步骤分离，允许不同的数据分析任务有不同的具体实现。
6. 出站链接
7. 站内链接
8. 参考资料
- Gamma, E., Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software (1994).
- Freeman, E., Head First Design Patterns (2004).
总结
- 模板模式通过将固定的操作步骤定义在父类的模板方法中，允许子类实现特定的步骤，从而使得算法的结构得以复用，同时又能根据需求灵活地定制某些步骤。
- 适用于具有固定流程的场景，如网络请求、数据处理、业务流程等，可以减少冗余代码并提升代码复用性。
- 虽然模板模式增强了复用性，但也会使得子类必须依赖父类的固定结构，因此在某些简单场景下，使用模板模式可能显得过度设计。
如果你有更多问题或希望进一步探讨，欢迎继续交流！🚀
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