设计模式:四、设计模式之Template Method

李先生 2020年08月10日 114次浏览

"组件协作"模式:

现代软件专业分工之后的第一个结果是“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

  • Template Method
  • Observer / Event
  • Strategy

Template Method

一、动机(Motivation)

  • 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?

ps:以下红色部分代表库开发人员,蓝色代表应用程序开发人员,一般来讲,库开发人员先写代码,然后应用程序开发人员基于库开发人员进行开发。

二、结构化软件设计流程

此过程中,程序运行逻辑一般由应用程序开发人员设计,因为库程序开发人员代码是不完整的。

image20200810232218323.png

三、面向对象软件设计流程

此过程中,程序运行逻辑由库开发人员设计。

image20200810232245670.png

四、早绑定与晚绑定

早绑定中:应用程序开发人员的代码调用库开发人员的代码,通过绑定早先写好的代码来完成任务,这种方式称为早绑定。

晚绑定中:库开发人员设定程序运行逻辑,然后对变化部分通过虚函数方式留给应用程序开发人员进行设计,然后在库程序中统一调度。这种绑定未来写的代码的方式称之为晚绑定。

image20200810232316698.png

五、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》GoF13

ps:这种设计模式,一般用于那种运行流程相对固定的应用程序中(相对固定:库程序员设计的东西是变化较慢的,而应用程序开发人员设计的东西变化较频繁)。由于运行框架基本固定,所以在库程序中写好,可以省去应用程序员反复设计运行流程,简化开发复杂度,提高开发效率。

六、结构(Structure)

接口类预留方法给具体类实现

image20200810233439518.png

七、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。

八、代码理解(不可运行)

结构化:

// template1_lib.cpp

//程序库开发人员
class Library{

public:
	void Step1(){
		//...
	}

    void Step3(){
		//...
    }

    void Step5(){
		//...
    }
};
//template1_app.cpp

//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();
	}

	lib.Step5();

}

面向对象

//template2_lib.cpp

//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
};
//template2_app.cpp

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

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




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

		delete pLib;
	}
}