iOS 设计模式之二十三（模板方法模式）

一、概念

1、模板方法模式的动机

​ 在现实生活中，很多事情都包含几个相对固定的步骤，比如去公司工作，你需要先打开电脑，然后用电脑工作，最后关闭电脑回家。在软件开发中，也有类似的情况，某个方法的实现需要多个步骤（类似“工作”），其中有些步骤是固定的（类似“电脑开机”），而有些步骤并不固定（类似“具体工作”）。

​ 为了提高代码的复用性和系统的灵活性，可以使用一种称之为模板方法模式的设计模式来对这类情况进行设计，在模板方法模式中，将实现功能的每一个步骤所对应的方法称为基本方法（比如“开机”、“具体工作”、“关机”等），而调用这些基本方法同时定义基本方法的执行次序的方法称为模板方法（比如“在公司上班”）。

2、模板方法模式的定义

​ 模板方法模式（Template Method Pattern）：定义一个操作中算法的框架，而将一些步骤延迟到子类中。模板方法模式使得子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。

​ 模板方法模式是一种基于继承的代码复用技术，它是一种类行为型模式。

3、模板方法模式的2个角色

1）AbstractClass（抽象类）：在抽象类中定义了一系列基本操作(PrimitiveOperations)，这些基本操作可以是具体的，也可以是抽象的，每一个基本操作对应算法的一个步骤，在其子类中可以重定义或实现这些步骤。同时，在抽象类中实现了一个模板方法(Template Method)，用于定义一个算法的框架，模板方法不仅可以调用在抽象类中实现的基本方法，也可以调用在抽象类的子类中实现的基本方法，还可以调用其他对象中的方法。
2）ConcreteClass（具体子类）：它是抽象类的子类，用于实现在父类中声明的抽象基本操作以完成子类特定算法的步骤，也可以覆盖在父类中已经实现的具体基本操作。

4、模板方法与基本方法的概念

模板方法：

​ 一个模板方法是定义在抽象类中的、把基本操作方法组合在一起形成一个总算法或一个总行为的方法。这个模板方法定义在抽象类中，并由子类不加以修改地完全继承下来。模板方法是一个具体方法，它给出了一个顶层逻辑框架，而逻辑的组成步骤在抽象类中可以是具体方法，也可以是抽象方法。由于模板方法是具体方法，因此模板方法模式中的抽象层只能是抽象类，而不是接口。

基本方法：

基本方法是实现算法各个步骤的方法，是模板方法的组成部分。基本方法又可以分为三种：

1）抽象方法（Abstract Method）：一个抽象方法由抽象类声明、由其具体子类实现。在C#和Java语言里一个抽象方法以abstract关键字标识。

2）具体方法（Concrete Method）：一个具体方法由一个抽象类或具体类声明并实现，其子类可以进行覆盖也可以直接继承。

3）钩子方法（Hook Method）：一个钩子方法由一个抽象类或具体类声明并实现，而其子类可能会加以扩展。钩子方法分两类：第一类钩子方法可以与一些具体步骤“挂钩”，以实现在不同条件下执行模板方法中的不同步骤，这类钩子方法的返回类型通常是bool类型的，这类方法名一般为IsXXX()；第二类钩子方法就是实现体为空的具体方法，这类钩子方法的好处在于子类如果没有覆盖父类中定义的钩子方法，编译可以正常通过。

5、结构图

模板方法模式

二、示例

​ 在模板方法模式中，由于面向对象的多态性，子类对象在运行时将覆盖父类对象，子类中定义的方法也将覆盖父类中定义的方法。因此程序在运行时，子类的钩子方法也将覆盖父类的钩子方法，从而可以通过在子类中实现的钩子方法对父类方法的执行进行约束，实现子类对父类行为的反向控制。

​ 本Demo以程序员工作为例：

1）先创建一个Coder类，类中有模板方法和一系列基本方法，表示抽象类；

2）然后创建Employee类和Leader类，都继承自Coder类，表示具体子类。

具体代码如下：

Coder类：

// 程序猿：抽象类
@interface Coder : NSObject
- (void)work; //模板方法
- (void)startComputer; //具体方法
- (void)coding; //抽象方法，OC没有abstract这个关键字，这里选择不实现方法
- (void)closeComputer; //具体方法
- (BOOL)isNeedCloseComputer; //钩子方法
@end

@implementation Coder
- (void)work {
    [self startComputer];
    [self coding];
    if ([self isNeedCloseComputer]) {
        [self closeComputer];
    }
}

- (void)startComputer {
    NSLog(@"电脑开机");
}

- (void)closeComputer {
    NSLog(@"电脑关机");
}

- (BOOL)isNeedCloseComputer {
    NSLog(@"Windows电脑需要关机");
    return YES;
}
@end

Employee类和Leader类：

// Employee 普通员工类
@interface Employee : Coder
@end
@implementation Employee
- (void)coding { // 实现抽象方法
    NSLog(@"程序猿努力敲代码");
}
@end

// Leader 领导类
@interface Leader : Coder
@end
@implementation Leader
- (void)coding { // 实现抽象方法
    NSLog(@"领导指挥大家敲代码");
}

- (BOOL)isNeedCloseComputer { // 重写钩子方法
    NSLog(@"MacBook Pro不需要关机");
    return NO;
}
@end

运行代码：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    Employee *employee = [Employee new];
    [employee work];
    NSLog(@"---------------------");
    
    Leader *leader = [Leader new];
    [leader work];
}

打印结果：

电脑开机
程序猿努力敲代码
Windows电脑需要关机
电脑关机
---------------------
电脑开机
领导指挥大家敲代码
MacBook Pro不需要关机

三、总结

​ 模板方法模式是基于继承的代码复用技术，广泛应用于框架设计中，以确保通过父类来控制处理流程的逻辑顺序（如框架的初始化，测试流程的设置等）。

1、优点

1、在父类中形式化地定义一个算法，而由它的子类来实现细节的处理，在子类实现详细的处理算法时并不会改变算法中步骤的执行次序。

2、模板方法模式是一种代码复用技术，它在类库设计中尤为重要，它提取了类库中的公共行为，将公共行为放在父类中，而通过其子类来实现不同的行为，它鼓励我们恰当使用继承来实现代码复用。

3、可实现一种反向控制结构，通过子类覆盖父类的钩子方法来决定某一特定步骤是否需要执行。

4、在模板方法模式中可以通过子类来覆盖父类的基本方法，不同的子类可以提供基本方法的不同实现，更换和增加新的子类很方便，符合单一职责原则和开闭原则。

2、缺点

​ 需要为每一个基本方法的不同实现提供一个子类，如果父类中可变的基本方法太多，将会导致类的个数增加，系统更加庞大，设计也更加抽象，此时，可结合桥接模式来进行设计。

3、适用场景

1、对一些复杂的算法进行分割，将其算法中固定不变的部分设计为模板方法和父类具体方法，而一些可以改变的细节由其子类来实现。即：一次性实现一个算法的不变部分，并将可变的行为留给子类来实现。

2、各子类中公共的行为应被提取出来并集中到一个公共父类中以避免代码重复。

3、需要通过子类来决定父类算法中某个步骤是否执行，实现子类对父类的反向控制。

4、iOS应用举例

​ 在Cocoa Touch框架中，最常见的UIViewController，如果需要适配屏幕旋转，那么必须重写各种旋转的方法，比如shouldAutorotate就是典型的钩子方法。还有UIView有个drawRect方法，如果需要执行定制绘图，那么子类可以重写这个方法来达到效果，drawRect也是钩子方法。

Demo地址：iOS-Design-Patterns