模板方法模式（Template Method Pattern）详解

1. 定义

模板方法模式是一种行为型设计模式，定义一个操作中的算法骨架，将某些步骤的实现延迟到子类。通过模板方法，子类可以在不改变算法结构的情况下重新定义算法的某些步骤。

通俗解释：

模板方法就像烹饪中的食谱，它定义了做菜的步骤（算法骨架），而每道菜的具体细节（比如调味方式）由厨师（子类）决定。这样既保证了流程的一致性，又允许定制化。

2. 使用场景

3. 模板方法模式的优缺点

4. 模板方法模式的组成

1. 抽象类
   定义算法的骨架（模板方法）和必要的抽象方法。
   
2. 具体子类
   实现抽象类中的具体步骤，定制行为。
   
3. 模板方法
   在抽象类中定义，通常是 final 的，不允许子类修改。
   

5. 示例：文件解析

示例描述：

不同类型的文件（比如 JSON 和 XML）解析逻辑大致相同：

1. 打开文件。
2. 读取内容。
3. 解析数据。
4. 关闭文件。

其中，解析数据的细节因文件类型不同而不同。

C++ 示例

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

// 抽象类：文件解析器
class FileParser {
public:
   // 模板方法，定义解析流程
   void parseFile(const string& fileName) {
       openFile(fileName);
       readFile();
       parseData();  // 留给子类实现
       closeFile();
   }

   virtual ~FileParser() = default;

protected:
   void openFile(const string& fileName) {
       cout << "Opening file: " << fileName << endl;
   }

   void readFile() {
       cout << "Reading file content..." << endl;
   }

   virtual void parseData() = 0;  // 抽象方法，子类实现

   void closeFile() {
       cout << "Closing file." << endl;
   }
};

// 具体子类：JSON文件解析器
class JSONParser : public FileParser {
protected:
   void parseData() override {
       cout << "Parsing JSON data." << endl;
   }
};

// 具体子类：XML文件解析器
class XMLParser : public FileParser {
protected:
   void parseData() override {
       cout << "Parsing XML data." << endl;
   }
};

// 客户端代码
int main() {
   FileParser* parser = new JSONParser();
   parser->parseFile("data.json");
   delete parser;

   parser = new XMLParser();
   parser->parseFile("data.xml");
   delete parser;

   return 0;
}


C# 示例

using System;

// 抽象类：文件解析器
public abstract class FileParser {
   // 模板方法
   public void ParseFile(string fileName) {
       OpenFile(fileName);
       ReadFile();
       ParseData(); // 留给子类实现
       CloseFile();
   }

   protected void OpenFile(string fileName) {
       Console.WriteLine($"Opening file: {fileName}");
   }

   protected void ReadFile() {
       Console.WriteLine("Reading file content...");
   }

   protected abstract void ParseData(); // 抽象方法

   protected void CloseFile() {
       Console.WriteLine("Closing file.");
   }
}

// 具体子类：JSON文件解析器
public class JSONParser : FileParser {
   protected override void ParseData() {
       Console.WriteLine("Parsing JSON data.");
   }
}

// 具体子类：XML文件解析器
public class XMLParser : FileParser {
   protected override void ParseData() {
       Console.WriteLine("Parsing XML data.");
   }
}

// 客户端代码
class Program {
   static void Main() {
       FileParser parser = new JSONParser();
       parser.ParseFile("data.json");

       parser = new XMLParser();
       parser.ParseFile("data.xml");
   }
}


模板方法模式的类图

6. 模板方法模式的扩展

钩子方法（Hook Method）

模板方法模式中可以包含钩子方法，子类可以通过覆盖钩子方法来影响模板方法的行为，但不是必须实现的。这种方法进一步增强了模式的灵活性。

7. 模板方法模式与其他模式对比

模板方法模式总结

1. 适用范围：当多个类具有相似的操作流程，且部分步骤需要定制时，使用模板方法模式非常合适。
2. 设计哲学：使用“模板”将不变的部分抽象出来，同时开放定制点以支持扩展。
3. 注意事项：避免过多的抽象和继承层次，防止代码复杂化。