模版方法模式

模板方法模式是一種行為設計模式， 它在超類中定義了一個算法的框架， 允許子類在不修改結構的情況下重寫算法的特定步驟。

類比真實世界中建造大量房屋。 標準房屋建造方案中可提供幾個擴展點， 允許潛在房屋業主調整成品房屋的部分細節。

每個建造步驟 （例如打地基、 建造框架、 建造墻壁和安裝水電管線等） 都能進行微調， 這使得成品房屋會略有不同。

模版方法模式結構

1. 抽象類 （Abstract-Class） 會聲明作為算法步驟的方法， 以及依次調用它們的實際模板方法。 算法步驟可以被聲明為 抽象類型， 也可以提供一些默認實現。

2. 具體類 （Concrete-Class） 可以重寫所有步驟， 但不能重寫模板方法自身。

一般，模版方法都加上final關鍵字，不允許被覆寫。

通用代碼結構

//抽象類定義了一個模板方法，其中通常會包含某個由抽象原語操作調用組成的算法框架。
public abstract class AbstractClass{//基本算法步驟protected abstract void step1();protected abstract void step2();//模版方法final public void templateMethod(){//算法基本邏輯this.step1();this.step2();...}
}// 具體類必須實現基類中的所有抽象操作，但是它們不能重寫模板方法自身。
public class ConcreteClass1 extends AbstractClass{//實現基本方法protected abstract void step1(){...};protected abstract void step2(){....};
}public class ConcreteClass2 extends AbstractClass{//實現基本方法protected abstract void step1(){...};protected abstract void step2(){....};
}//客戶端
public class Client{public static void main(String[] args){AbstractClass class1 = new ConcreteClass1();AbstractClass class2 = new ConcreteClass2();class1.templateMethod();class2.templateMethod();}
}

模版方法模式適合應用場景

• 當你只希望客戶端擴展某個特定算法步驟，而不是整個算法或其結構時，可使用模板方法模式。

• 當多個類的算法除一些細微不同之外幾乎完全一樣時，你可使用該模式。但其后果就是，只要算法發生變化，你就可能需要修改所有的類。

**識別方法:**模版方法可以通過行為方法來識別，該方法已有一個在基類中定義的 “默認” 行為。

模版方法模式優缺點

模版方法模式的優點

• 你可僅允許客戶端重寫一個大型算法中的特定部分， 使得算法其他部分修改對其所造成的影響減小。

• 你可將重復代碼提取到一個超類中。

模版方法模式的缺點

• 部分客戶端可能會受到算法框架的限制。

• 通過子類抑制默認步驟實現可能會導致違反里氏替換原則。

• 模板方法中的步驟越多， 其維護工作就可能會越困難。

練手題目

題目描述

小明喜歡品嘗不同類型的咖啡，她發現每種咖啡的制作過程有一些相同的步驟，他決定設計一個簡單的咖啡制作系統，使用模板方法模式定義咖啡的制作過程。系統支持兩種咖啡類型：美式咖啡（American Coffee）和拿鐵（Latte）。

咖啡制作過程包括以下步驟：

1. 研磨咖啡豆 Grinding coffee beans

2. 沖泡咖啡 Brewing coffee

3. 添加調料 Adding condiments

其中，美式咖啡和拿鐵的調料添加方式略有不同, 拿鐵在添加調料時需要添加牛奶Adding milk

輸入描述

多行輸入，每行包含一個數字，表示咖啡的選擇（1 表示美式咖啡，2 表示拿鐵）。

輸出描述

根據每行輸入，輸出制作咖啡的過程，包括咖啡類型和各個制作步驟，末尾有一個空行。

題解

模版方法實現。

import java.util.Scanner;// 抽象類，定義咖啡制作的基本步驟
abstract class CoffeeModel {private String coffeeName;// 構造函數，接受咖啡名稱參數public CoffeeModel(String coffeeName) {this.coffeeName = coffeeName;}protected abstract void grind();protected abstract void brew();protected abstract void addCondiments();// 添加其他調料可使用該類public void addThings(){};// 模板方法，定義咖啡制作的流程public final void createCoffeeTemplate() {System.out.println("Making " + coffeeName + ":");grind();brew();//根據情況，是否調用添加更多調料if (isAddThings()) {addThings(); }addCondiments();System.out.println();}// 默認不添加其他調料。如牛奶等public boolean isAddThings() {return false;}
}//美式咖啡類實現
class CreateAmericanCoffee extends CoffeeModel {public CreateAmericanCoffee() {super("American Coffee");}@Overrideprotected void grind() {System.out.println("Grinding coffee beans");}@Overrideprotected void brew() {System.out.println("Brewing coffee");}@Overrideprotected void addCondiments() {System.out.println("Adding condiments");}// 美式咖啡默認不添加其他調料，如牛奶等@Overridepublic boolean isAddThings() {return false; }
}//拿鐵類實現
class CreateLatte extends CoffeeModel {private boolean addThingsFlag = true;public CreateLatte() {super("Latte");}@Overrideprotected void grind() {System.out.println("Grinding coffee beans");}@Overrideprotected void brew() {System.out.println("Brewing coffee");}@Overrideprotected void addCondiments() {System.out.println("Adding condiments");}//需要添加調料，牛奶@Overridepublic void addThings(){System.out.println("Adding milk");}// 拿鐵默認添加牛奶@Overridepublic boolean isAddThings() {return this.addThingsFlag; }// 外部調用以改變是否添加牛奶的狀態，鉤子函數public void setAddThingsFlag(boolean flag) {this.addThingsFlag = flag;}
}public class Main {public static void main(String[] args) {try (Scanner scanner = new Scanner(System.in)) {while (scanner.hasNextInt()) {int input = scanner.nextInt();CoffeeModel coffee;switch (input) {case 1:coffee = new CreateAmericanCoffee();break;case 2:coffee = new CreateLatte();break;default:System.out.println("無效選擇，請輸入1或2");continue;}coffee.createCoffeeTemplate();}}}
}