“组件协作”模式 - Template Method模板方法 - 《设计模式》

引言
- 结构化软件设计流程
- 总结对比
动机
模式定义
结构
要点总结

属于类别

组件协作模式
引言
结构化软件设计流程
在工程项目中，我们经常和别人一起开发完成一个任务。这个任务可能分成好几个步骤，我们按步骤进行分工。
（1）程序库开发人员
```
class Library{
public:
 void Step1(){    //第一步
     //...
 }
 void Step3(){    //第三步
     //...
 }
 void Step5(){    //第五步
     //...
 }
};
```
（2）应用程序开发人员（调用别人写好的库） ```cpp class Application{ //应用程序开发人员 public: bool Step2(){ //第二步
```
 //...
```
} void Step4(){ //第四步
```
 //...
```
} };

int main() { Application app(); Library lib();

//第一步（库提供）
lib.Step1();
//第二步（自己写的函数）
if (app.Step2()){
    //第三步（库提供）
    lib.Step3();
}
//第四步（自己写的）
for (int i = 0; i < 4; i++){
    app.Step4();
}
//第五步（库提供）
lib.Step5();

}

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### 面向对象软件设计流程
（1）程序开发人员（写框架的人）
```cpp
class Library{    //程序库开发人员
public:
    //稳定 template method
    void Run(){
        Step1();
        if (Step2()) { //支持变化 ==> 虚函数的多态调用
            Step3(); 
        }
        for (int i = 0; i < 4; i++){
            Step4(); //支持变化 ==> 虚函数的多态调用
        }
        Step5();
    }
    //基类的虚构函数需要写成虚的
    //如果用父类指针去delete的时候，它可能不会调用到子类的析构函数
    //有可能会出错
    virtual ~Library(){ }
protected:
    void Step1() { //稳定
        //.....
    }
    void Step3() {    //稳定
        //.....
    }
    void Step5() {     //稳定
        //.....
    }
    //写库的人不确定Step2、Step4具体要做什么，等到使用的人自己写
    virtual bool Step2() = 0;//变化
    virtual void Step4() =0; //变化
};

（2）应用程序开发人员（调用别人写好的库）

class Application : public Library {//应用程序开发人员
protected:
    //应用程序开发人员确定这两个要实现什么，再重写
    virtual bool Step2(){
        //... 子类重写实现
    }
    virtual void Step4() {
        //... 子类重写实现
    }
};
int main() {
    //这里定义的是一个多态指针，声明类型是Library，实际类型是Application
    //所以当它调用虚函数的时候，它就会按照虚函数的动态绑定规则来调用
    Library* pLib=new Application();
    //run()本身不是虚函数，是父类Library的成员函数
    //但run()内部会调用到虚函数，所以它会根据虚函数调用规则去找子类中的具体实现
    //如这里Step1、Step3、Step5会调用到父类Library中的函数
    //而Step2、Step4会调用到Application中的
    lib->Run();
    //用父类指针去delete，它可能不会调用到子类的析构函数，因此可能会出错
    delete pLib;
}

总结对比

对比	结构化	面向对象
	1. Library库程序比Application写的早； 1. 在写库程序时候，任务执行顺序（程序主流程）和第一步、第三步、第五步就已经明确了 1. 第二步、第四步要在使用阶段（Application）才能确定，需要使用者自定义实现
流程	应用开发人员做简答题	应用开发人员做做填空题
绑定时间	在Application中写程序主流程，调用Library写好的第一步、第三步、第五步	在Library中写程序主流程，调用Application中的第二步、第四步
意义	应用程序开发人员的负担比较重，而且也要查看文档，主流程应该要怎么写。

动机

在软件构建过程中，对于某一项任务，它常常有稳定的整体操作结构，但各个子步骤却有很多改变的需求，或者由于固有的原因（比如框架与应用之间的关系）而无法和任务的整体结构同时实现。

如何在确定稳定操作结构的前提下，来灵活应对各个子步骤的变化或者晚期实现需求？

模式定义

定义一个操作中算法的骨架（稳定，确定的东西），而将一些步骤（变化，不确定的东西）延迟到子类中。Template Method使得子类可以不改变（即复用）一个算法的结构，即可重定义（override重写）该算法的某些特定步骤。——《设计模式GOF》

算法的骨架：在编写库程序过程中，稳定的，确定的东西；如例子中，执行的主流程、一些确定的步骤（Step1、Step3、Step5）
延迟到子类的步骤：在编程应用程序过程中才能确定的东西，即变化，不确定的东西。如例子中，Step2、Step4，在子类中可以重写它
Template Method模板方法：即上面提到的算法骨架，例子中的run()

在C++语言中：

稳定的代码写成非虚函数
非稳定的代码写成虚函数

【不适用场景】
如果执行的主流程（即例子中的Run()）是不稳定，在编写库程序时不能确定的，是变化的。那“模板方法”设计模式就不适用于此类情况。
即算法的骨架必须是稳定，确定不会改变的。

【缺点】
程序主流程在Library中，Application开发人员很容易有一种“只见树木，不见森林”的感觉。

结构

红色是稳定的部分
蓝色的是变化的部分

要点总结

Template Method模式是一种非常基础性的设计模式，在面向对象系统中有着大量的应用。它用最简洁的机制（虚函数的多态性）为很多应用程序框架提供了灵活的扩展点，是代码复用方面的基本实现结构。
除了可以灵活应对子步骤的变化外，“不要调用我，让我来调用你”的反向控制结构是Template Method的典型应用。
在具体实现方面，被Template Method调用的虚方法可以具有实现，也可以没有任何实现（抽象方法、纯虚方法），但一般推荐将它们设置为protected方法。
1. 子流程Step2、Step4作为Public出去是没有意义的，只有在主流程run()调用下，才有意义。
2. 所以建议设置为protected，只暴露给子类即可以

Template Method模板方法

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结构

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