设计模式----模板方法模式(Template Method)

一. 模式概述

摸板方法(Template Method)模式是一种非常简单而又经常使用的设计模式.先创建一个父类,把其中的一个或多个方法留给子类去实现,这实际上就是在使用摸板模式.所谓的摸板模式可以这样来理解:"在一个类中定义一个算法,但将此算法的某些细节留到子类中去实现.换句话说,基类是一个抽象类,那么你就是在使用一种简单形式的摸板模式."

更近一步可以这样来理解:"准备一个抽象类,将部分逻辑以具体方法的形式实现,然后申明一些抽象方法来迫使子类实现剩余的逻辑.不同的子类可以以不同的方法实现这些抽象方法,从而对剩余的逻辑有不同的实现."

 

二. 模式意图

将一个类的基本部分抽取出来放到一个基类中,这样它就不必重复出现在几个派生类里.

 

三. 模式UML图(下图转自http://www.dofactory.com/)

四. 模式结构与参与者

抽象摸板角色:

1. 定义了一个或多个抽象操作,以便让子类实现.

2. 定义并实现了一个摸板方法.

具体摸板角色:

1. 实现父类所定义的一个或多个抽象方法.

2. 每一个抽象摸板角色都可以有任意多个具体摸板角色与之对应.

3. 每一个具体摸板角色都可以给出这些抽象方法的不同实现.

 

五. 模式中的方法种类

1. 抽象模板角色里提供完整的方法,它完成了所有派生类都要用到的一些基本功能.

2. 抽象模板角色里只提供空方法,把功能全部留给派生类去实现.

3. 抽象模板角色里只包含某些操作的默认实现,派生类里可以重新定义这些方法的实现.

4. 抽象模板角色里模板方法,他是一个调用抽象方法,钩子方法以及具体方法的各种组合.

 

六. 造电脑的示例

首先来看一张图片:

不用我说,大家都知道,一台电脑(参考上图)的基本组成部分包括的硬件主要有CUP,主板,硬盘,显卡以及内存等.OK,现在的需求就是要去造一台电脑,可计算机生产商有没给我们提供生产电脑的方法(MackPC)呢?没有吧,那么我们自己来定义一个总可以吧(听起好象有点夸张,呵呵,怎么生产电脑的方法也可以自己定义了,那不是自己就可以生产电脑了,可不是呢,这里只是定义了一个生产电脑的程序方法罢).OK,Go!

namespace DesignPattern.TemplateMethod.Computer
{
    /**//// <summary>
    /// 抽象摸板角色
    /// 定义了一个或多个抽象操作，以便让子类实现。
    /// 定义并实现了一个模板方法。
    /// </summary>
    public abstract class Template
    {
        protected String pcType;
        public Template(String pcType)
        {
            this.pcType = pcType;
        }

        //留给子类去实现（抽象操作）
        protected abstract void MakeCUP(String pcType);
        protected abstract void MakeMainBorad(String pcType);
        protected abstract void MakeHD(String pcType);

        private  void MakeOver(String pcType) 
        {
           Console.WriteLine(pcType + "造好了！");
        }
    
        /**//// <summary>
        /// 摸板方法
        /// </summary>
        public  void MakePC()
        {
            MakeCUP(pcType);
            MakeMainBorad(pcType);
            MakeHD(pcType);

            MakeOver(pcType);
        }
    }
} 

在上面的抽象摸板角色(Template)里,分别定义了生产CPU(MakeCPU),生产主板(MakeMainBorad)以及生产硬盘(MakeHD)的抽象操作(实际中电脑并不只有这三个组成部分,这里为了更简单的演示,故只取了这三个主要组成部分作为示例).在这里,MakePC方法则作为摸板方法.

namespace DesignPattern.TemplateMethod.Computer
{
    /**//// <summary>
    ///  具体摸板角色
    ///  实现父类所定义的一个或多个抽象方法。
    ///  每一个抽象模板角色都可以有任意多个具体模板角色与之对应，而每一个具体模板角色都可以给出这些抽象方法的不同实现。
    /// </summary>
    public class NotePc : Template
    {
        public NotePc(string pcType)
            : base(pcType)
        { }

        protected override void MakeCUP(string pcType)
        {
            Console.WriteLine(pcType + "的CPU造好了");
        }

        protected override void MakeMainBorad(string pcType)
        {
            Console.WriteLine(pcType + "的硬盘造好了");
        }

        protected override void MakeHD(string pcType)
        {
            Console.WriteLine(pcType + "的主板造好了");
        }
    }
} 

 

NotePC作为模式参与者中的具体摸板角色,实现了抽象摸板角色(Template)里的抽象方法.

OK,到这里抽象模板(Template)和具体模板(NotePC)都已经准备好了.可说是"万事具备,只欠命令"了,那么,现在就对模板下放一命令,让其制造一"笔记本"电脑出来.

namespace DesignPattern.TemplateMethod.Computer
{
    /**//// <summary>
    /// 简单的造笔记本摸板
    class Client
    {
        public static void Main1(string[] args)
        {
            Template t = new NotePc("笔记本");
            t.MakePC();
        }
    }

 

程序运行结果如下:

 

七. 典型的摸板方法应用

1. HttpServlet技术

HttpServlet类提供了一个service()方法.这个方法调用了一个或是多个do方法,完成对客户端发起的请求的处理,这些do方法则是由具体的HttpServlet类提供的.那么这里的service()方法就是一个摸板方法.

　　三、举例

　　还是在我刚刚分析完源码的JUnit中找个例子吧。JUnit中的TestCase以及它的子类就是一个模板方法模式的例子。在TestCase这个抽象类中将整个测试的流程设置好了，比如先执行Setup方法初始化测试前提，在运行测试方法，然后再TearDown来取消测试设置。但是你将在Setup、TearDown里面作些什么呢？鬼才知道呢！！因此，而这些步骤的具体实现都延迟到子类中去，也就是你实现的测试类中。

　　来看下相关的源代码吧。

　　这是TestCase中，执行测试的模板方法。你可以看到，里面正像前面定义中所说的那样，它制定了“算法”的框架——先执行setUp方法来做下初始化，然后执行测试方法，最后执行tearDown释放你得到的资源。

public void runBare() throws Throwable {
　setUp();

　try {
　　runTest();
　}

　finally {
　　tearDown();
　}
}

　　这就是上面使用的两个方法。与定义中不同的是，这两个方法并没有被实现为抽象方法，而是两个空的无为方法（被称为钩子方法）。这是因为在测试中，我们并不是必须要让测试程序使用这两个方法来初始化和释放资源的。如果是抽象方法，则子类们必须给它一个实现，不管用到用不到。这显然是不合理的。使用钩子方法，则你在需要的时候，可以在子类中重写这些方法。

protected void setUp() throws Exception {}
protected void tearDown() throws Exception {}

　　四、适用情况

　　根据上面对定义的分析，以及例子的说明，可以看出模板方法适用于以下情况：

　　1) 一次性实现一个算法的不变的部分，并将可变的行为留给子类来实现。

　　2) 各子类中公共的行为应被提取出来并集中到一个公共父类中以避免代码重复。其实这可以说是一种好的编码习惯了。

　　3) 控制子类扩展。模板方法只在特定点调用操作，这样就只允许在这些点进行扩展。比如上面runBare（）方法就只在runTest前面适用setUp方法。如果你不愿子类来修改你的模板方法定义的框架，你可以采用两种方式来做：一是在API中不体现出你的模板方法；二、将你的模板方法置为final就可以了。

　　可以看出，使用模板方法模式可以将代码的公共行为提取出来，达到复用的目的。而且，在模板方法模式中，是由父类的模板方法来控制子类中的具体实现。这样你在实现子类的时候，根本不需要对业务流程有太多的了解。