【设计模式】模板方法模式(C#)

【设计模式】模板方法模式

1、概述

背景

在面向对象程序设计过程中，程序员常常会遇到这种情况：设计一个系统时知道了算法所需的关键步骤，而且确定了这些步骤的执行顺序，但某些步骤的具体实现还未知，或者说某些步骤的实现与具体的环境相关。

例如，去银行办理业务一般要经过以下4个流程：取号、排队、办理具体业务、对银行工作人员进行评分等，其中取号、排队和对银行工作人员进行评分的业务对每个客户是一样的，可以在父类中实现，但是办理具体业务却因人而异，它可能是存款、取款或者转账等，可以延迟到子类中实现。

又比如，公司决定开发的第一个游戏是麻将类的游戏app。对于麻将不同地方有不同的玩法，因此这个app,用户首先用账号登录游戏，然后可以选择玩法，最后是退出游戏。这里，登录游戏和退出游戏不区分玩法，也就是说无论哪种玩法 ，登录和退出的行为一模一样。但是具体的玩麻将的过程，不同的地方的玩法是不一样的，这个是不能复用的。这种场景就很适合用模板方法模式。

定义

定义一个操作中的算法骨架，而将算法的一些步骤延迟到子类中，使得子类可以不改变该算法结构的情况下重定义该算法的某些特定步骤。

结构

模板方法（Template Method）模式包含以下主要角色：

• 抽象类（Abstract Class）：负责给出一个算法的轮廓和骨架。它由一个模板方法和若干个基本方法构成。

  • 模板方法：定义了算法的骨架，按某种顺序调用其包含的基本方法。

  • 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：

    • 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。

    • 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。

    • 钩子方法(Hook Method) ：在抽象类中已经实现，包括用于判断的逻辑方法和需要子类重写的空方法两种。

      一般钩子方法是用于判断的逻辑方法，这类方法名一般为isXxx，返回值类型为boolean类型。

• 具体子类（Concrete Class）：实现抽象类中所定义的抽象方法和钩子方法，它们是一个顶级逻辑的组成步骤。

2、实现思路

银行办理业务一般要经过以下4个流程：取号、排队、办理具体业务、对银行工作人员进行评分等，其中取号、排队和对银行工作人员进行评分的业务对每个客户是一样的，可以在父类中实现，但是办理具体业务却因人而异，它可能是存款、取款或者转账等。

 	/// 

    /// 抽象客户类
    /// 
    public abstract class AbstractCustomer
    {
        /// 

        /// 办理业务
        /// 
        public void HandlingBusiness()
        {
            Console.WriteLine("========================");
            TakeNumber();
            QueueUp();
            Business();
            Grade();
        }

        /// 

        /// 办理业务    第三步：办理业务是不一样的（存款、取款、转账）
        /// 
        protected abstract void Business();

        /// 

        /// 取号    第一步：取号是一样的
        /// 
        private void TakeNumber()
        {
            Console.WriteLine("取号");
        }

        /// 

        /// 排队    第二步：排队是一样的
        /// 
        private void QueueUp()
        {
            Console.WriteLine("排队");
        }

        /// 

        /// 评分    第四步：评分是一样的
        /// 
        private void Grade()
        {
            Console.WriteLine("评分");
        }
    }

	/// 

    /// 存款客户
    /// 
    public class DepositCustomer : AbstractCustomer
    {
        protected override void Business()
        {
            Console.WriteLine("存款");
        }
    }

	/// 

    /// 取款客户
    /// 
    public class WithdrawCustomer : AbstractCustomer
    {
        protected override void Business()
        {
            Console.WriteLine("取款");
        }
    }

	/// 

    /// 转账客户
    /// 
    public class TransferAccountsCustomer : AbstractCustomer
    {
        protected override void Business()
        {
            Console.WriteLine("转账");
        }
    }

	class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            AbstractCustomer depositCustomer = new DepositCustomer();
            depositCustomer.HandlingBusiness();

            AbstractCustomer withdrawCustomer = new WithdrawCustomer();
            withdrawCustomer.HandlingBusiness();

            AbstractCustomer transferAccountsCustomer = new TransferAccountsCustomer();
            transferAccountsCustomer.HandlingBusiness();
        }
    }

========================
取号
排队
存款
评分
========================
取号
排队
取款
评分
========================
取号
排队
转账
评分

可以看出，需要办理什么业务，只需要实例化对应实现类的对象，然后调用抽象类的HandlingBusiness方法即可。

好了，我们总结下模板方法模式实现的过程：

第一步：首先定义一个抽象的模板类AbstractCustomer，并且定义了四个方法：模板方法HandlingBusiness定义了整个框架；三个普通方法TakeNumber，QueueUp，Grade不需要子类实现；抽象放方法Business，需要子类去实现，因为业务不一样。

第二步：定义具体的实体类，并实现父类的抽象方法。

扩展

此处需要注意的地方HandlingBusiness方法是public的，可以通过实例化后调用；TakeNumber，QueueUp，Grade是私有的private，子类无法访问；Business方法是protected的，只有该类内部和继承类可以访问；这样就可以保证实例化对应实现类的对象后，我们只能调用HandlingBusiness方法，其他方法都不会暴露出来。

3、优缺点

优点

• 提高代码复用性

  将相同部分的代码放在抽象的父类中，而将不同的代码放入不同的子类中。

• 实现了反向控制

  通过一个父类调用其子类的操作，通过对子类的具体实现扩展不同的行为，实现了反向控制 ，并符合“开闭原则”。

缺点

• 对每个不同的实现都需要定义一个子类，这会导致类的个数增加，系统更加庞大，设计也更加抽象。
• 父类中的抽象方法由子类实现，子类执行的结果会影响父类的结果，这导致一种反向的控制结构，它提高了代码阅读的难度。

4、适用场景

• 算法的整体步骤很固定，但其中个别部分易变时，这时候可以使用模板方法模式，将容易变的部分抽象出来，供子类实现。
• 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。