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模式定義

模式定義： 定義一個操作中的算法的骨架(穩定)，而將一些步驟延遲(變化)到子類中。Template Method使得子類可以不改變(復用)一個算法的結構即可重定義(override重寫)該算法的某些特定步驟。
它定義了一個算法的骨架，將某些步驟的具體實現延遲到子類中。該模式通過固定算法結構，允許子類在不改變算法流程的前提下重新定義某些步驟。

核心思想

• 不變流程，可變細節：將算法的公共邏輯封裝在基類中，具體步驟的實現交給子類。
• 避免重復代碼：通過復用基類的模板方法，減少子類中的冗余邏輯。
• 控制擴展點：明確哪些步驟允許子類重寫，哪些必須固定。

動機(Motivation)

• 在軟件構建過程中，對于某一項任務，它常常有穩定的整體操作結構，但各個子步驟卻有很多改變的需求，或者由于固有的原因（比如框架與應用之間的關系）而無法和任務的整體結構同時實現。
• 如何在確定穩定操作結構的前提下，來靈活應對各個子步驟的變化或者晚期實現需求？

結構（Structure）

實現步驟

1. 定義抽象基類

基類中聲明模板方法（通常為非虛函數），并定義算法的步驟接口（可以是純虛函數或虛函數）

abstractclass.h

#include<iostream>//定義抽象基類
class AbstractClass {
public:virtual ~AbstractClass() = default;//模板方法：定義算法骨架(不可被子類重寫)void templateMethod() {step1();step2();step3();}
protected://具體步驟(子類必須實現的接口)virtual void step1() = 0;  //純虛函數virtual void step2() = 0;virtual void step3() {std::cout << "AbstractClass::step3(默認實現)\n";}
};

2. 實現具體子類

子類重寫基類中的步驟方法，提供具體實現

concreteclass.h

#include"abstractclass.h"
class ConcreteClassA :public AbstractClass {
protected:void step1()override {std::cout << "ConcreteClassA:step1 \n";}void step2()override {std::cout << "ConcreteClassA:step2 \n";}//step3使用基類默認實現
};class ConcreteClassB :public AbstractClass {
protected:void step1() override {std::cout << "ConcreteClassB::step1\n";}void step2() override {std::cout << "ConcreteClassB::step2\n";}void step3() override {std::cout << "ConcreteClassB::step3\n";}
};

3. 示例調用
   main.cpp

#include"concreteclass.h"int main()
{ConcreteClassA objA;objA.templateMethod();   //調用固定流程：step1->step2->step3(默認)ConcreteClassB objB;objB.templateMethod();   //調用流程：step1->step2->step3(自定義)
}

4. 輸出結果

ConcreteClassA:step1
ConcreteClassA:step2
AbstractClass::step3(默認實現)
ConcreteClassB::step1
ConcreteClassB::step2
ConcreteClassB::step3

應用場景

1. 框架設計：定義框架的流程（如初始化、運行、清理），允許用戶自定義具體步驟，即定義抽象基類

gameframework.h

#pragma once
#include<iostream>
class GameFramework {
public:void run() { //模板方法initialize();mainLoop();shutdown();}protected:virtual void initialize() = 0;  //子類實現初始化邏輯virtual void mainLoop() = 0;    //子類實現主循環邏輯virtual void shutdown() {       //默認實現std::cout << "GameFramework::shutdown \n";}
};

2. 數據處理流程：固定數據讀取、處理、保存，允許自定義處理邏輯，即定義抽象基類*

#pragma once
#include<iostream>
class DataProcessor {
public:void process() {//模板方法loadData();analyzeData();saveResult();}protected:virtual void loadData() = 0;virtual void analyzeData() = 0;virtual void saveResult() {std::cout << "Data saved to default path. \n";}
};

要點總結

• Template Method模式是一種非常基礎性的設計模式，在面向對象系統中有著大量的應用。它用最簡潔的機制（虛函數的多態性）為很多應用程序框架提供了靈活的擴展點，是代碼復用方面的基本實現結構。
• 除了可以靈活應對子步驟的變化外，“不要調用我，讓我來調用你”的反向控制結構是Template Method的典型應用。
• 在具體實現方面，被Template Method調用的虛方法可以具有實現，也可以沒有任何實現（抽象方法、純虛方法），但一般推薦將它們設置為protected方法。