C++设计模式之模板方法Template Method

1. GOF-23模式分类方法

从目的来看：

• 创建型(Creational)模式：将对象的部分创建工作延迟到子类或其他对象，从而应对需求变化为对象创建时具体类型实现引来的冲击
• 结构型(Structural)模式，通过类继承或者对象组合获得灵活的结构，从而应对需求变化为对象的结构带来的冲击
• 行为型(Behavioral)模式：通过类继承或者对象组合来划分类与对象间的职责，从而应对需求变化为多个交互的对象带来的冲击

从范围来看：

• 类模式处理类与子类的静态关系，偏重于继承
• 对象模式处理对象间的动态关系，偏重于组合

2.从封装变化角度对设计模式进行分类

组件协作:

• Template Method
• Strategy
• Observer / Event

单一职责:

• Decorator
• Bridge

对象创建:

• Factory Method
• Abstract Factory
• Prototype
• Builder

对象性能:

• Singleton
• Flyweight

接口隔离

• Facade
• Proxy
• Mediator
• Adapter

状态变化

• Memento
• State

数据结构:

• Composite
• Iterator Chain of Resposibility

行为变化

• Command
• Visitor

领域问题

• Interpreter

3.重构与模式Refactoring to Patterns

➢面向对象设计模式是"好的面向对象设计”, 所谓“好的面向对象设计”指是那些可以满足“应对变化 ，提高复用”的设计

➢现代软件设计的特征是“需求的频繁变化”。设计模式的要求“寻找变化点,然后在变化点处应用设计模式，从而来更好的应对需求的变化

• 什么时候、什么地点应用设计模式”比"理解设计计模式结构本身”更为重要。

➢设计模式的应用不宜先入为主，一上来就使用设计模式是对设计模式的最大误用。

• 没有一步到位的设计模式。
• 敏捷软件开发实践倡的"Refactoring to Patterns"是目前普遍公认的最好的使用设计模式的方法。

4.重构关键技法

静态 -> 动态
早绑定 -> 晚绑定
继承 -> 组合
编译时依赖 -> 运行时依赖
紧耦合 -> 松耦合

5.“组件协作”模式：

现代软件专业分工之后的第一个结果时“框架与应用程序的划分”，“组件协作”模式通过晚期绑定，来实现框架与应用程序之间的松耦合，是二者之间协作时常用的模式。

典型模式

• Startegy
• Observer / Event
• Template Method

6.Template Method

动机

• 在软件构建过程中，对于某一项任务，它常常有稳定的则整体操作结构，但各个子步骤却又很多改变的需求，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，来灵活分配各个子步骤的变化或者晚期实现需求？

7.结构化软件设计流程

libaray早绑定Application

• 正常思维：一个晚的东西调用一个早的东西
  

library开发人员：
（1）开发1、3、5三个步骤
Application开发人员：
（1）开发2、4两个步骤
（2）程序主流程
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//库开发程序员
class Library {
public:
	void Step1() {
		//...
	}

	void Step3() {
		//...
	}

	void Step5() {
		//...
	}
};
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//应用程序开发人员
class Application {
public:
	bool Step2() {
		//...
	}

	void Step4() {
		//...
	}
};

int main()
{
	Library lib();
	Application app();
	lib.Step1();
	if (app.Step2()) {
		lib.Step3();
	}

	for (int i = 0; i < 4; i++) {
		app.Step4();
	}
}

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8.面向对象设计流程

library晚绑定Application

• 一个早的东西在调用一个晚的东西
  

library开发人员：
（1）开发1、3、5三个步骤，2、4步骤设为虚函数
（2）编写主流程，并在流程中调用虚函数
Application开发人员：
（1）继承library类，并重写2、4的步骤
（2）创建多态类，并执行主流程
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//程序库开发人员
class Library {
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();
	}
	virtual ~Library() {}

protected:
	void Step1() {	//稳定
		//...
	}
	void Step3() {  //稳定
		//...
	}
	void Step5() {  //稳定
		//...
	}
	virtual bool Step2() = 0;	//变化
	virtual void Step4() = 0;	//变化
};

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//应用程序开发人员
class Application : public Library {
protected:
	virtual bool Step2() {
		//... 子类重现实现
	}

	virtual void Step4() {
		//... 子类重写实现
	}
};

int main()
{
	Library* pLib = new Application();
	pLib->Run();

	delete pLib;
}

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8.模式定义

定义一个操作中的算法的骨架（稳定），而将一些步骤延迟（变化）到子类中。Template Method使得子类可以不改变（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

结构Structure

• 对于每一个类图，着重关注这个类中哪些是稳定的，哪些是变化的(变化的函数需要由子类去override)
  eg：下面红色圈圈代表上面class Library中的run方法，蓝色圈圈代表class Library中的两个虚函数
  

9.总结

Template Method模式是一种_非常基础性_的设计模式，在面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 实现结构。

除了可以灵活对子步骤的变化外，“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调用的虚方法可以实现，也可以没有任何实现（抽象方法、纯虚方法），但一般推荐它们设置为_protected方法_。

• 参考：C++设计模式入门，C++设计模式（三）模板方法